材料力學論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇材料力學論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

[關鍵詞]材料力學；學生主體；啟發式；方法與措施

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0031-02

材料力學是工科高等院校十分重要的專業基礎課，涉及機械工程、土木工程、石油工程等許多專業。該課程的本質是探尋不同類型材料對于各種外力的承受能力以及內部變化，從而進一步分析各種材料的強度、剛度和穩定性。因此，在課堂理論教學的基礎上，它非常強調與之對應的各種材料力學性能實驗。良好的實驗教學過程，不僅能夠提高學生對基本理論知識的掌握，而且能夠激發學生的學習興趣，培養其分析和創新能力。

一、材料力學實驗課程現狀分析

當前的材料力學實驗教學效果不盡如人意，總體而言存在以下幾個方面的問題。1.教學模式單一。目前，材料力學實驗教學均采用傳統的教學模式，即教師講解實驗原理及實驗過程，之后學生分組進行實驗，最后填寫統一的實驗報告，獲取實驗成績。2.學生參與度和積極性不高。由于缺乏對材料力學實驗教學的認識，學生普遍存在不重視實驗的問題。由于材料力學實驗均為分組實驗，每組成員2～8人不等，因此部分學生在實驗過程中完全依賴同組其他同學，有些對于實驗原理都不甚了解。3.缺乏質疑能力和創新意識。當前，高校學生的學習具有很強的惰性，一味地接受書本和教師傳授的知識。在實驗過程中，學生不會對實驗的原理或者方法展開自己獨立的思考或者提出疑問，更不會在現有實驗的基礎上進行更深層次的研究和創新。

二、材料力學實驗課程的改革方法

針對以上問題，本文就材料力學實驗課程提出以下改革思路。

（一）從被動“填鴨”式向學生主體式轉變

當前，課程教學改革大力倡導以學生為中心，培養學生的學習能力、質疑能力以及創新能力。同樣，對于材料實驗課程，也需要從傳統的以教師為主的教學模式，向以學生為主體的教學模式轉變。具體實施辦法為：充分發揮學生在材料力學實驗課程中的主體作用，由學生自行分析材料力學實驗原理、參照大綱制定實驗方案、分配實驗任務、操作儀器設備、獲取試驗結果、撰寫實驗報告等。在這一系列過程中，教師的身份要由從前的“講師”轉變為“導師”，即在學生遇到問題時以參與者的身份負責答疑解惑。同時，為督促和提高每一位學生對實驗的參與度和積極性，在實驗完成后，教師針對每一小組各隨機選取一名成員作為匯報人，對實驗原理、方法和結果等以前完全由教師講授的內容進行講解，該名成員匯報的得分，將成為本小組最終的實驗成績。這樣不僅能夠有效地促進小組成員之間的溝通和學習，而且能夠很好地避免部分學生的惰性和依賴性。

（二）從表格式的實驗報告向小論文的轉變

傳統的材料力學實驗報告形式單一，學生在完成實驗后，只需將實驗結果逐一填入設計好的表格中即可。這樣的實驗報告不僅會在很大程度上限制學生的分析思考能力，而且非常容易出現相互抄襲的現象。為此，若能將格式固定的表格式實驗報告轉變為小論文的形式，將會從根本上解決這一問題。在材料力學實驗小論文中，學生需要簡述該實驗的實驗原理、制定實驗方案的依據、人員組織、具體實施情況、實驗結果以及本次實驗所存在問題等。教師對小論文的評分也應從單純地重視實驗結果，變成對以上各方面內容的綜合評判。對于實驗結果不理想的學生，若能在小論文中正確地分析其原因，并且找出切實可行的解決方法，同樣能夠獲得較好的實驗成績。

（三）基礎實驗與開放實驗相結合

在當前高等院校大力倡導提高學生創新意識的大環境下，材料力學實驗教學應進一步向基礎實驗與開放實驗相結合的方向發展，為學生提供一個良好的實踐平臺，從而提高學生的思考、創新以及實際工程應用能力。開放實驗的題目，可通過三種渠道獲取。1.學生自擬。通常由3～5名學生形成實驗小組，根據材料力學課堂理論教學和基礎實驗內容，結合自己的學習興趣，擬定相應的開放實驗題目。實驗教師為學生提供所需的實驗條件和相關理論指導，使其實驗內容能夠順利實施。2.教師提供。以學生未來的職業和專業為導向，教師為學生提供2～3個開放實驗題目供學生進行選擇。例如，材料力學中的直梁彎曲正應力實驗，其原理是直梁彎曲時，其表面粘貼的應變片產生電阻變化，由應變儀將信號放大并顯示其應變情況。雖然學生在實驗儀器準備充分的情況下，大都能夠順利地完成實驗，但是很少有學生能夠親自動手粘貼應變片或者搭接電橋線路。因此，教師可以在此實驗的基礎上，提供相應的開放實驗題目，給學生提供深入學習和實踐的機會。3.研究生科研項目帶動。工科高校研究生在完成科研項目時，通常需要進行相關的實驗。例如，研究生利用力學實驗室材料試驗機進行PDC復合片壓縮實驗。在其實驗過程中，可帶領1～2名本科生開展相關實驗工作。這樣，不僅能夠提高本科生的學習興趣，培養其應用及創新的能力，而且能夠為他們今后的學習或者研究工作奠定基礎。

三、材料力學實驗課程改革的保障措施

為了保證以上材料力學實驗課程改革的順利實施，需要做好相應的保障工作，具體而言包括以下方面。

（一）實驗教師能力的提升

新的材料力學實驗課程組織方法，突破了傳統的教學模式，必然會為實驗教師帶來更多的挑戰。實驗教師自身的能力和素質，很大程度上決定了材料力學課程改革的效果。傳統的材料力學實驗教師只需根實驗大綱和指導書按部就班地指導學生進行相應實驗。然而改革后，實驗教師更多的是扮演“導師”的角色，參與學生的實驗，為其提供指導和幫助。這樣，勢必要求實驗教師具有更深更廣的專業基礎知識，以及輔導各類型實驗的綜合能力。為此，對于現有材料力學實驗教師而言，應當不斷充實自己。對于學校來說，應當吸引更多有能力的優秀人才從事材料力學實驗教學工作，并且提供有利的條件，加強其與其他開設相關課程的高校之間的交流和學習，讓實驗教師“走出去”，把好的思路和想法“引進來”。

（二）實驗設備條件的保障

加強現有設備的維護和保養，并在此基礎上，增加新的儀器、設備的投入。目前一些學校的材料力學實驗設備，如靜態應變儀、扭轉試驗機的年代都相對比較久遠，已無法完全滿足新的材料力學實驗課程的需要。因此，對于有條件的學校，可購置一批先進的實驗設備，以保證課程改革的需求。同時，在新的材料力學課程組織模式下，應把基礎實驗與開放實驗相結合，各類型實驗設備和實驗室之間需要進一步加強協調與配合，制定相應的管理制度，這樣才能保證材料力學實驗課程改革的順利開展。

（三）給予學生創新實踐學分激勵

在材料力學實驗課程改革中，學生的主體地位，學生的積極性、主動性和創造性直接影響著新的實驗課程的實施程度。只有充分調動學生的學習熱情和積極性，才能從真正意義上打破傳統教學模式，提高材料力學的實驗教學水平。然而，當前大學生學習具有很強的惰性，只要與學分無關的事情就不愿意去做。作為學校，恰好可以利用學生的這一特點，采用創新實踐學分激勵的辦法，對于材料力學基礎實驗后，成功完成相應開放實驗的學生，給予額外的學分獎勵，由此推動材料力學實驗課程改革的順利進行。

四、結語

打破常規實驗教學模式，充分發揮學生的主體作用，提高學生的學習興趣、培養學生的創新能力，是以學生為主導的啟發式材料力學實驗課程改革的關鍵。同時，需要從實驗教師、實驗O備等方面為改革的實施提供保障。本文所提出的材料力學實驗課程改革方法，也能為其他相關實驗課程的改革提供參考和思路。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 周沙溆.工程教育認證體制下《材料力學實驗》教學改革趨勢探討[J].時代教育，2015（3）：57-58.

[2] 裴立宅，劉翠娟，樊傳剛.材料力學性能課程的教改思路[J].中國輕工教育，2010（3）：64-66.

[3] 段軍，班宇鑫，譚金蘭，肖明葵.基于應用型人才培養的材料力學課程改革研究與探討[J].課程教育研究，2015（24）：195-196.

[4] 楊錫階，王時越，李建云.力學實驗開放教學體系的構建[J].輕工設計，2011（4）：359.

篇(2)

關鍵詞：隧道開挖、節理密集帶、數值模擬

Abstract：In the tunnel excavation process, the footage of each excavation, excavation sequence, cycle time, groundwater seepage, rock intensity, burst strength and other factors, a direct threat to the safety of tunnel construction. In this paper, steep gully landscape dense with joint tunnel excavation and support, using numerical simulation method to simulate the construction process, the mechanical properties of the tunnel excavation and support research on the type of tunnel construction landscape has a very important practical significance.

Keyword：tunnel excavation, jointed intensive, numerical simulation

1 隧道開挖支護模型建立

現階段隧道施工方法一般采用新奧法施工，針對沖溝地貌節理裂隙密集帶圍巖，采用臺階法分部開挖和錨噴支護方式【1】。即第一步開挖上半斷面并及時支護，第二部開挖下半斷面的左半部分并及時支護，第三部開挖下部斷面的右半斷面并及時支護，將二次支護作為安全儲備。隧道開挖斷面為城門型，開挖外輪廓直徑為6.98m?？紤]隧道不受邊界條件的影響，橫向以隧道中心線為中心取80m，垂直方向取實際隧道埋深為建模邊界，支護參數如圖1所示。

圖1 隧道開挖支護模型參數

2 隧道開挖支護有限元分析

針對隧道區地貌、地質條件和開挖支護的施工過程的實際情況，對隧道地表為沖溝地貌并經過陡傾斜節理裂隙密集帶開挖支護情況下，考慮放水孔排水和注漿兩種情況下進行圍巖力學特性分析【2】。大多數巖石為脆性材料，屈服準則采用Mohr-Coulomb破壞準則，支護材料采用彈性模型進行計算，節理密集帶材料力學參數【3】采用兩種材料力學參數phase2軟件自帶裂隙密集帶模型參數，支護材料力學參數見表1：

表1 支護材料力學參數

2.1 僅考慮地下水+放水孔情況

隧道經過沖溝地貌陡傾節理裂隙密集帶，開挖并及時支護，考慮左側地下水位16m，右側為22m，在拱腳和邊墻底部考慮放水孔排水情況下，隨著隧道開挖和放水孔排水，地下水位下降到隧道放水孔位置，邊墻和仰拱有地下水位侵蝕。

沖溝地貌陡傾節理裂隙密集帶隧道分步開挖【4】與支護力學特性分析結果見圖2所示，主應力在節理裂隙影響下，分布較為紊亂；總位移場和矢量分布受節理裂隙影響，且無法控制，屈服區增大，邊墻大約3.5m，拱頂基本貫穿地表，而新增拉剪破壞區即松動圈也得不到有效控制，拱頂、仰拱出現大范圍破壞，隧道圍巖整體不穩定。

圖2隧道開挖與支護力學特性分析結果圖

2.2 考慮節理裂隙密集帶注漿情況

針對隧道經過沖溝地貌陡傾斜節理裂隙密集帶，考慮對隧道節理裂隙密集帶注漿，在考慮左側地下水位16m，右側為22m，同時在拱腳和邊墻底部考慮放水孔排水情況下隨著隧道開挖和放水孔排水，地下水位下降到隧道放水孔位置，邊墻和仰拱有地下水位侵蝕。

沖溝地貌傾斜節理裂隙密集帶，注漿加固后隧道分步開挖并及時支護，力學特性分析結果見圖3所示：

圖3注漿隧道開挖與支護力學特性分析結果圖

針對節理裂隙密集帶注漿隧道開挖與支護，得到以下結論：

1、主應力總體隨埋深分層增大分布，但在節理裂隙和注漿體復雜影響下，分布較為紊亂，但得到了改善。

2、總位移場和矢量分布得以控制，屈服區得到控制，在拱頂、右側松動范圍大約2.0m，隧道圍巖屈服區受節理裂隙影響得到明顯改善。

3、隧道圍巖屈服區、新增拉剪破壞區即松動圈得到有效控制，隧道圍巖整體穩定。

3 結論

對隧道地表為沖溝并經過陡傾斜節理裂隙密集帶圍巖開挖支護情況下，考慮放水孔排水和注漿兩種情況下進行圍巖力學特性進行穩定性分析，分析結果表明，放水孔排水情況下，隧道圍巖不穩定，屈服點聯通，施工不安全；在考慮注漿加固情況下，隧道圍巖基本穩定，可以采取此種方法進行隧道開挖掘進【5】。

參考文獻

[1]夏峰.地下硐室圍巖松動圈影響因素分析：[中國地震局工程力學研究所碩士學位論文].哈爾濱：中國地震局工程力學研究所，2009

[2]孫有為.地下洞室的幾何性質對松動圈的影響：[中國地震局工程力學研究所碩士學位論文].哈爾濱：中國地震局工程力學研究所，2006

[3]劉傳孝，王同旭，楊永杰.高應力區巷道圍巖破碎范圍的數值模擬及現場測定的方法研究.巖石力學與工程學報，2004，23(14)，2413-2416

[4]李純潔，孔德森，王立才.探地雷達在松動圈確定與巷道支護參數優化中的應用.山東科技大學學報自然科學版，2008，27(1)，19-22

篇(3)

一、 主辦單位

中國力學學會計算力學專業委員會 《計算機輔助工程》雜志社

二、 承辦單位

上海海事大學

三、 時間與地點

1 會議時間:2011年4月23─24日,2011年4月22日報到

2 會議地點:上海海事大學(上海市臨港新城海港大道1550號)

四、 會議組織機構

1 大會主席:張洪武 馬憲國

2 學術委員會

主 任:鐘萬勰 崔俊芝 程耿東 申長雨

秘 書:樓 進

3 組織委員會

主 任:楊勇生

副主任:章 青 袁林新 樓 進

秘 書:于 杰

五、 征文范圍

1 CAE基礎理論

(1)計算力學基礎理論、結構力學、材料力學、仿生力學、動力學與控制和爆破力學等;

(2)CAE仿真、優化技術;

(3)非線性有限元理論及應用;

(4)前后處理技術;

(5)產品結構強度分析、疲勞壽命分析、振動及噪聲仿真分析和碰撞仿真等;

(6)先進材料/結構優化技術;

(7)可靠性分析與CAE工程穩健設計;

(8)CAE驗證與確認.2 CAE應用

(1)工程數值分析在航空、航天、兵器、船舶、海洋、汽車、鐵道機車、裝備制造、電子、材料和土木等工程中的應用;

(2)新材料、新工藝和復合材料的CAE;

(3)各類工程中的施工力學、工藝力學問題的CAE;

(4)CAE技術在國家重大工程與裝備中的應用.

3 CAE軟件開發

(1)自主CAE軟件研發;

(2)智能化CAD/CAE集成;

(3)虛擬產品開發平臺(VPD);

(4)分布式仿真平臺技術與協同仿真;

(5)產品研發仿真流程和工程數據庫.

六、 征文要求

1 圍繞主題內容充實、數據準確、文字通順,字數在5千字以內,未在正式刊物上發表.

2 文稿錄入請使用Word 2003系統,版面為A4紙規格,雙欄排版,上頁邊距為2.2 cm,下、左、右頁邊距均取2 cm.

3 標題(二號黑體)居中;作者姓名(四號楷體)位于標題下方居中;作者單位(單位+二級部門)、地區(省+市)、郵編(小五號楷體)位于作者姓名下方;摘要、關鍵詞(五號楷體)位于作者單位下方(空一行);正文用五號宋體,一、二、三級標題序號分別用阿拉伯數字(如“1”、“1.1”、“1.1.1” );圖、表盡量排列緊湊,線條清晰;正文后列出參考文獻(六號楷體)簡介.

4 論文最后附第一作者和第二作者的詳細信息,包括性別、民族、籍貫(省+縣)、職稱、學歷、職務、研究方向以及E,mail,手機,辦公室電話,郵編和詳細通信地址等聯系方式.

5 論文請不要;涉及軍工等敏感方向的論文,請作者提供有效的保密審查證明原件.

6 論文請務必在2011年1月15日前發送到或,并在郵件主題注明“投稿:計算機輔助工程及其理論研討會2011”.

七、 論文評審

會議學術委員會將對論文進行嚴格評審,根據評審結果向作者發出錄用通知.評選出的優秀論文作者將獲證書和獎品.優秀論文將安排在《計算機輔助工程》上發表.

八、 聯系方式

如需了解詳細信息,請致電或發郵件咨詢.

電 話:021,38284908 傳 真:021,38284916

E,mail:

地 址:上海臨港新城海港大道1550號A30# 郵 編:201306

聯系人:于 杰 陳鋒杰

網 址:

中國力學學會計算力學專業委員會

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關鍵詞：通識教育；基礎力學；課程體系；教學模式

中圖分類號：G482 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0039-02

基礎力學涵蓋理論力學、材料力學、結構力學和彈性力學等課程，是理工科院校相關專業的重要技術基礎課。從知識結構方面看，力學是學生在學習數學、物理等課程后最先接觸到的專業基礎課，具有承上啟下的作用；從課程屬性方面看，力學既是基礎學科又是應用學科，強調建模能力、分析能力和自學能力，對提高學生的創新能力和科學素養具有不可替代的作用。根據新時期高等教育的特點，探索和構建通識教育背景下的基礎力學課程教學新體系，對培養學生的綜合能力、創新意識、科學與人文素養都具有積極的意義。

一、以人的全面發展為培養目標的現代教育理念

傳統的教育理念和教學目標強調以知識傳承為中心，即單一知識結構、單純知識傳承、單調的課堂教學，束縛了學生的想象力和創造力，已不適應新時期大眾教育的發展趨勢和對綜合性、創新型人才的培養要求?，F代教育理論則注重人的全面發展和個性化培養，強調知識與能力、過程與方法、情感與個性、科學與人文的內在統一。師生間不僅傳授教學大綱所規定的課程內容，而且還傳遞和領會教學大綱未規定的態度、意愿、情感等個性和心理方面等看不見的內容。教學不再呈現一維、單向、靜態的教學結構形態，而是一個多維、動態、相互依存和相互作用的過程?；A力學課程中的許多內容都有著很好的歷史背景和生活與工程背景，在長期的發展中形成了獨特的研究方法和力學文化。因此，在課程的教學活動中，適時地將現代教育理論、科技發展史以及科學技術的最新成果融入力學的課程教學之中，不僅能極大地激發學生的學習熱情，而且能有效地推動通識教育與專業教育、理論教學與實踐教學、知識傳承與能力培養、科學情趣與人文精神的滲透與融合，將有助于培養學生的創新意識和嚴謹求實的科學態度，提高學生的科學和人文素養，從而促進學生的全面發展。

二、以通識化教育為基礎的課程教學體系

通識教育是指在高等教育階段面向全體學生進行的基礎性人文和科學知識的傳授、個性品質的訓練、公民意識的陶冶，以及不直接服務于專業教育的人所共需的一些實際能力的培養。通識教育是一種素質教育，它沒有專業的硬性劃分；而專業教育則依托特定的背景，重在訓練學生的專業思維、培養學生的專業技能。二者既相互對立，又相互統一。在教學實踐中，我們通過打造基礎力學通識教學平臺，構建以通識化教育為基礎的新型的課程教學體系，推動通識教育和專業教育的有機結合?；A力學通識教學平臺由多個模塊構成。其中通識教學Ⅰ主要為面向大一新生開設的公共基礎類課程，旨在培養學生的力學興趣和人文素養，由通識課和研討課兩種形式。目前已開設9門，涉及科學與技術、方法與技巧、哲學與思維、科學與人文等不同領域，如《無處不在的力學》、《混沌與非線性思維》、《工程科學與力學文化》、《低碳經濟與新能源技術》、《變形與破壞》、《生物力學淺談》等，具有名師掛帥、小班上課、師生互動、考核靈活的特點。通識教學Ⅱ主要面向高年級有一定力學基礎和專業背景的學生開設，旨在促進通識教育和專業教育的相互滲透與融合，如《力學與實踐》、《微納米力學》、《流動控制與飛行器的前沿探討》、《固體力學實驗技術》等，采用研討課、實踐課、專家講座、工程訓練等多種形式。另外，在教學計劃中還專門設立了通識教學模塊Ⅲ，即對每一門課程都規定了相應的自學和研討學分要求，實行單獨計算、單獨考核，以此營造良好的氛圍引導學生自學，并淡化專業概念、擴大專業內涵，將通識教育貫穿于整個本科教學的全過程，努力實現通識教育與專業教育、知識傳承與能力培養、科學精神與人文素養的有機結合和良好互動。

三、以學生為本的個性化教學模式

遵循因材施教的原則，打造個性化教學平臺，為每一個學生的長遠發展力圖提供最有利的學習和成長環境。個性化教學平臺由四個部分構成。（1）專業分流。根據學校大類招生的安排，新生入學一年后可按照自己的興趣和愛好實施專業分流；原數理綜合班學生在入學兩年后按照個人意愿在院內再選擇專業。（2）分層教學。根據學生的個體差異實施分層教學。例如《工程力學》開設的常規班和外語班；《材料力學》開設的普通班和試點班；《結構力學》開設的普通班和創新班等，開展因材施教。目前已實3屆，普遍反映良好。（3）模塊教學。按照課程要求、面向不同教學對象組成不同的教學模塊，學生們可根據自己的特點進行選擇。如《結構力學》課程中的基礎理論、實驗結構力學、程序計算、工程測試訓練等多模塊課程模式，其中基礎理論為必選模塊，其余的模塊學生可根據專業要求和個人興趣選擇其中的一個或全部。在基礎力學實驗教學中，對不同層次的實驗項目和實驗內容組成不同形式的模塊，以適用于不同專業的學生和對象，如多學時、少學時模塊；獨立、非獨立設課模塊；創新實驗、課外設計等模塊可多達12～14個。（4）情趣教學。在課程教學中，為每一位學生提供可自由發揮的空間，讓學生按照自己的情趣和特長選擇不同的內容、題材和形式，進行自主式學習和研究，使學生親歷知識的探索形成過程，品嘗再發現的喜悅。如《材料力學》中的創新實驗自主設計；學生可根據自己的特點和生活觀察，提出實驗方案，在教師的指導下獨立地完成論證、設計、搭建和實驗等各個教學環節，因而每個實驗都各具特色?！督Y構力學》中的實驗實踐、工程訓練和小論文相結合的個性化教學；《彈性力學》中的學生調研—立題—研究—小論文—答辯—評價等探究式學習程序，有效地提高了學生的學習興趣和參與熱情，都收到了較好的效果。據2010年的統計，新體系實施后，表面上各基礎力學課程如《理論力學》、《材料力學》和《結構力學》的優秀率分別提高2.0%、2.7%和10.8%。數理綜合班約有50%的學生不同程度地參加了導師的研究工作，先后承擔國家級和上海市大學生創新項目16項。幾年來，共建設各類基礎力學精品課程和重點課程12門，其中國家精品課程1門，上海市精品課程2門；初步完成了國家級力學實驗教學示范中心的建設；有17人在“周培源全國大學生力學”競賽中獲獎；并獲上海市大學生力學實驗競賽團體一等獎和全國大學生基礎力學實驗競賽團體二等獎。

四、以社會長期效應為尺度的評價機制

建立科學的評價體系和評價機制，逐步采用學術和社會貢獻度的評價標準以及同行評價的方式代替目前的論文、項目和工作量統計的評價標準和評價機制，從整體上全面、客觀、科學地評價一個人的學術水平和地位以及對科學與社會的貢獻，有利于調動廣大教師長期從事基礎教學和課程建設的積極性，規范教授上課考核制度，倡導名師為本科生上基礎課。把教學質量與就業率和考研率脫鉤，建立畢業生跟蹤調查、隨訪和反饋制度，讓社會評價成為辦學水準和教學質量的最重要的標準，并在長期的辦學過程中逐步形成自己的特色和品牌。

參考文獻：

[1]王芳亮，楊必武，張廣杰.通識教育背景下教師教育課程設置的策略[J].教育探索，2010，（23）：37-38.

[2]趙洪.研究性教學與大學教學方法改革[J].高等教育研究，2006，27（2）：71-75.

[3]朱懷亮.基礎力學現代教學模式的探析[J].高等理工教育（專輯），2010，（12）：95-97.

篇(5)

關鍵詞:LV710貝氏體鋼 回火 熱處理 力學性能

1 前言

目前貝氏體鋼已經廣泛應用于汽車前軸、鐵路道岔、礦山用高強度耐磨鋼球、塑料模具、油田用抽油桿等多個方面。貝氏體鋼是21世紀鋼鐵材料中的奇葩，正朝著低碳、超低碳、超細晶和高強度方面發展，在不久的將來，將會有更加廣泛的應用前景[1，2，4]。

本文主要是通過試驗研究LV710貝氏體鋼在不同的正火回火熱處理后的力學性能特點，分析熱處理工藝對其力學性能的影響，為其應用奠定試驗依據。

2 實驗部分

2.1 試驗儀器及設備

（1）熱處理試驗：SXS-15-13型箱式電阻爐（最高溫度1500℃）；

（2）拉伸試驗：CMT5105A 型微機控制電子萬能試驗機；

（3）硬度試驗：HT-320全洛氏硬度儀；

（4）沖擊試驗：JBN-30型沖擊試驗機

2.2 試驗材料及其制備

試驗材料：LV710新型貝氏體鋼。

試樣加工：沖擊試樣加工成10.2×10.2×55mm，熱處理后開V 形缺口，拉伸試樣加工成Φ14×80mm棒料，然后加工成Φ6mm標準短拉伸試樣。

2.3 試驗方案的確定

2.3.1 熱處理工藝確定及其熱處理試驗

本次試驗確定LV710貝氏體鋼的正火溫度為920℃×1h，試樣空冷后在不同溫度進行回火，回火溫度分別為200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃，回火時間為2小時。

2.3.2 力學性能試驗

1.拉伸試驗，測定材料的強度、延伸率、斷面收縮率等指標。

2.硬度試驗，對經過磨加工后的沖擊韌度試樣進行HRC硬度測定。

3.沖擊韌度試驗，測定材料的沖擊韌度。

2.4 試驗過程

2.4.1 熱處理過程

將熱處理爐加熱至920℃后，把試樣放入爐膛內。待爐膛溫度回復至920℃并穩定后開始計時，將試樣加熱1小時后取出，空冷后分別將試樣在200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃等溫度下進行回火處理。

2.4.2 力學性能測試

（1）拉伸性能測試

將正火+回火熱處理后的拉伸試棒在CMT5105A 型微機控制電子萬能試驗機上進行拉伸試驗，然后測量其斷口直徑、拉伸后的長度等參數。

（2）硬度測試

將正火+回火熱處理后的沖擊試樣表面磨光，開V形缺口，在全洛氏硬度機上測量其硬度。每個試樣至少打5個點求其平均值，算出每個回火溫度下的平均硬度值。

（3）沖擊性能測試

對試樣打完硬度后進行沖擊性能測試，先將試樣放置于沖擊處，并把沖擊試驗機的指針歸零，然后摁動開關進行沖擊，沖擊完成之后在表盤上讀出沖擊吸收功的值，最后計算出各個溫度下試樣的平均沖擊吸收功。

3 試驗結果與分析

3.1 不同熱處理工藝對材料力學性能的影響

本次試驗中對試樣進行了拉伸試驗、硬度測試及沖擊試驗，各種力學性能指標。

300℃以下回火，抗拉強度變化不大，300℃回火后抗拉強度值最高，為1450.88MPa，回火溫度超過300℃，隨著回火溫度的提高，貝氏體鋼的抗拉強度急劇降低，600℃回火后抗拉強度值最低，為868.80 MPa。

隨著回火溫度的升高，貝氏體鋼的硬度呈降低的總趨勢?；鼗饻囟鹊陀?00℃時，隨著回火溫度的提高，硬度緩慢降低，當溫度升超過400℃后，隨著回火溫度的提高，硬度快速降低。

在回火溫度低于350℃時，沖擊韌度下降緩慢；回火溫度在350℃-500℃之間時，沖擊韌度下降的比較迅速，到500℃時，沖擊韌度降至最低，出現回火脆性；回火溫度高于500℃時，沖擊韌度迅速上升。

綜合來看，LV710貝氏體鋼920℃正火、200～350℃回火后具有良好的強韌性配合，最佳的回火溫度為300℃×2h，獲得的力學性能為：抗拉強度1450.9MPa，硬度39.7HRC，沖擊韌度49.8J。

3.3 回火溫度對材料力學性能影響的原因分析

材料力學性能隨回火工藝不同變化的原因，與貝氏體鐵素體碳量變化及殘余奧氏體的分解有關，是兩因素綜合作用的結果。貝氏體鐵素體是碳的過飽和固溶體，回火過程伴隨著貝氏體鐵素體固溶碳量的降低，造成硬度和抗拉強度的降低，因此，抗拉強度和硬度變化的總趨勢是隨著回火溫度的升高而下降。隨著回火溫度的升高，殘余奧氏體的熱穩定性（不同回火溫度分解的難易程度）因回火溫度不同而異。300℃以下回火，貝氏體組織的殘余奧氏體穩定性提高，低溫回火可以提高鋼的韌性；另外，鋼在低溫回火時，殘余應力的消除也有利于提高鋼的沖擊韌度。當回火溫度超過350℃，貝氏體組織中的殘余奧氏體逐漸分解，析出脆性滲碳體，導致鋼的沖擊韌度值降低?；鼗饻囟雀哂?00℃后，滲碳體開始聚集和球化，鐵素體有回復和再結晶的趨勢，鋼的韌性開始回升[3，4，6，7]。

由以上組織分析可知，貝氏體鋼正火空冷后進行低溫回火處理能使該鋼獲得最佳強韌性組合。

4 結論

（1）不同的回火溫度熱處理對貝氏體鋼力學性能的影響為：對延伸率及斷面收縮率的影響趨勢基本上是相同的，均呈先升后降、復又升高的變化趨勢。對抗拉強度的影響是：300℃以下回火，抗拉強度變化不大，300℃回火后抗拉強度值最高，回火溫度超過300℃，隨著回火溫度的提高，貝氏體鋼的抗拉強度急劇降低。對試樣硬度的影響是：隨著回火溫度的升高，貝氏體鋼的硬度呈降低的總趨勢。對沖擊韌度的影響是：在回火溫度低于350℃時，沖擊韌度下降緩慢；回火溫度在350℃-500℃之間時，沖擊韌度下降的比較迅速，到500℃時，沖擊韌度降至最低；出現回火脆性回火，溫度高于500℃時，沖擊韌度迅速上升。

（2）LV710貝氏體鋼920℃×1h正火+300℃×2h回火，具有良好的強韌性配合，為最佳的回火工藝，獲得的力學性能為：抗拉強度1450.9MPa，硬度39.7HRC，沖擊韌度49.8J。

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關鍵詞：工程力學；課程改革；思考

根據高職院校的培養目標，教育部對高職高專基礎理論課程教學提出了“要以應用為目的，以必需、夠用為度，以掌握概念、強化應用為教學重點”的原則，和這個原則相對照，目前工程力學課程在教學內容上存在許多不相適應的地方，很難適應現階段高職教育的需要。

一、工程力學課程教學內容存在的主要問題

1.教學內容不能滿足高職教育的需要

高職院校所用的工程力學教材基本上是對本科工程力學的內容作些削減或章節的調整，強調理論邏輯的推理，并作為教學重點，而忽視了教學內容與工程實際的聯系，不能很好地培養學生將工程力學的知識應用于實踐中的能力，學生學得很多，但解決實際問題的能力卻沒有培養起來。

2.存在教學內容多而教學學時少的矛盾

工程力學的教學內容包括靜力學、材料力學、運動學三個部分，內容多而龐雜。而教育部提出了高等職業教育實踐教學與理論教學比例不低于4∶6的要求，這就使工程力學等基礎課程的學時大為減少。教學內容多與較少的教學學時形成矛盾，在較少的課時里不可能進行很系統、很全面的學習，怎樣遴選出必需的、重要的內容，在較少的學時里讓學生學到對專業學習真正有用的知識，培養學生解決工程實際力學問題的能力，成為教師的當務之急。

3.重視課程體系的系統性、完整性而忽視與相關課程的聯系

我國的工程力學教育過于強調課程本身的系統性和完整性，而忽視了與相關課程的聯系與配合較差，沒有很好地發揮基礎課程應有的作用。教學中往往花大力氣去提高學生的解題技巧而不注重工程力學與后續課程的聯系及在實際中的應用。講的很多，但后續課程卻不一定都能用上，學生負擔重，卻又不能很好地用所學知識解決實際問題。

綜上所述，高職教育的工程力學教學內容很難適應現階段高職教育的需要，為了使工程力學這一工程領域里重要的傳統課程在當前高職教育中發揮作用，必須對目前工程力學課程教學內容進行改革。

二、工程力學課程教學內容的改革

根據教育部對高職基礎理論教學提出的“必需、夠用”原則，筆者認為在工程力學課程教學內容改革中需遵循如下指導思想：

（1）在教學內容上，改變過去講得過多、過全的做法，以必須夠用為度，多講工程實際要應用到的基礎知識；

（2）不強調課程理論的縱向完善，而應注重和其他課程的橫向聯系；

（3）應強調如何應用有關的理論與結論，淡化、簡化理論推導；

（4）力求結合專業，多舉與專業有關的例子，多安排與專業結合的習題，培養學生解決工程實際問題的能力。

本著這些指導思想，筆者對工程力學三個組成部分的主要教學內容的改革進行了深入的思考研究，現陳述如下：

1.靜力學部分

靜力學部分主要是受力分析、力的合成與分解、靜力學的平衡、摩擦等內容的講解。其中靜力學的平衡問題，一般教材均把它作為重點，用了大量的篇幅，有大量的例題及習題，難度大，占用的教學時間比例也大。而工程實際及后續課程中，求解靜力學的平衡問題遇到的并不多，因此在高職教學中，求解靜力學的平衡問題不應是重點，不需花大量的時間，把平衡的理論講清楚，知識夠用即可，例題、習題力求簡單，并且盡可能和一些實際問題相結合。而如何對物體進行受力分析、畫受力圖、進行力的合成與分解，無論在工程實際中還是在后續課程中都是經常用到的，是應掌握的知識點，因此在靜力學這一部分，應該把受力分析及力的合成、分解作為重點來學習。

靜力學的摩擦部分，有些教材的編者認為摩擦不重要，干脆不編寫，而有些教材把考慮摩擦的平衡問題作為重點，花大量的篇幅講述，例題、習題多而難。其實這兩種做法都是誤區。在機械領域里，摩擦是一種常見現象，機械設施的設計、使用，甚至選材都要考慮它，因此在工程力學課程里關于摩擦的知識是不可忽略的，在摩擦部分主要有這幾個內容：滑動摩擦、摩擦角、自鎖、考慮摩擦的平衡問題等，其中滑動摩擦、摩擦角、自鎖的知識在后續的課程中應用較多，因此應作為重點，并和后續課程的應用結合起來，如機械設計中超越離合器就是應用了摩擦的知識，因此在講摩擦時可以把它作為例子?？紤]摩擦的平衡問題在后續的課程中應用很少，實踐中應用也不多，因此作為一般了解性的知識了解一下即可。

2.材料力學部分

材料力學部分主要包括：軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉、彎曲、交變應力與疲勞破壞、強度理論與組合變形、壓桿穩定等，根據這些內容與后續課程的聯系和在生產實踐中的應用情況分析，軸向拉伸與壓縮、剪切、扭轉、彎曲、交變應力與疲勞破壞幾個內容應作為重點，而強度理論與組合變形、壓桿穩定僅作簡單介紹即可。作為重點的內容也不是面面俱到，每個部分都講，應有選擇性地講解，遵循“以必需、夠用為度”的原則。

在材料力學部分，有關的理論及公式推導占了較大篇幅，如扭轉中的切應力、彎曲中彎曲正應力、彎曲變形中的撓曲線方程和轉角方程等，這些公式的推導難度大，不易理解與掌握，占用不少教學時間。實際上這些內容的學習重點應該是用公式求解強度、剛度問題，解決工程實際，因此對一些理論及公式推導的講解應簡化，而把教學重點放在應用材料力學知識解決工程實際問題上，提高學生解決工程實際問題的能力。

材料力學部分的知識在后續的課程如機械設計、工程材料中應用較多，而相當多的工程力學的教材與這些課程的聯系不夠，因此在教學中應加強與這些課程之間橫向的聯系?？梢园褭C械設計、工程材料中的內容作為例子應用到材料力學部分的講解中，如工程力學的應力集中問題，在機械設計課程中軸的結構設計主要考慮的因素就是應力集中，因此在講應力集中時，可以把軸的結構設計作為例子來講。又如，機械設計中齒輪輪齒的疲勞折斷和彎曲正應力、疲勞破壞等有關，因此在講彎曲、疲勞破壞時可以將齒輪輪齒的折斷作為例子。在工程力學課程中，利用力學知識把后續課程的知識點講明，有利于后續課程的學習，從而真正發揮基礎課程的作用。

3.動力學部分

一般的教材動力學部分主要包括點的運動、點的合成運動、質點運動微分方程、剛體的基本運動、剛體的平面運動、動力學普遍定理等，內容較多，但后續課程能用到的及實踐中用到的并沒有這么多。

本著“必需、夠用”的原則，這部分內容應該有選擇性地講解。后續課程機械設計中機構的運動與剛體運動有較多的聯系，理解機構的運動原理必須以剛體的基本運動、剛體的平面運動作為基礎知識，因此剛體的基本運動、平面運動應該是教學重點。而理解剛體的基本運動、平面運動，必須掌握有關點的運動的基本知識，如點的運動方程、點的速度計算等，因此這些內容也應該是教學重點。至于點的合成運動和質點運動微分方程兩部分，內容多，理論性強，占用的課時數較多，但在后續的課程中應用卻很少，故這部分內容可以省略或有選擇地講解。動力學普遍定理中，僅其中的轉動慣量的知識在后續課程和實踐中均作為一個基本知識在應用，故轉動慣量是教學重點。

高職高專的教育特點和培養目標，使得工程力學這一傳統的基礎課程面臨著必須進行教學改革的局面，對工程力學教學內容做出合理、正確的改革，是一個循序漸進的過程，不可能一蹴而就，需要不斷地探索，吸取經驗教訓，努力去接近一個理想狀態，滿足高職高專教育的要求。

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一、主體性參與教學模式在土木工程專業實施的必要性

大學生處于心智發展的黃金期，創新意識強。主體性參與的教學模式正是將“要我學”變成“我要學”，激勵學生完成知識的自我構建。傳統的“填鴨式”教學束縛了大學生的創造力，使學生成了實現教學目的的奴隸，學生失去了個性，成為一個模子出來的“好學生”。而主體性參與的教學模式，可以充分挖掘學生的潛力，使我們的學生“青出于藍而勝于藍”。此外，傳統的灌輸式教學無法滿足大學專業課的課容量要求。大學教學具有深、專、廣、難的特征，而傳統的灌輸式講授，授課內容十分有限。

現代建筑施工企業對土木工程專業大學生的要求是不但要有扎實的土木工程專業理論知識、一定的施工經驗，還要有自主創新能力、快速有效的學習新知識的能力以及一定的英語聽說能力、計算機應用能力等。這些都要求我們在教學中應該做到：概念、理論與實踐并重、轉換教師與學生在課堂中的傳統角色，實施主體性參與的教學模式改革，只有這樣才能培養出企業真正需要的大學生。

隨著我國城市化建設和房地產的迅速發展，建筑業的人才需求呈現出綜合性和實踐性的特點。《材料力學》是土木工程專業一門基礎性力學學科，它涉及力學、幾何學、高等數學、物理學、試驗等方面的知識，綜合性很強。針對理論性強、涵蓋面廣的學科特點，需要有效的教學手段才能收到良好的教學效果。研究表明，采用不同的教學手段，學生的理解識記率差別很大。傳統的灌輸式教學法，學生的平均理解、記憶保留率只有5％，而主體性參與式教學模式，學生的平均理解、記憶保留率可達到75％以上?？梢?，主體性參與教學模式是提高教學效果的有效途徑。

二、主體性參與教學模式在《材料力學》教學中的實施方法

主體性參與教學模式相比傳統教學模式有三方面的優點：(1)全面性 主體性參與教學模式并不偏重于學生某一方面的發展，而是使學生在智力、心理、合作精神、專業素質等多方面取得整體提高，促成學生創造力和內在智慧的不斷發展；(2)平等性 主體性參與教學模式通過建立心理相容、平等博愛的師生關系，淡化了知識的權威性，樹立了沒有絕對真理的學風，改變了教師唱“獨角戲”的局面；(3)主體性 主體性參與教學模式注重教學中主體性的回歸，把教學觀從教師的“教”轉化為學生的“學”，把“培養學生自主能力”的教學理念貫徹到了實處。具體的說主體性參與教學模式是通過讓學生課前、課中、課后參與來提高教學效果的。

1．課前參與

(1)引導學生參與教學內容的取舍。針對土木工程專業學生選擇有針對性的授課內容極為重要。教師可在緒論課中將自己選定的教學內容公布，讓學生結合土木工程專業特點和興趣提出修改意見，然后教師在不偏離教學大綱，注重知識系統性的基礎上，充分尊重學生選擇，合理確定教學內容。(2)建立網絡課堂，信息實時傳遞。教師可以充分利用網絡信息存儲量大和方便快捷的特點，建立網頁，開辟網絡課堂和師生論壇。在網絡課堂里，學生可以不受時空的限制，隨時閱讀相關課外學習資料以及瀏覽土木工程論壇、鋼結構論壇等，同時在不懂的地方還可以隨時向老師以及同仁咨詢。

2．課中參與

(1)課堂討論參與式。在一堂課開始時，教師不要急于授課，可以先拋出問題引發思考。例如，在講“壓桿穩定”時，先啟發學生，壓桿的穩定性取決于哪些因素·目前工程中采用什么方法來增加壓桿的穩定性·理論講授完畢后，再對所提問題分組討論。一組以4—6人為宜，過多則人浮于事，互相推諉；過少則氣氛難以調動，思路單一。討論時間以10一15分鐘為宜，過長則導致學生倦怠，課堂氣氛混亂；過短則討論內容無法深入展開，討論流于形式。討論結束后，每個小組派代表做總結發言，意見不同的小組甚至可以辯論?！皩W而不思則罔，思而不學則殆”，通過課堂討論，可以使學生在輕松愉快中提高對知識的理解程度和運用能力。

(2)案例分析參與式。案例教學法通過對真實工程事故的分析，可以把抽象的概念形象化，深奧的理論通俗化，復雜的問題簡明化。例如講壓桿穩定時，可舉案例：2009年5月17日湖南省株洲市紅旗路高架橋在拆除過程中垮塌，據媒體方面報道，直接原因是17日下午有建筑工人在一橋墩上打眼，橋梁受到震動，導致橋體重心發生變化，一個橋墩轟然倒塌，重達上千噸的橋面倒下，壓在相鄰的橋墩上，導致相鄰橋墩也發生倒塌。然后引導學生運用壓桿失穩的理論分析分析橋梁垮塌的機理，使學生深入理解壓桿穩定的概念。案例教學法重在研討，妙在“引發思索，集思廣益”。在具體操作時，須注意選取的案例要既典型又直觀，既具綜合性又有時效性，從而保證案例教學法的實施成效。

(3)開放式教學參與式開放式教學方法是指在課堂教學中創設一定的問題情景，通過學生的主動探索、思考研究，并在教師的幫助下而獲取知識或科學結論的一種方法。其目標是培養學生通過自己的自學和思維來主動獲取知識的能力。在這一過程中，學生不再是被動接受知識，而是主動參與知識的形成過程。在這一過程中，學生的學習興趣被極大的激發，思維的獨立性、學習的參與意識、創新精神得到更好的培養。比如，在材料力學課程的學習過程中涉及到各種強度理論的應用，例如最大拉應力理論、最大伸長線應變理論、最大切應力理論、形狀改變能密度理論和莫爾強度理論等。這些理論各有何特點，適用于哪些材料的破壞分析，可以讓學生查閱資料撰寫小論文《各種強度理論在土木工程材料中的應用優劣之比較》。這樣既培養了學生收集、分析、利用信息的能力，變固定課堂為流動課堂，又增強了學生學習的自主性，調動了學生學習的興趣。

3．課后參與

(1)學生互出試卷進行單元測驗。章節完結時，教師可讓學生一人出一份章節測試題，要求題型標準、選題合理、題量適當并附標準答案。然后教師對試卷把關修改，抽取優秀考題隨機組合，進行測驗。要出一份質量好的試卷，學生必須把所學知識認真復結，融會貫通，把握重點，兼顧難點，其效果遠遠好于教師自己被動地出一份考題。

(2)布置沒有標準答案的思考題。知識應由個人自主建構而不是由他人傳遞。教師設置發散型的思考題，讓學生去求疑解惑。譬如：如何預防目前頻發的橋梁坍塌問題，如何設計既節約材料又安全可靠的橋梁等。然后引導學生到圖書館或Intemet上查詢資料，對搜集的資料分類整理，并制作成PPt向全班同學展示。

三、提高主體性參與教學模式實施成效的關鍵問題

1.全面提高教師自身綜合素質和業務水平

主體性參與教學模式表面上看教師講課的任務少了，實際上卻對教師提出了更高的要求。教師不再是傳統意義上的信息提供者、標準答案的者，而成為“隨機通達”的引路者、概念框架的“搭建”者、問題情境的“拋錨”者、協作學習的“組織者”和信息資源的“管理者”。教師的任務是如何導演一場精彩的課堂演出，這對教師來說是一個巨大挑戰。

2．注重面向全體學生，進行差異化引導

主體性參與式教學對學生能力既是培養，也是考驗。我們按學生的參與程度不同，可將學生歸為三類：主動參與型、被動參與型、不參與型。針對不同的學生群體，教師要實施差異化引導對策。實施中，可能會出現這樣的現象：能力強的學生因踴躍參與而能力更強；反之，能力弱的學生羞于表達，較少參與機會，導致能力更弱。因此，對于陳述中遇到困難的學生，教師要用提示性、啟發性語言幫助學生澄清觀點，用信任、期望的眼光激發學生思考的熱情，用肯定、贊揚性語言評價學生的成果，用諒解、引導性的語言促使其改進不足，鼓勵人人參與，共同進步。

3.正確處理知識與能力的關系，注重能力培養

土木工程專業課教學不僅要傳授知識，而且要培養能力。有效地培養學生的學科能力，是一個值得深入研究的重要課題。學生主體性參與的教學模式就是要通過學生參與備課、參與授課、實踐運用等形式有意識地培養學生的理解能力、應用能力、創新能力，從而促進學生的全面發展。

四、結束語

教學改革是一件非常嚴肅和慎重的事情，不可能一蹴而就。我們對土木工程專業的材料力學課程進行了上述教學改革，經過幾年的教學實踐，學生對該課程的教學質量評價穩步提升。材料力學課程教學改革的目的就在于把傳統的教學觀念轉變為以學生為中心的現代化教學觀念，在傳授知識和技能的同時注重學生的能力培養。同時，我們會在教學過程中及時發現問題、解決問題，不斷完善課程內容的設置。只有這樣，才能提高教學效果，提高學生的專業素質和綜合素質，培養出具備創新能力的實用型技術人才。

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基金項目：

湖北文理學院校級教研項目