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关键词:工程实例;公式适用性;力学史料
Liu Jian-lin
(Department of Engineering
Abstract: Tension and compression experiments of mild steel and cast iron are important experiments in some majors, such as engineering mechanics, material and mechanical engineering. An important task of the teachers in charge of experiments is how to lead the students to understand deeply mechanical properties of materials, and to do experiments interestingly. To realize this goal, some methods are presented in this paper, such as listing some engineering examples, discussing the effectivity of the formula and supplementary of mechanical history. In fact, these methods are quite effective.
关键词: engineering examples;effectivity of formula; mechanical history
低碳钢和铸铁的拉伸和压缩实验是一般工科学生所做的第一个重要的力学实验,对于学生深入理解材料的力学性能有着重要意义,并且也是后来学习机械原理、弹性力学、塑性原理、机械设计等课程的必要基础。这个实验是许多工科专业的必修实验,例如工程力学、材料工程、机械工程、土木工程、石油工程、航天航空、汽车、自动化等专业的学生都必须进行此实验方能结合本专业进行相应的力学应用于研究。
由于各个专业的学生学习材料力学课程的课时不一致,学生的力学水平参差不齐,所以在实验过程中有部分专业的学生对于该实验不能很快地入手,从而耽误了大量时间,降低了效率。另外,实验的质量直接影响到学生对于材料力学课程学习的兴趣,甚至会影响到后续课程的基础不扎实。因此,如何引导学生深入理解材料的力学性能,以及兴致盎然地进行实验,是实验辅导老师的重要任务。为此,中国石油大学(华东)力学实验室的辅导老师,为了达到上述目的,采取了灵活多边的教授方法,而不是像以前实验中枯燥无味地说教。这些方法包括:大量列举工程实例、详细讨论公式的适用性以及补充力学史材料等。实践证明,通过改革教授方法后,学生对于该实验发生了浓厚兴趣,从而说明这些方法是卓有成效的。
在描述低碳钢和铸铁的“韧性”和“脆性”时,为了加强学生的理解,对于这两种性质进行了举例。例如,提到玻璃在受到石头砸击、以及潍坊的萝卜掉在地上四分五裂等现象,可以让学生体会到“脆”的概念,同时这些例子也会引起学生的哄堂大笑,从而活跃气氛。在讲述塑性时,需要讲明与之对应的弹性。此时可以列举生活中的一些例子,例如橡皮筋、钟表发条、撑杆跳等以说明变形的可恢复性;而列举牙缸、脸盆以及汽车的车皮冲压成型等工程实例,既可以加深同学们对于塑性(变形不可恢复)的认识,又可以描述如果没有塑性时的“可怕”现象,如汽车开动时如果没有塑性那么车皮会重新变成平板,这肯定可以引起学生会心的微笑。
对于实验指导书上的一些公式,应该说明其适应的范围,从而加深学生的理解,同时又给他们以“尽信书则不如无书”的启示。例如屈服极限和强度极限的计算都是用力除以试件的原始横截面积,这仅仅适用于小变形的情况;而实际试件在达到强度极限时变形较大,用此公式计算将有误差。所以应该给学生指出,这是名义应力而非实际应力。
而讲到延伸率的定义时,应该让学生联想到应变的定义以进行比较: