应用型本科院校工程力学课程教学改革探索.docx

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1、应用型本科院校工程力学课程教学改革探索 企业大多基于复合材料容器设计方法进行设计，或者凭借工程阅历进行设计。为了限制生产成本，部分企业对泵站井产品的用材不断进行压缩，这就导致在井体安装或者运行过程中会出现一系列问题，如开裂、失稳等。 基于以上工程背景，我们以解决实际工程问题绽开工程力学的创新教学。 二、工程实践抽象为力学模型 新型泵站井直径3米，高度20米。泵站井底部与基础采纳预埋螺栓连接。泵站井实物如图1所示，泵站井结构如图2所示。 教学中，首先我们须要引导学生将工程问题抽象为力学模型。工程实际进行当中，有一部分问题可以干脆按工程力学的强度、刚度和稳定性公式来求解，如起吊机的吊绳可按轴向拉压

2、强度公式来校核，电动机的转轴可以按扭转强度和刚度公式来计算，桥式起重机的大梁可以干脆按弯曲强度和刚度公式来分析。对于这些问题，我们首先可以通过工程力学静力学的理论，按支撑条件和载荷分布求出内力，进而按强度、刚度公式去求解危急截面的应力。如要进行强度校核，需弄清晰这些构件所用的材料属性，如材料许用应力等，刚度校核时，还要结合相关的设计规范要求。 对于本例来说，可将工程实际抽象为以下力学问题。 问题1：如考虑筒体自重及封底所受的浮力，则可以将其简化为轴向受力构件进行压缩强度分析。 问题2;由于井筒直径较大，井体安装时，要求从基坑底层起先逐层回填并夯实，如若从一侧回填土过多，而另一侧尚未回填，则可简

3、化为悬臂梁受三角分布载荷按弯曲强度公式进行分析。 问题3：井体安装后，主要的载荷为四周回填土的外压，对于这种工况，要借助强度理论进行分析。 三、工程买践问题的力学求解 问题1：课堂教学中，引导学生从简洁问题人手，逐步建立分析自信。上述第一个问题为工程力学课程中四种基本变形中的第一种，也是最简洁的，即轴向拉压。要解决强度问题，首先给出强度公式： 依据强度条件公式，我们至少须要知道两个量才可以确定第三个量。依据甲方供应的设计条件，其设计压力为井筒外压，按静水压力施加，泥浆密度为1600kg/m3。材料需用应力为已知，见表1。结构的轴向载荷为筒体自重及封底所受的浮力引起，井底浮力方向向上，其值为：

4、泵站井自重值沿高度改变： Gh=Ahg 式中：A为井筒横截面面积; P为玻璃钢的密度，按1800kg/m3计算; g为重力加速度，取9.8m/s2; h为计算高度。 则其应力分别为 由于都是轴向应力，故： 上式中，厚度为未知量，待求。这样第一个问题转化为强度公式三类问题中的截面设计问题。 将数据代人强度公式，可求得危急截面的厚度： 式中：h=20m;D=3m;=1800kg/m3;g=9.8m/s2;Yc=90MPa，n為平安系数。 前文已经提到，进入新时代，我们的教学要向应用型教学转变，引导学生向工程实际靠拢。那么，此处关于n的取值，对于不同的专业，我们应引导学生去查阅相关专业领域的规范。玻

5、璃纤维增加塑料作为一种复合材料，巳广泛应用于航空航天、船舶海洋、汽车、化工容器等领域。其国际通用规范为ASME RTP-1 2022，国内标准有CECS190：2022等。综合实际，此处取平安系数为6。 问题2：首先是工程实际问题的力学简化。依据分析，可将泵站井筒简化为如下力学模型： 需首先确定危急截面及其抗弯截面系数。进而通过弯曲强度公式计算其环向应力。 明显，最危急的截面为筒体根部与混凝土基础相连的部位。该处的弯矩最大，为： 截面惯性矩按下式计算： 弯曲正应力按下式计算： 式中：y=D/2，其余参数取值同上。 问题3：第三个问题是工程力学的强度理论部分。通常，结构或构件在外载荷作用下，并不

6、是单一的简洁变形。而往往是这几种基本变形的组合形式，因此我们不能仅靠基本变形的强度公式进行结构平安校核，须要借助强度理论的相关学问。本例恰好是一个典型的平面应力问题。其轴向应力与问题1的求法一样。环向应力需借助高等數学微积分的学问进行求解。详细如下： 沿井筒轴向取一微段AL进行分析，其力学模型如图4所示。取0-1米间一微段的二分之一作为分析模型，其轴向内力为： FN=YL 在这部分圆筒内壁的微面积OLD/2d甲，压力为pLd。其在Y方向的投影为pLdsin。从0到对上述投影积分： pLdsin=pLD Y方向的平衡方程： 2L+pLD=0 因此，环向应力为： 将设计载荷p，筒体直径D，及假定厚

7、度代人上式，即可得该段筒壁上的环向应力。 四、本工程实例与工程力学学问结构的对应关系 工程力学学问框架与本例的对应关系如表2所示。事实上，工程实践中的许多间题都可以抽象为力学模型来分析，如桥梁、建筑及其构件、汽车及其零部件等。本例中的泵站井，看似是一个简洁的结构，但其基本包括了工程力学的全部学问。由此可见，工程力学课程是一门逻辑严密的课程，也是一门应用性较强的技术课程，具有广泛的通用性和较强的理论性，对学生的逻辑思维实力、分析实力和解决问题实力的培育都至关重要。 五、结论 结合力学教学的实践和阅历，笔者通过一个实例分析介绍了基于工程实践的力学教学模式。目前，应用型本科教学已进入一个全面绽开的新

8、阶段，各省分别出台了应用型本科课程建设的若干新政策，随着应用型本科新大纲的逐步实施，工程力学课时进一步压缩，工程力学课程改革面临着许多挑战，作为一线老师，我们须要不断优化传统课程内容，与时俱进，探究适用于培育创新型应用型本科人才的教学手段和方法。 参考文献： 1丁润生，马啸风，傅平生.真诚的教化家傅任敢纪念文集M.北京：首都师范高校出版社，2022. 2左建平，左明.谈高校工程力学课程的教学思想J.高教论坛，2022，. 3应用型本科工程力学教学实践与改革探讨J.科技论坛，2022， 4杨阳，林广思.海绵城市概念与思想J.南方建筑，2022，. 5刘鸿文.材料力学M.北京：高等教化出版社，2022. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页