周一至周日 8:00-22:30(免长途费):
学术咨询:400-888-7501 订阅咨询:400-888-7502
征稿授权 经营授权
当前位置:中文期刊网 > 工程论文 > 土木工程论文 > 正文
土木工程论文( 共有论文资料 456 篇 )
推荐期刊
热门杂志

土木工程专业弹性力学课程教学方法

2019-12-02 09:21 来源:土木工程论文 人参与在线咨询

摘要:在传统的土木工程专业“弹性力学”教学中,对于巴西圆盘应力场解析解的物理意义及应力分析与载荷的关系,学生缺乏直观的认知。同时,求解过程要求学生具备较高的运算能力和抽象思维能力。而对于应用型本科院校而言,其数学基础往往较差,在教学中应重点培养学生的实践能力。本文利用MATLAB软件将巴西圆盘应力场分布可视化,图像显示使得结果通俗易懂。

关键词:弹性力学;巴西圆盘;应力场;MATLAB

“弹性力学”课程是土木工程专业中理论性极强的专业基础课[1-3],对于应用型本科院校而言,学生在解决实际问题的同时要着重培养其创新和实践能力。但是,目前应用型本科院校对于“弹性力学”课程的教学,仍然沿袭传统的教学思路,主要以课堂讲述、灌输为主。由于重理论轻应用,学生的兴趣普遍不高,对问题背后的核心知识掌握程度较低。运用所学知识解决实际问题时,往往抓不住重点,学习效率低,教学效果差。为了改变这种现状,笔者结合在地方应用型高校授课的经历,对弹性力学的教学方法进行了改革,以期达到“抛砖引玉”的效果。

1巴西圆盘应力分布解析解

“弹性力学”中经典的巴西圆盘试验应力分布解析解的求取有不同的方法,不论哪种方法,求解的过程都要求学生具备很高的逻辑思维能力[4,5]。如图1所示的圆盘尺寸参数,假定圆盘半径为r(25mm),厚度方向为t(5mm),在直径方向受集中荷载P(P=-15N,负号表示受压力)作用,按照弹性力学理论可知其受到的应力包含σx、σy及τxy三个分量。上述问题的解析解完全满足工程分析精度要求,但对于地方应用型高校土木专业学生而言,对圆盘表面应力分布状况没有直观印象,实践应用较困难。因此,利用MATLABS软件强大的数据处理和绘图功能将应力分布可视化,便于学生深度掌握和理解圆盘的受力过程。首先,设定计算区域,根据圆盘的半径r=25mm,进一步确定圆盘表面各点的坐标值,在软件界面输入程序,就可确定绘图区域。通过A(-25,0)、B(0,25)、C(25,0)、D(0,-25)四个坐标点便确定了绘图范围。

2基于MATLAB应力分布可视化

2.1主应力分布可视化

由于前述的绘图区域为矩形,在圆盘之外的区域也存在应力值[6,7]。为了消除圆盘之外区域的应力值对分析结果的干扰,需先判定圆盘的范围,根据判别条件将圆盘之外区域的数值人为设定为0。可以发现在圆盘试件边界圆周处,由于存在应力突变,绘图区的数据表达较为模糊。因此,通过nan值将分析区域外应力值设定为空值,可有效消除区域外应力值对绘图区域的影响。

2.2最大剪应力和主方向可视化

同理,还可进一步计算圆盘受到的最大剪应力τmax和主方向θ。在其他参数不变的条件下,分别调整圆盘荷载为-30、-60、-90N,重复上述过程,得到其应力值分别为荷载为-15N时的2、4、5倍。分析表明:在弹性范围内,对圆盘进行连续加载,得到的应力值与荷载成正比关系。因此,只需将初始荷载下得到的应力场乘以相应的初始荷载的倍数,即可得到不同荷载作用下的应力结果。

3结论

传统的“弹性力学”课程授课中,较注重公式推导,忽略了计算结果的对比分析。MATLAB软件界面及程序语言简单易学,具有强大的数据处理和绘图功能。以经典的巴西圆盘试验应力分布可视化过程为例进行教学改革,利用MATLAB软件对圆盘应力分布的表达过程进行分析和讨论,使得教学过程更加立体生动。授课过程中不仅增加了学生对应力分布的认识,也拓宽了学习范围,借以启发和引导学生提高分析和解决实际工程问题的能力。

参考文献

[1]张伟伟,田锦邦.弹性力学的三段式教学方法[J].力学与实践,2017,39(2):191-195.

[2]刘淑红.“弹性力学”课程教学研究与实践[J].河北农业大学学报:农林教育版,2017,19(1):80-83.

[3]陈小亮,郑恒伟,丁剑平.弹性力学应力场解答的数学美感探讨[J].科学技术创新,2017(22):103-104.

[4]董云峰,蒋鑫.弹性力学课程在专业基础课教学中的教学与实践[J].长春工程学院学报:社会科学版,2015,16(3):150-152.

[5]张盛,王龙飞.预制裂缝宽度对变尺寸圆盘试样应力强度因子的影响[J].河南理工大学学报:自然科学版,2018,37(2):117-123.

[6]秦洪远,刘一鸣,黄丹.脆性多裂纹扩展问题的近场动力学建模分析[J].浙江大学学报:工学版,2018,52(3):497-503.

[7]罗世林,万文,赵延林,等.考虑加载速率与厚径比影响的巴西圆盘劈裂强度分析[J].湖南科技大学学报:自然科学版,2017,32(2):6-14.

作者:付晓强 曾武华 王军芳 李阳 单位:三明学院建筑工程学院

在线咨询
推荐期刊阅读全部
.