材料力學劉鴻文精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的材料力學劉鴻文主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：材料力學劉鴻文范文

關鍵詞：工程力學；矢量；代數量；正負號

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0210-02

工程力學是我校近機類如機械、汽車、軌道和航空等工科專業開設的一門重要的專業基礎課。分為工程力學一也就是理論力學[1]內容以及工程力學二材料力學[2]內容，分在兩個學期教學。在理論力學中一些重要的參數諸如力、速度以及加速度等都是矢量，求解時均列代數方程，是關于這些矢量在軸上投影的代數量。在材料力學中，其中重要的參數有三種內力：軸力、扭矩和彎矩以及兩種應力：正應力和剪應力等也都是代數量。但是，矢量投影的代數量正負號以及內力、應力的代數量正負號的規定是完全不同的，掌握它們的方法，是正確求解題目的前提。據此，本文對工程力學中參數的正負號問題進行探討，對理論力學和材料力學的相關問題進行比較，為學生的學習建立夯實的基礎。

一、理論力學中的參數

在理論力學教學中，靜力學中的力、空間力矩以及空間力偶，運動學中的速度以及加速度均為矢量，為了方便求解，都是求矢量在軸上的投影，即代數量。如圖1所示，力在x軸上的投影X=Fcosα，顯然當夾角小于九十度，投影為正；反之為負。力矩以及力偶在平面問題中，為代數量，規定了逆時針為正；相反順時針為負。其他矢量的投影的正負可以依次類推。由此可知：矢量在軸上投影的正負取決與矢量的方向以及建立的坐標軸的方向的夾角。這樣我們在靜力學中列力在坐標軸上的投影方程、運動學中速度和加速度合成的投影的表達式就會迎刃而解。

二、材料力學中的力

內力圖的繪制是材料力學中非常重要的基本知識，與理論力學不同，材料力學中內力不再是矢量，不要求標注矢量符號，它們為代數量，有正有負。確定內力的正負號是繪制內力圖的根本問題，與矢量在坐標軸上的投影的正負號有所不同。矢量的投影，一般向上的方向為正，則向下的方向為負；逆時針方向為正，則順時針方向為負。而材料力學中內力正負號的規定比較特殊，與大家所熟知的思維有區別。通過以往的教學經驗，學生在學習中很容易混淆，在教學時應予以重視。當學生一開始接觸這門課程，就要著重強調該知識點，把問題講清楚透徹，改變他們傳統的思維方式，為學生學習掃除障礙。材料力學是研究構件在外力作用下變形、破壞或失效的規律，因此依據變形的效果來規定內力的正負號。只要內力產生的變形效果一致，則它們的正負號相同，這是材料力學所特有的。比如說拉伸，規定凡是產生拉伸變形的內力為正、相反產生壓縮變形的內力為負。當然內力是外力引起的，是一側所有外力的代數和確定，外力的正負與內力的正負完全一致。如圖2所示，雖然桿件在兩端承受力P方向相反，扭矩m■、m■在軸的兩端旋轉方向相反，但是它們對桿件的變形效果是一致的，因此它們的正負號是相同的，教材上均假設為正，與此相反的情況，兩端的力或力矩均為負。彎曲中假設剪力F■左側向上右側向下和彎矩M左側順時針，右側逆時針，產生的變形來規定為正。但是在理論力學中，這些兩端的力或力矩的投影的正負是相反的，學生在學習過程中容易按照原來固有的思維方式來考慮就會出錯。

同樣在材料力學中由內力產生的應力也是代數量，與內力類似。如圖3所示，單元體左右、上下面的正應力和剪應力雖然指向或方向是相反的，但是按照變形的效果規定拉伸的正應力都是為正的，而順時針的剪應力為正，逆時針的剪應力為負。

三、結語

理論力學中矢量在坐標軸上的投影其正負號與數學上的規定是一致的，只要矢量的方向或力矩的旋轉方向相反，理所當然，投影的正負號也相反，學習時比較簡單。而到材料力學中，內力和應力的正負號規定比較特殊，與常規的思維不同，雖然在桿的兩端力和力矩的方向或旋轉方向相反，但是只要它們所產生的變形效果是一致的，那么它們同時為正或是同時為負。應力類似，雖然在單元體相對的兩個面上方向相反，也同為正或同為負。只有有了清晰的概念和正確的思維方法，才能正確地求解問題。

參考文獻：

第2篇：材料力學劉鴻文范文

關鍵詞：材料力學 教學思考 應用型人才 材料類專業

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0236-01

材料類應用型本科人才的培養，既不能沿襲傳統本科的教學模式，又不能只注重應用而削弱理論基礎的教學。在人才培養的過程中，應突出理論教學和實踐教學的相互滲透和融合，加強理論教學的應用性部分，把應用性環節滲透到理論教學全過程。培養具有寬厚的理論知識，突出的創新意識和應用能力的材料專業本科生。

材料力學是材料類專業的一門重要的專業基礎課，其經典理論在現代工程和科學技術中一直被廣泛使用。材料力學的教學內容和教材體系已相對成熟，在這個基礎上，面對材料類專業學生，在短學時的情況下，如何激發學生學習興趣，如何做到理論聯系實際，如何培養學生的創新精神和應用能力？我們就這些問題對該課程的教學內容、教學方法等進行了一定的思考和改革。

1 優化教學內容

傳統教學通常是按照桿件的四種基本變形：拉伸（壓縮）、剪切、扭轉和彎曲來組織的，而桿件的每一種基本變形又幾乎都按照“截面法求內力，幾何變形關系，物理關系，靜力平衡關系，推導應力公式”的流程進行。這種按桿件的基本變形進行組織的多重循環教學體系，耗費學時，不適合短學時的教學安排；并且缺乏新意，學生容易學習疲勞，失去興趣。

如果把教學內容進行歸納總結，直接從桿件組合受力的一般情況出發，按照結構材料需滿足的三大基本要求，即強度要求、剛度要求和穩定性要求，來安排課時。教學內容可凝練為“內力分析，應力與強度計算，變形與剛度條件，壓桿穩定性計算”這樣一個主線。把各種變形條件下的共性問題（如內力、應力、應變等）集中討論，有利于節約課時，突出共性，強化概念。

2 改革教學方法

傳統的教學方法是老師在上面講，學生在下面聽。眾所周知，理工科的課程性質本身就比較嚴謹，注重理論性和邏輯性。而材料力學教學內容中又包含很多公式推導、力學模型和數理方程等。如何讓材料力學課程具有生動性、有趣性，激發學生的學習興趣？我們在教學過程中發現，如果能在教學過程中做到理論聯系實際，則學生有較高的學習熱情。比如，在講解梁的彎曲變形前，先讓學生觀察教室里的梁，給學生布置思考題，根據材料力學的知識討論梁為什么是豎方向比橫方向長，讓學生自己去尋找答案，而不是一味的老師講，學生聽。又比如，在講解壓桿穩定的時候，可以先在課堂上做個小實驗，將一張薄紙片豎著放在桌上，則紙片很可能站不穩；如果將紙片折一下，模擬角鋼的形狀，則發現紙片可以站穩，并且在上面放一本作業本都沒問題；而如果把紙片卷成圓形，模擬圓形截面鋼，則紙片的承受能力更強了。用這個小實驗首先把學生的好奇心調動起來，然后再用材料力學的知識加以討論和解釋。這樣既激發了學生的學習積極性，就加深了學生對知識的理解。

另外，在傳統的板書基礎上，輔以先進的教學工具也是使課堂生動有趣的方法之一。比如多媒體的應用。多媒體教學將文字、圖片、聲音和動畫融為一體，可以營造圖文并茂，有聲有色的課堂氣氛，一改傳統的枯燥、抽象的語言教學。并且多媒體教學可以節省板書時間，有助于提高授課效率，對于短學時教學尤為合適。如果能把板書教學和多媒體教學有機的結合，則會起到事半功倍的效果。

3 探索新的實驗項目

實驗教學是理論教學的一個重要補充，是學生加深對課堂教學知識的理解，培養動手能力的重要途徑。傳統的材料力學實驗主要以驗證性實驗為主，只要按照老師給的實驗步驟操作就能得到預期的實驗結果。這種只動手不動腦的實驗模式無法激發學生的學習興趣，也不符合應用型人才的培養目標。我們講這種實驗模式稱為被動式的實驗教學。如果將被動式的實驗教學轉變為主動探索、創新式的實驗教學則不僅培養了學生的動手能力，而且激發了學生的創新精神。比如，4-5個學生一組，每組分配一個具體的小課題，開放實驗室，讓學生自己查文獻，設計實驗方案，完成實驗，寫結題報告。通過此類實驗，鍛煉學生主動的發現問題，分析問題，解決問題的能力。

另外，充分利用學院的計算機實驗室可以開設一些材料力學的模擬實驗，比如ANASYS軟件在材料力學分析中的應用等。計算機在材料科學中的應用已非常普及，由于計算機模擬實驗不需要昂貴的儀器和實驗耗材，因此具有低成本、易實施的優點。經我們證實，加入模擬實驗，也可以增加學生的學習興趣，有助于進一步掌握書本知識。

4 結語

隨著社會和科技的進步，傳統的教學方式和教學體系已經不能適應時代的需要。根據特定的授課對象，我們將不斷的就材料力學課程的教學內容、教學方式和實驗項目等方面進行探索和改革，以期培養出材料類專業方面具有創新精神的應用型本科人才。

參考文獻

[1] 劉鴻文，林建興，曹曼玲.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2011.

第3篇：材料力學劉鴻文范文

關鍵詞：銷釘 剪切力 強度校核

今年，廣西全面開展無證砂船整治工作，區內存在許多鏈斗式撈砂船，這些撈砂船許多都是船主憑著以往的經驗進行建造的，所以加強這類船舶的船舶質量、消除安全隱患，工作刻不容緩。據驗船師在檢驗中反映，這類撈砂船的鏈條連接處的銷的直徑選取，都是按以往的經驗，沒有依據科學的方法進行計算，但現有的規范對這方面的計算還是空白，為了讓這些船舶能納入規范管理，保障船舶以及船員的安全作業，對其進行如下的分析和計算。

1.計算方法

1.1鏈斗式撈砂船的工作原理

鏈斗式撈砂船的工作方式主要是以一臺柴油機為主動力，首先柴油機動力輸出到齒輪箱，齒輪箱通過皮帶的傳動到二層甲板的齒輪箱，然后二層甲板的齒輪箱通過皮帶輸出到頂層甲板的齒輪箱，齒輪箱最后通過與五角頭對砂鏈進行帶動，然后裝有鏈放入水中進行滾動式撈砂，鏈斗工作的時候與垂直方向有一定的角度，工作角度在30度至45度之間，這樣就完成鏈斗式撈砂船工作過程。

2.實例計算

銷所用的材料是#45鋼，許用擠壓應力為σ=128Mpa，實際中銷的一般長度l=0.03m，所受到的擠壓力與直徑之間的關系為：σ=F/Abs=F×1/3×l×D，D=0.048 m。

由以上的計算分析可知，要想銷的強度滿足要求，銷的直徑至少應該大于0.054m，實際船舶中所采用的銷的直徑基本在0.08m以上，所以日常所采用的銷是滿足強度要求的。

3.結語

本文主要是對鏈斗的銷釘直徑所進行的粗略計算，由于考慮船舶工作狀態是一個勻速運轉的工作狀態，并且砂斗的自重，以及每個砂斗所采上來的砂石和水都是均勻分布的，主機傳遞的扭矩和齒輪箱傳動效率等情況都考慮在其中了，其計算結果與實際中所選取的銷的直徑比較吻合，計算的方法供以后的船廠建造以及船上的工作人員對銷的損耗情況參考，提供理論依據。

參考文獻：

第4篇：材料力學劉鴻文范文

關鍵詞 材料力學；構件；疲勞強度；物理措施

構件，一般使用于機械加工與制造、運輸與結構框架、橋梁與樓房建設、支承與生產建設服務設施、基本的農機具的底盤與結構載體等，因此，加強對構件疲勞強度的研究，特別是物理方面的技術研究，不僅能夠提高使用壽命，最大限度發揮構件應有的力學作用，重要的是能夠提高生產、建設質量，加大安全性能保障，提高產品質量檔次，對于創建自主品牌、建設和諧和節約型社會都具有重要的現實意義。

1 要合理設計構件的形狀，滿足應力需求

根據物理力學原理可知，構件的疲勞破壞總是從構件中應力最大處的材料產生疲勞裂紋開始的。在一般情況下，構件應力最大處都在構件橫截面的最外邊緣處，或在有應力集中的地方。因此，要合理設計構件的形狀，盡量避免在構件上開出方形或帶尖角的孔槽，設法避免構件外形的急劇改變，盡可能地使其改變有一緩沖和過渡，從而降低其應力集中系數。

眾所周知，由于結構和工藝的要求，大部分機械零件的形狀都有變化，如零件上有螺紋、鍵槽、軸肩等，雖然這些都是零件必需的，但如果處理不當，勢必在截面變化處出現應力集中現象或者引起應力集中錯位，增大疲勞產生區域。這常常是構件疲勞裂紋發生的根源。因此，有應力集中的構件，其持久極限比同尺寸的光滑試件應有所降低。

根據物理力學原理，在構件對稱循環下，應力集中對持久極限的影響，一般可用有效應力系數Kτ表示其降低程度，有理論研究表明，鋼制階梯軸，在彎曲、扭轉、拉壓對稱循環時，有效應力集中系數是不同的，而且差距較大，因此在設計時應充分考慮應力系數，從應力系數和構件的外在形狀出發，對在軸上存有螺紋、鍵槽、模孔時，有效應力集中系數應合理選擇。

構件的形狀與大小直接影響到應力的集中，設計時要合理注意外在表現，即形狀的大小設計，對于組合式的構件，電動機、曲軸、連接拉桿等，要全面考慮其應力集中，合理選擇材料及構件，以保障組合構件能夠正常工作。

2 降低構件表面粗糙度，減小表面應力集中影響

物理力學原理指出，構件的表面越精細，其應力集中的指向越趨向于平滑；反之，構件表面越粗糙，其應力集中就越明顯，造成構件疲勞的機會就越大。因此，減小在構件表面上因加工時刀具切削傷痕所造成的應力集中的影響，可大大提高構件的持久極限。

通過學習物理的材料力學可知，疲勞破壞一般起源于構件的表面，因此，構件表面的刀紋、傷痕等都會引起應力集中，從而降低持久極限，降低的程度可用表面質量系數β表示，即：

要達到其表面光滑，需要做好以下幾點：

1）盡量選取高質量的加工刀具，如數控機床、磨床、銑床等，以提高其構件的加工精度，確保表面光滑、美觀；

2）選取優質鋼材，針對不同的加工構件，設計定型的加工刀具和模具，以保障機械零部件在進行表面處理前達到技術要求；

3）對于硬鋁、鎂合金等某些有色金屬，即使應力循環的最大應力值十分低，經一定應力循環次數后也會斷裂，既要考慮加工構件的外形，更應注意其加工技術，保證一次成功，不能過度強調光滑與彎曲度。

3 強化構件表面工藝處理，提高抗疲勞能力

除形狀、尺寸、表面對構件的疲勞強度造成影響外，從力學的角度講，高溫、腐蝕介質的作用、表面噴漆工藝處理等都對持久極限產生影響。因此，在做好合理設計、精心加工的基礎上，應加強對構件表面工藝的處理，突出做好以下幾點。

控制好加工溫度 構件在加工過程中，除模具加工時需要高溫定型外，整形、彎曲、扭轉等制造的中間環節，也需要高溫處理，二次高溫處理是造成構件疲勞度的重要技術環節。因此，要使用計算機等先進控溫手段，保障處理與加工過程做到優質控溫，高效生產，保障質量。

選取優質無公害腐蝕介質方法和產品 構件的加工是一個復雜的再生產過程，除工人師傅的技術外，還要注意研究腐蝕介質的品種、質量，做好選取優質、無公害腐蝕液，一是能夠保障構件外表面無公害，二是對使用者做到無公害，三是為環保做貢獻。實驗證明，構件材料本身腐蝕質量的高低，直接影響到機械零部件的抗疲勞度，所以說選取高環保、低成本、綠色腐蝕產品，至關重要。

做好噴漆工藝處理 實踐證明，采用靜電噴漆、電子噴漆、微電腦控制噴漆新技術，選取優質油漆，都能有效地削除構件疲勞度，延緩構件的受損和腐蝕，提高產品的質量。

另外，精心設計運輸包裝，避免造成二次傷害，也能大大提高構件抗疲勞程度。

4 突出材料內涵，研發優質鋼材

解決材料的疲勞強度問題，實際上是研究材料的力學性能，表現在材料自身條件上重要的是材料的質量，也就是材料的內涵。因此，研發優質材料、加工優質構件是材料力學乃至理論物理研究的重大課題之一。

計劃經濟時期，我國構件使用的材料，一般集中在碳素鋼、低合金鋼、碳素鑄鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、灰鑄鐵等幾種。進入21世紀以來，新型鋼材層出不窮，不僅填補了我國鋼鐵工業的空白，重要的對于提高構件的抗疲勞度，強化應力集中表現，起到積極的作用。隨著我國特殊鋼生產工藝技術裝備水平的提高，產品將向特、精、高的方向發展，鋼材價值量的增長將明顯高于數量增長。用冷鐓加工方法制造的緊固件、特殊連接件（螺栓、螺母、螺釘、鉚釘等）用的鋼稱為冷鐓鋼，主要生產汽車用標準件。冷鐓鋼占汽車用優質鋼材總量的7%～12%，2007年達到和超過了850萬噸，成為我國主導鋼材產品之一。

冷鐓是在常溫下利用金屬塑性成型的，冷鐓工藝對原材料的質量要求較高。采用冷鐓工藝制造緊固件，不但效率高，質量好，而且用料省、成本低。緊固件及冷沖壓件是冷鐓成型工藝生產的，在冷鐓成型工藝過程中，每個零件的變形量很大（60%～85%），而且大多數是一次成型，因此要求冷鐓鋼具有很高的塑性，在冷鐓變形中變形抗力小，不產生裂紋、裂縫等缺陷，加工硬化率低。同時要求冷鐓鋼材具有高的表面質量。

冷鐓性能是冷鐓鋼的重要性能之一，是冷鐓鋼應具備的主要性能；對于冷鐓鋼變形要具有盡可能小的阻力和盡可能高的變形能力。為此，一般要求冷鐓鋼的屈強比為0.5～0.65，斷面收縮率大于50%。此外，為避免在冷鐓時表面開裂，要求鋼材表面質量良好，同時鋼材的表面脫碳要盡可能小。

進入21世紀后，緊固件行業大量使用的冷鐓鋼，不僅品種全，而且品質優、性能好。有調質型合金鋼、低溫回火型合金結構鋼、低碳低合金高強度鋼、鐵素體-馬氏體雙相鋼等，具有代表性的典型牌號有ML20MnVB、ML40Cr、ML35CrMo、ML20、ML35、ML35Mn、SWRCH10A、SWRCH35K、10B21、15B25、SAE1018、SAE4140等，大大增強了構件的抗疲勞度，為理論物理研究工作者提供了廣闊的學習、研究天地。

參考文獻

第5篇：材料力學劉鴻文范文

采用理論和數值模擬相結合的方法，建立在采動影響下含斷層頂板的力學模型，根據工作面推進方向與斷層傾角間的相互關系，將斷層分為正向斷層和反向斷層兩類，分析在工作面推進過程中巖體的應力、變形和斷層處的受力以及含斷層頂板的初次破斷和周期破斷的問題。對于含斷層頂板的礦壓顯現，運用梁理論和數值分析，對工作面過斷層進行力學受力分析，推導破斷距表達式，分析斷層面的受力情況及破壞方式。

關鍵詞：

數值分析；正向斷層；逆向斷層；初次破斷；周期破斷

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/ki.16723198.2016.10.091

1 問題描述

工作面過斷層是礦壓顯現最敏感的階段。建立力學模型并進行解析分析，可以使我們獲得一些比較規律性的結果，這利于我們在一個較大的范圍內對斷層周圍的巖體中的應力位移響應獲得初步了解，從而幫助我們進行仿真分析和現場勘測。斷層影響下的頂板力學模型如圖1。

關于含斷層的頂板的力學建模，其中比較重要的一點是判定開采方向與斷層傾向是否一致。開采方向與斷層傾角是否一致將形成完全不同的礦壓顯現和失穩方式。本文把開采推進方向與斷層傾角小于90°的斷層稱之為正向斷層，把開采推進方向與斷層傾角大于90°的斷層稱之為反向斷層，在此僅研究正向斷層問題。

2 正向斷層的礦壓顯現

在考慮破斷距的情況下，可以忽略斷層處幾何形狀的影響，而直接以相應的約束或作用力F、P1、P2為載荷集度，P1代表上覆巖層對頂板的作用力，P2代表煤層對于頂板的作用力。量綱：力/長度。a為對梁有作用力時的煤壁長度，采空區和煤壁的總長度為l。

2.1 初次破斷

由于斷層的存在，頂板已經“斷”了，含斷層頂板的初次破斷可以看作一個懸臂梁。當不考慮煤層的彈性基礎作用代以相應的作用力時，則模型可以簡化為圖2。

其中σ（x）為該處巖層最下方的應力。

假設l=50m，a=20m，巖層高度h=1m，P1=25000N/m， P2=42000N/m，F=40000N/m。用CAD做出彎矩、應力變化曲線，如圖3、圖4。可以看出彎矩M（x）、應力σ（x）隨x呈二次曲線變化。計算可得最大彎矩發生在梁的中段部分，大約在17.5m值為最大；但是當工作面推進至斷層下方時，最大彎矩將發生在懸臂端。

2.2 周期破斷

初次斷裂以后，左端的固定端約束改變為支承約束。不考慮煤層的彈性基礎作用而代以相應的作用力，模型可以簡化如圖5模式。

根據正斷層的幾何形狀和受力情況，正斷層周期破裂時可以分為破斷和回轉兩種形式，此處不再詳細講解。

2.3 斷層處力學分析

3 結論

正向斷層的初次破斷，可以模擬成懸臂梁模型。當存在煤支撐作用時，最大彎矩面（破斷面）發生在梁的中部。而當工作面推進到斷層下方時，煤體的支撐作用消失，破斷將會發生在梁懸臂端。正向斷層的周期破斷，可以模擬成簡支梁模型，當存在煤支撐作用時，最大彎矩面（破斷面）仍發生在梁的中部，而當工作面推進到斷層下方時，由于煤壁的破壞，將會導致頂板發生回轉失穩。

參考文獻

[1]徐芝綸.彈性力學簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]劉鴻文.材料力學[M].第四版.北京：高等教育出版社，2003.

[3]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M]. 北京：煤炭工業出版社，1984.

第6篇：材料力學劉鴻文范文

【關鍵詞】工程力學 課程教學 教學改革

【中圖分類號】G423.07 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）7-0067-01

職業技術學校院校是現代大學適應于市場經濟的需要而產生的，以培養高素質的工程應用型技術人才為主[1]。這就對學生的專業知識培養和專業素質訓練等提出了相應的要求。為了適應新的形勢，我們以培養學生的能力為根本，強化突出理論學習能力、社會實踐能力、技術應用能力和創新能力，以培養應用型創新人才為目的，對工程力學課程的教學模式、教學內容和教學方法展開深入的研究。對于機械類專業學生來說，工程力學是一門非常重要的專業基礎課，它是從基礎課過渡到專業課的一個橋梁，但是在筆者近年來的教學實踐過程中，卻發現存在一些問題。

一、課程教學現狀概述

（一）教學方式太過單一

在工程力學中更大量的是一些方程的列寫和相關公司的推導，這些內容如果僅僅依靠多媒體播放，大量的公式一帶而過，學生如走馬觀花一樣，表面上學了更大量的知識，其實并沒有多少能夠深入心中。公式是計算與實踐中必備的知識基礎，其不僅需要理解，更需要不斷的在計算中應用與記憶。如果這些內容采用板書教學，在黑板上一筆一筆的推導，必然會給學生留下深刻的影響，對相關公式定理的應用也會有更深刻的認識，學生的數理基礎也會有一定的提高。不過如果僅僅建立在多媒體與板書的教學方式仍然是單一的，需要更為豐富及適合學生素質培養的教法探索與補充。

（二）教材設置缺乏實踐型

工程力學包括理論力學和材料力學，其自身的嚴密體系決定了這門課是偏重理論推導的[2]。現在通行的大多數教材中所載內容與工程實踐聯系較少。工程力學中一些要重點掌握的內容往往在后續的諸如機械原理、機械設計中用到得很少；而一些相對要求較低的知識點在后續課程中反而用得比較多。最終導致機械類學生的知識脫節，工程力學也就僅僅成了學生獲得學分的一個工具，并沒有為后續課程的學習提供全面的、實用的基礎知識。

二、教改制度下工程力學課程模式改革

（一）教學模式改革

現在的課堂教學模式是典型的“以教師為中心”的模式[3]。這種模式有必要針對工程力學課程進行優化的教學設計，努力實現介于“以教師為中心”和“以學生為中心”兩者之間的教學模式，既發揮教師的主導作用，又充分體現學生的認知主體作用，并探索與之相適應的教學組織形式、教學活動形式、教學管理方式和教學環境等的建立。根據教學目標和內容的不同要求，在基本保留課堂教學環境的同時，創設多元化的軟、硬件教學環境，使學生能夠利用以計算機技術為核心的現代教育技術，通過學生、教師和媒體三者的交互去主動地發現、探索和思考，從而培養學生的創造能力和認知能力。采用新型教學模式，能夠大大地提高教學效果。

（二）教學內容改革

現在的教學內容基本上按照教材上的內容來講授，增加部分不多。課堂練習和討論部分太少，調動不起學生的積極性。所以有必要采取一些措施優化教學內容，使學生能夠系統地學到全面的、實用的工程力學知識。為了拓寬學生的思路和運用理論解決工程實際問題的能力，在教學內容上，對傳統教學內容精選的同時，注重基本概念、基本原理和基本方法的更新，加強對學科的新發展、新的計算工具與計算方法、新概念、新理論及新實驗的介紹，并注意選編一些與工程實際相關的問題，以例題和習題的形式反映到教學過程當中。授課教師應該在重視理論推導的同時多舉一些工程實例，同時應當適當調整教材內容，調整教材中的重點難點，使本課程與機械類專業后續課程不在脫節。

（三）教學方法改革

在工程力學教學中，改革傳統的教學方法及教學手段[4]。工程力學屬于邏輯性較強的課程，我們采用分析講解與啟發誘導相結合的教學方法。對于職業技術學校大學生的學習，主要是理解掌握并能將知識運用到工程實際當中去，但不能追求高難度、太深奧。一方面，根據教學內容的主次輕重，將難度較高的復雜內容分解為較易的學習單元，逐步啟發學生，引導探究，層層深入，適應學生的理解能力。另一方面，改變傳統的單純灌輸式教學方法，以教師為主導，學生作為主體，增加學生與教師的雙邊活動，調動學生的學習能動性。現在的課堂教學手段是一些教師采用全部寫到黑板上，另一些教師采用全部用多媒體，這樣都不是很好。多媒體教學作為現代教學手段被廣泛采用，交互式多媒體課件的合理運用，可以大大提高教學效果和效率。在課堂教學中，多媒體手段與其他常規教學手段應該是相互補充而不是相互排斥的，并非多媒體教學采用得越多越好。

三、結束語

工程力學是一門重要的技術基礎課，對學生的邏輯思維、分析能力和解決實際問題能力的培養至關重要[5]。工程力學課程中含有許多抽象的力學概念和公式，相當數量的課后作業以及大量的工程實例。學生普遍反映該課程比較枯燥、難學。針對這些問題，出現了一些工程力學多媒體教學軟件，但目前這些軟件絕大多數都是以教師為主體的，很少涉及以學生為主體或介于“以教師為中心”和“以學生為中心”兩者之間教學模式的教學軟件。另外，雙語教學開展很有必要。為此，我們結合工程力學課程組在最近幾年的教學工作經驗中，對新世紀工程力學課程的教學改革進行了有益的探索。

參考文獻：

[1]范欽珊.工程力學[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2]哈爾濱工業大學理論力學教研組.理論力學.6版[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]劉鴻文.材料力學（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

第7篇：材料力學劉鴻文范文

關鍵詞：大型船舶；干塢；塢墩；壓載水；有限元法；受力

Analysis on Stress of Docking Blocks after Filling Ballast Water into BWT/COT of Ship by FEA Method

HE Gunagwei, XUE Lin

( CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co;Ltd. Guangzhou 511462 )

Abstract: Generally, enough ballast water will be pumped into BWT/COT before ship launches to adjust ship’s floating condition. However, a great deal of ballast water will be needed for large ships to adjust floating condition. So it is very import to study the stress of docking blocks in dock after filling ballast water. This paper carries out mathematical simulation by FEA method to realize precise stress analysis of the docking blocks.

Key words: Large ship; Docking; Docking blocks; Ballast water; FEA; Stress

1 前言

本文通過有限元計算在干塢壓載狀態下，船體以及塢墩的受力情況，并校核船體結構的局部強度以及塢墩的安全性；得出一個以有限元計算為手段的船舶出塢、坐墩受力計算的一般方法。同時，研究在船舶研發工作中，結合船舶建造、營運時船舶坐墩的需要的結構設計方法，并為建造中的布墩提供指導建議。

2 308 000 DWT VLCC干塢狀態注入壓載水塢墩受力情況

2.1 有限元模型

有限元建模、分析軟件使用DNV船級社patran-pre和sesam; 對NO.2貨艙及壓載艙區域進行有限元建模，考慮到結構及載荷的對稱性，有限元建模范圍為該區域的1/4; 船體結構邊界條件為：前端和后端約束其X向平動，縱剖面處約束其Y方向平動，墩木約束其Z向平動；墩木所受載荷為船體結構及壓載水對其產生的靜壓力，見圖1。

2.2 分析方法

給NO.2 COT(P\C\S)各注入壓載水6 000、8 000、6 000 t壓載水，此時各艙的液位高度分別為8.15 m、7.14 m、8.15 m，對墩木的受力狀況進行分析。

2.3 分析結果

貨油艙注入壓載水時塢墩及結構受力情況，此時結構的受力大小為41 MPa,塢墩受到的最大支反力大小為226 t，結構最大變形為2.1 mm，產生在外底與塢墩接觸位置，見圖2。

3 82 000 DWT散貨船干塢狀態注入壓載水塢墩受力情況

3.1 布墩與與干塢壓載方案

見圖3、圖4。

3.2 有限元模型

見圖5。

3.3 計算工況

工況1，坐墩不加壓載水；

工況2，坐墩加壓載水：第2第3壓載艙滿，第1壓載艙半艙。

3.4 計算結果及分析

見圖6、圖7、圖8。

墩木受力不均勻性計算每個墩木受力與平均受力比值，以反映墩木受力的不均勻性的程度，分別見表1、表2。

4 結論

1）對308 000 DWT VLCC, 船舶在干塢狀態下將壓載水打入貨油艙塢墩受力為226 t，對塢墩進行承壓試驗，塢墩在壓力加到260 t時，水泥墩表面正常，沒有出現新裂紋，故此時塢墩受力安全。

2）對82 000 DWT散貨船。

① 塢墩布置滿足塢內打壓載水的承重要求；

② 墩木的受力是不均勻的，最大的承重能達到平均承重的2.7倍；

③ 通過本計算案例，可以知道塢墩的受力并不均勻，按照平均受力法的計算辦法布置塢墩時應該考慮一個不小于2.5倍的安全系數，如果不能達到該安全系數時，應該開展有限元直接計算分析，以確認安全性。

參考文獻

[1] 劉鴻文. 材料力學[M]. 高等教育出版社.2004.1

[2] 鋼質海船入級規范（第七分冊）[M]. 人民交通出版社, 2009, 8

第8篇：材料力學劉鴻文范文

長城汽車股份有限公司技術中心；河北省汽車工程技術研究中心河北保定071000

摘要：某款車型在路試試驗過程中控制臂發生斷裂，通過對故障件電鏡分析、化學元素分析及板材力學性能分析，確定控制臂制造缺陷造成疲勞斷裂。

關鍵詞 ：疲勞斷裂；斷裂；制造缺陷；斷口分析

在經濟飛速發展的今天，不少人已經有了自己的愛車，我們在享受它給我們帶來便利的同時，也不得不面對它給我們帶來的一系列問題。比如，行車異響、漏油、斷裂，NVH 等這通常是典型的制造過程中的缺陷所引起，而最終引起顧客的抱怨和汽車市場上的負面影響；下面我們介紹一種汽車上的控制臂由于制造過程中的缺陷導致的失效，而進行的具體原因分析和過程控制整改的經驗。控制臂一側通過螺紋連接與副車架或車架連接，另一側通過球銷連接，承受著簧上質量及來自路面的沖擊。同時控制臂控制著車輪的行駛軌跡及運動姿態，為整車關鍵零部件，失效后整車行駛過程中操穩性下降，行車異響，甚至無法控制車輪按照駕駛人員意愿行駛，造成交通事故。

針對某款車型控制臂斷裂分析如下：

1 化學元素分析

從失效件本體上取樣進行化學元素分析，分析結果見表1，根據分析結果可知，控制臂所用材料化學元素滿足標準要求。

2 力學性能分析

由于擺臂結構導致無法在失效件本體上取樣進行拉伸試驗，在與失效件同批次板材上取樣，進行拉伸試驗，試驗結果見表2，根據試驗數據可知，板材性能滿足標準要求。

3 斷口宏觀分析

通過宏觀斷口（如圖1）觀察發現，部分斷口存在銹蝕，且兩端斷面及孔斷面較為平齊，其他部分斷面呈高低不平的曲面，其中擺臂直邊部位的斷裂曲面成45毅方向，主要受到彎曲與上下跳動的剪切力產生，此位置為控制臂斷裂的源區，仔細觀察源區可以發現，控制臂翻邊根部已有裂紋存在(如圖2），并與斷口垂直，從裂紋發展的規律可以知道，次裂紋先于斷裂形成，為成型時產生。

4 斷口微觀分析

斷裂源區的微觀形貌如圖3、圖4 所示，可以看到源區較為平坦，有疲勞輝紋，圖5 為裂紋擴展區形貌。由于擺臂在運動時受到拉力、壓力、剪切力，彎曲扭轉等，受力較復雜，裂紋擴展也較為復雜，圖6 為裂紋以扭轉的形式形成的斷口形貌，斷面存在輕微腐蝕，裂紋以穿晶形式發展，原始裂紋內充滿疑似電泳液物體，材料內存在針孔。

5 金相分析

在斷裂源區橫截面制成金相試樣在顯微鏡下觀察，軸套安裝孔根部及控制臂翻邊根部均存在裂紋，基體組織為鐵素體及少量珠光體，孔根部角度接近直角，翻邊的根部出現褶皺，且材料存在較多的球狀類氧化物夾雜與針孔。

6 分析結論

材料化學元素及力學性能滿足標準要求，但從金相分析結果可以看出，材料的夾雜物嚴重，且存在針孔，對板材的性能勢必會產生影響。由于控制臂軸套安裝孔根部及控制臂翻邊根部接近90毅，成型時此處過度變形而形成裂紋，導致此位置應力集中，汽車行駛過程中，控制臂產生的應力值超過了材料本身的許用應力，在長期的載荷作用下，裂紋沿控制臂原始裂紋擴展，直至控制臂發生疲勞斷裂。

7 經驗總結

汽車上的任何一個零部件的失效問題都會給整車的品質和市場上的顧客帶來負面的影響，因此需要我們在產品設計和制作過程中的工藝規劃，一定要以整車高品質為目的的造車理念，去生產和制造每一個產品，才能更好的把握市場；因此通過分析以上控制臂的斷裂失效，總結出以下幾點經驗進行分享：淤造成控制臂斷裂的主要原因為其本身存在制造缺陷，導致缺陷位置應力集中，所以需要加大缺陷位置的R 角，不但可以消除缺陷，還可以降低產品本身的應力值。于產品結構上增加斷面的截面面積，增加產品的強度。盂加強原材料的檢驗與庫存防護要求，提高板材的質量。

參考文獻：

[1]楊學桐.金相檢驗[M].上海：上海科學普及出版社，2003.

[2]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1992.

第9篇：材料力學劉鴻文范文

關鍵詞 ：Inventor ANSYS 重型滾筒 軸承座 有限元分析

1.引言

軸承座作為滾筒的重要組成部分，主要是用來支撐滾筒軸和載荷的傳遞，這就要求軸承座必須具備良好的力學性能和制造工藝的經濟性。近年來，由于輸送機行業的飛速發展，與之相應的非標重型滾筒軸承座的種類越來越多，結構越來越復雜，在使用過程中對強度和剛度要求越來越高。本文的主要任務是對重型滾筒軸承座進行應力分析和剛度分析，通過對軸承座的應力分析，得到相應的應力分布圖，并且找到軸承座應力最薄弱的區域，從而對軸承座優化設計提供參考依據。

目前國內做有限元分析主要是運用ANSYS軟件，Autodesk Inventor Professional軟件提供的有限元分析模塊式調用了ANSYS軟件的網格劃分和數字計算的內核技術。這個集成在Inventor中的有限元分析模塊（Stress Analysis），可以在機械零件、鋼結構或者鈑金環境中使用，添加工況、計算應力應變、估算安全系數和頻率特性等。

2.軸承座有限元模型的建立

軸承座是一種輸送機行業常用的系列化產品，標準軸承座有標準圖紙，而非標準的重型軸承座需要重新設計。應用Inventor軟件，采用參數化建模，模型具有可變性，可以重復使用。根據不同的載荷，改動下模型就能生成系列化產品，實現模塊化設計，提高設計工作效率。基于這種設計思想，結合Inventor軟件強大的建模功能，來建立軸承座的三維模型。另外還可以利用Inventor軟件的渲染功能對軸承座模型進行色彩、材質、紋理等處理，增強模型的真實感。

本案例選用軸承座為左右對稱結構，質量g=810kg，軸承內徑為400mm，采用鑄鐵結構。根據案例要求，軸承座承受最大的徑向合力Fr/2=700KN， 最終建立的數字模型如圖1所示。

3.軸承座有限元分析

軸承座有限元模型建立后，點擊應用程序菜單下的應力分析選項，之后將切換到“應力分析工具面板”，應力分析工具會自動添加到標準工具欄（一些無關的工具欄項目將自動撤出），同時還將顯示應力分析瀏覽器。然后按照下述5個步驟逐一進行。

3.1.材料選擇

在Inventor應力分析模塊中設有常用材料庫，在材料選擇中選擇與實際應用材料力學性能相同或相近的材料即可。確認好材料種類，如果需要調整，雙擊材料選項，展開材料列表選擇需要的材料，在本例中選擇了鐵（鑄造），質量密度：7.25 g/cm^3；屈服強度：200 MPa；極限拉伸強度：276 MPa；楊氏模量：120.5 GPa；泊松比：0.3 ul；切變模量：46.4 GPa。

3.2.施加約束

點擊“應力分析”工具面板上的“固定約束”按鈕，然后再在模型上選定添加此約束的面。根據軸承座的實際安裝方式，軸承座是由四個螺栓固定在支架上的，所以，底面需要施加Z 方向的面約束，在4個螺栓孔位置分別施加X 、Y 方向的面約束，以此約束軸承座的水平和豎直方向位移。施加約束后的效果，如圖2。

3.3.施加載荷

根據本案實際使用情況和初始條件，軸承座承受的載荷有三種，一是軸承座自重g=8.1KN，由于軸承座自重遠小于外加力，可以忽略不計，二是滾筒重量G/2=60KN，三是滾筒所受合力Fr/2=700KN。除軸承座自重外，其余的力都是通過軸承傳遞作用在軸承座上的。軸承載荷不像普通力載荷一樣均勻分布，而是采用拋物線式載荷分布，這種載荷只能添加到圓柱面上，而力的分布狀態符合孔銷傳力的規則。

點擊“應力分析”工具面板上的 “軸承載荷”（Bearing load）按鈕，然后再在模型上選定要添加此外力的面（本案是軸承座大孔的內表面）。施加載荷后的效果，如圖3。

3.4.網格設置

Inventor 提供了允許網格自定義的命令，因而能夠控制方案的質量和效率。這些命令可控制網格的全局設置和本地設置。網格設置應用于您選擇的特定面和邊。網格優化允許改變網格大小以便簡捷地覆蓋特定特征。查看網格是將網格設置應用于視圖中的零部件，并產生圖形化的網格表達。預覽網格的步驟是：在功能區上，單擊 “應力分析”選項卡 “網格”面板 “查看網格”。網格效果圖，如圖4。

3.5.分析求解

在完整加載了分析所需要的條件之后，即可投入分析計算。在工具面板上點擊“應力分析”按鈕，即可啟動分析計算功能，并按前邊設置的參數和選定的方案進行計算處理。

進行過程中，將顯示“ANSYS 方案狀態”提示框，并實時顯示處理的進度和內容，計算完成后，會將顯示出結果的圖形報告。Inventor提供了等效應力、最大應力、最小應力、位移、安全系數等報告結果。本文選取了典型的等效應力和位移的結果表達圖。計算結果如圖4、圖5。

從圖4等效應力圖可以看出，軸承座的最大應力值為12.49MPa，位置在筋板和內孔結合處，遠小于屈服強度200 MPa，滿足強度要求，為了減少應力集中，本文建議適當增加該區域過渡圓角半徑，并進行鑄造退火處理，最大程度減少殘余應力。從圖5位移圖可以看出，軸承座整移比較均勻，最大位移為0.01807mm，滿足剛度要求，小于許用位移0.2mm，均在合理范圍內。綜合分析，軸承座應力分布比較均勻，強度和剛度滿足最初設計要求，且在結構上還可以繼續優化。

總結：

本文利用Inventor軟件建立了某種滾筒軸承座的三維幾何模型，利用其中的有限元分析模塊（Stress Analysis），證明了軸承座設計的合理性。而且應力分析結果表明，軸承座應力較為均勻，具有良好的力學特性。通過利用有限元分析，可以縮短設計周期，節約設計成本，為軸承座的優化設計提供了充分的理論依據。

參考文獻：

[1]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社， 1992.

[2]李曉磊，郭學鋒等. 鑄鐵軸承座載荷計算及結構分析[J].鑄造技術， 2005.