结构力学(精选7篇)
材料力学主要研究的是杆件,板料、壳体也有涉及但不是主要的。材料力学主要是从理论力学的静力学发展而来,应为刚体是不会变形的,所以在理论力学中是不可能解释变形体的问题的,但实际上物体没有不发生形变的,材料力学就是研究物体在发生形变以后的一些问题,比如说刚度,强度,稳定性等等。理论力学无法解答超静定问题,但是在材料力学中可以根据变形协调方程或者一些边界约束条件可以解答超静定问题,这是材料力学比理论力学更丰富的地方。而且材料力学在解释实际生活中的问题时时把问题工程化。另外动载荷和疲劳失效问题材料力学中也有涉及但不是重点。
结构力学核材料力学就差不多了,他研究的范围比材料力学更广一些,但是一些基本的工具和思想都是差不多的。
理论力学 研究物体的机械运动 材料力学 研究构件的失效规律 结构力学 研究结构体系的失效规律 简单的说就是这样,具体的就麻烦了。。学过这三门课,就会清楚了。
关键词:结构力学求解器,建模,课程,应用
结构力学是土木工程学科一门重要的专业基础课, 与之后学习的钢结构、钢筋混凝土、PKPM、砌体结构等课程紧密相连。同时又与之前学习的理论力学、材料力学一脉相承, 如果之前这两门力学课程学习不好, 直接影响结构力学课程的学习。学生学习结构力学课程普遍反映结构力学原理抽象, 计算结果不够直观。而且结构力学课程没有力学试验, 理解起来更加难, 为此清华大学袁驷教授主持开发了结构力学求解器中文软件。结构力学求解器的使用能够调动学生的积极性, 也增加了教师教授学生结构力学原理的生动性。查阅文献可知, 很多教师把结构力学求解器引入《结构力学》课堂, 然而这些文献要么是强调参数化建模[1], 要么用其解决一具体问题[2,3,4,5,6], 均未对结构力学求解器本身如何简单操作、容易上手给予说明[7,8]。本文接下来给出结构力学求解器的简介, 通过一个例子详细说明结构力学求解器的使用, 深入思考结构力学求解器在《结构力学》课程中应用带来的影响。
1 结构力学求解器简介
结构力学求解器 (Structural Mechanics Solver for Windows, 简称SM Solver) 是清华大学结构力学教研室袁驷教授主持研发的结构力学计算、分析软件[9]。SM Solver软件包括三个版本:学生版、教学版、工程版。学生版功能受到限制, 最多能够求解80个单元。工程版含求解器所有功能, 能够求解实际工程中复杂的结构。而教学版功能介于学生版与工程版之间, 目的是方便教师教学。结构力学求解器能够求解经典结构力学中二维平面杆件体系结构的几何构造分析、静定结构的受力分析、影响线、虚功原理与结构位移计算、力法、位移法、渐进法及力矩分配法、矩阵位移法、结构动力计算等。该软件的算法全部采用精确算法给出计算结果, 必须迭代求解的问题也在满足指定误差限的范围内给出结果。此软件操作方便, 易于上手, 既可供教师课堂给学生演练例题、习题, 又可方便学生作题参考、深刻理解课堂内容。
结构力学求解器的软件界面主要由两个窗体组成:文档编辑器用于输入、编辑待解决的数据命令文档, 能够进行复制、粘贴、剪切操作;图形观览器用于即时由文档编辑器中的对话框操作或输入、编辑命令所显示的各种图形, 比如结构图、弯矩图、剪力图、轴力图、影响线图等。
结构力学求解器的建模需要在文档编辑器窗体操作, 具体步骤为:定义结点→定义单元→位移约束→荷载条件→材料性质, 有两种方式:对话框输入、命令行输入。在文档编辑器窗体中直接键入命令行, 或者通过对话框窗体选择命令。命令输入后, 结构力学求解器能够自动进行命令格式检查, 如果命令正确, 即时在图形观览器窗体显示。本文推荐选用对话框输入方式, 免除对命令格式的记忆, 而且可以在对话框窗体中使用“预览”按钮进行提前预览, 符合输入要求, 最后再单击“应用”按钮进行确认。
2 结构力学求解器在《结构力学》课程中的应用举例
结构的几何构造分析在龙驭球院士主编的《结构力学Ⅰ》第三版教材的第2章, 与后续章节紧密相连。如果此章学习不好直接影响后续章节的学习, 也降低了学生学习《结构力学》的积极性。以习题2-1 (c) 为例, 说明结构力学求解器在《结构力学》课堂中为学生演示、调动学生学习积极性的过程。
2-1 (c) :试分析图1所示体系的几何构造。
利用结构力学求解器对2-1 (c) 建模步骤如下。
2.1 定义结点
为了让学生清晰明了这一过程, 可以先在黑板上给出坐标原点、关键结点的坐标值, 结点编号如图2所示。取左下角为坐标原点, 结点编号 (1) ~ (9) 的坐标分别为 (0, 0) , (0, 4) , (2, 4) , (2, 0) , (4, 4) , (4, 3) , (4, 0) , (6, 3) , (6, 0) 。结点的定义通过结点定义窗体, 输入坐标完成。
2.2 定义单元
定义单元就是把步骤2.1定义的结点连接起来, 但需注意结点处是刚结、铰结、自由等。连接结点 (1) - (2) , (2) - (3) , (3) - (4) , (3) - (5) , (5) - (6) , (6) - (7) , (6) - (8) , (8) - (9) , 分别形成单元 (1) ~单元 (8) , 对应单元两端的约束形式分别为铰结—铰结、铰结—铰结、铰结—铰结、铰结—铰结、铰结—刚结、刚结—铰结、铰结—铰结、铰结—刚结。使用结构力学求解器的定义单元窗体完成单元定义。
2.3 位移约束
此步骤就是按照题目给出对应结点处的位移约束, 结点1, 47, 9处分别为双向铰结、双向铰结、双向铰结、固结。通过结构力学求解器的位移约束窗体完成位移约束。
本例题而言无需输入荷载条件、材料性质。点击文档编辑器→求解→几何构造, 即给出详细解题步骤, 如图3所示。结构力学求解器所使用的几何构造分析规律有:1) 二元体规律:一个刚片与一个点用两根链杆相连, 且三个铰不在一直线上;2) 两刚片规律1:两个刚片用一个铰和一根链杆相连, 且三个铰不在一直线上;3) 两刚片规律2:两个刚片用三根链杆相连, 且三个链杆不交于同一点;4) 三刚片规律1:三个刚片用三个铰两两相连, 且三个铰不在一直线上 (注:两根链杆的约束作用相当于一个虚铰的约束作用, 两平行链杆可看成交于无穷远处的虚铰) ;5) 三刚片规律2:三个刚片用三个铰两两相连, 其中一个是交于无穷远的虚铰, 且另两个铰的连线与组成虚铰的两链杆方向不平行;6) 三刚片规律3:三个刚片用三个铰两两相连, 其中两个是交于无穷远的虚铰, 且组成这两个虚铰的两对链杆方向不平行;7) 三刚片规律4:三个刚片用三个交于无穷远的虚铰两两相连, 则组成几何可变的体系。
3 结构力学求解器的应用思考
从教师角度来说, 由于《结构力学》课程没有相应的力学试验, 通过课堂演示结构力学求解器, 可以让学生更形象、深刻地理解教学内容, 激发学习《结构力学》的热情。从学生角度来说, 有两方面的思考:
1) 在《结构力学》课程的第1章绪论部分就提出培养学生的计算能力, 而电算无疑为学生做作业提供一种正确的、详细的校核方式;
2) 今后毕业参加工作, 会遇到更加复杂的结构, 而经典《结构力学》大多提供的是一种简单的、手算的解题方式, 通过结构力学求解器提高了学生判断复杂结构是否几何稳定, 得到结构受复杂荷载的内力分布情况, 比如弯矩图、剪力图、轴力图。这些无疑会提高我校学生今后工作应对复杂结构、复杂荷载的能力。
4 结语
结构力学求解器附在龙驭球院士主编的《结构力学》教材封底的光盘中, 另外教材中每章均有一定篇幅介绍结构力学求解器的使用, 可见编者对结构力学求解器使用的重视。本文首先介绍了结构力学求解器的两个主要窗体, 随后详尽地给出结构力学求解器建模几何构造分析的过程。结构力学求解器在《结构力学》课程中使用, 弥补了结构力学无力学试验的设置。学生通过学习结构力学求解器, 短期来说调动了上课学习结构力学的积极性, 长期来说提高了今后面对工作中遇到复杂结构、复杂荷载的处理能力, 然而毕竟学习的本身要知其然, 更要知其所以然, 所以学生学习结构力学课程, 仍要以学习基本原理为主。
参考文献
[1]陆永涛, 袁继峰.结构力学求解器的参数化建模方法[J].福建建材, 2013 (10) :1-3.
[2]肖启扬.框架结构计算例题的结构力学求解器分析[J].黎明职业大学学报, 2007 (3) :61-64.
[3]肖启扬.结构力学求解器在无铰拱实例中的应用探讨[J].广西水利水电, 2007 (4) :61-64.
[4]郭丰英.用结构力学求解器模拟植物地茎受力向根系传递的力学特性[D].呼和浩特:内蒙古农业大学, 2012.
[5]张秀丽, 高志飞.结构力学求解器在钢屋架设计中的应用[J].安徽建筑, 2013 (4) :159-161.
[6]刘卫然, 张丽梅.结构力学求解器在桁架结构教学中的应用[J].山西建筑, 2014, 40 (11) :276-278.
[7]张杰, 尹文亮, 朱方敏.结构力学求解器在教学中的运用[J].科技信息, 2009 (1) :222.
[8]卢巧玲.结构力学求解器在《建筑力学与结构》教学中的应用探索[J].中小企业管理与科技 (下旬刊) , 2014 (11) :205-206.
【关键词】结构力学 教学方法 教学改革
结构力学是研究计算杆件结构在荷载或者其他外在条件改变下产生的内力,是土木工程专业学生必修的一门重要的专业基础课,与工程实践研究较为紧密,在基础课与专业课之间起到承前启后的作用。
1.结构力学课程的学习现状
近年来随着教学改革的进行和教学观念的转变,许多课程的学时数都进行了一定程度上的压缩,我校土木工程专业结构力学目前按两个学期进行学习。第一学期64个课时,全部为理论课时,包括几种静定结构内力的计算以及力法和位移法求解超静定结构。第2学期56个课时,包含48个理论课时与8个上机课时,理论课时主要介绍的是超静定结构的渐进计算方法和结构的动力计算,上机课时主要指导的是矩阵位移法以及结构力学求解器的使用。
2.教学内容的改革
为了在有限的课时内将尽可能多的教学内容清晰传授给学生并使其理解和消化,必须从结构力学自身的特点出发,对教学内容进行优化。首先,对于不同专业方向的学生,课程内容可以有不同的侧重。例如对于房建专业的学生,可侧重于刚架排架的内容,而对于路桥专业的学生则侧重于连续梁以及内力包络图方面的内容。同时,教学时应该有所取舍,对于力法和位移法这两种解超静定结构的方法,应该重点讲解,对于拱以及组合结构的计算,以及矩阵位移法求内力的过程,可以作适当的简单介绍。其次,结构力学教材大都比较注重自身的系统性,教材中有部分内容与材料力学重复,例如截面法求内力以及荷载与内力的微分关系等,但考虑到学生基础有好有坏,在教学过程中即使遇到重复内容也应该详细介绍。第三,由于目前结构抗震是一个比较热门的研究方向并且需要用到高等数学中微分方程的求解,因此是结构力学的一个难点内容,在教学过程中对于结构动力计算部分的内容应该重点介绍。
3.多媒体教学与传统教学的有机结合
对结构力学授课方式的改革可以采用多媒体教学方式。这种方式可以节省时间,例如在矩阵位移法中对于刚度矩阵的建立,用传统的教学方法就非常浪费时间。同时可以引入大量的动画与工程实践,以提高学生的感性认识。针对高层次应用型人才培养的特点,加强案例教学的内容。实践证明:与繁琐的理论推导过程相比,把时间用于案例教学中,更能让学生牢固掌握理论知识并能灵活运用,真正做到学有所用。同时也不能完全忽略传统的教学方法,对于重要的理论知识,例如变形体系的虚功原理,结构的振动微分方程等,应该仍然采用板书详细推导原理过程,这样学生才能集中精力。总之不能一刀切,不能过分夸大多媒体课件的作用,否则会适得其反,达不到预期的效果,在具体实施过程中也有许多值得注意的地方。比如多媒体教学加大了授课信息量,但也应该同时考虑学生的接受能力,上课时要有意识地控制节奏,考虑大多数学生的学习能力。
4.提高学生的积极性
采用启发式教学。在课堂讲授过程中,运用恰当通俗的比喻。例如在分析计算多跨静定梁的时候,能独立于基础而不依赖其他杆件的叫做基本部分,依赖的只能作为附属部分。计算时应跟剥洋葱一样从最外层一层层计算。要尽量避免枯燥的填鸭式教学,而采用启发学生思维的教学方法。这种教学方法是在教学过程中提出问题让学生思考,开展讨论,通过学生自己的努力加上教师的提示启发把问题解决,这样既能让学生的思路跟上教师,又能增强学生学习的自信心,充分调动学生的学习热情。
5.专家讲座
由于授课教师工程经验可能有所局限,且在短时间内不可能有较大的改善,导致随着时间的推移学生逐渐失去新鲜感。所以,为了让学生更好的理论联系实际,可以邀请生产单位相关专家来学校讲学。譬如邀请建筑企业界里的高级工程师或者全国注册结构工程师来讲学,面向学生针对相关知识点在实际工程中的运用开展案例讲座。在这个环节中同样需要教师发挥好引导作用,一方面利用指令性引导要求学生必须参加讲座,在听讲时做好笔记。另一方面,鼓励学生与专家主动进行交流,这样学生就会主动思考,挖掘实际工程与结构力学知识之间的联系。
5.总结
总之,鉴于目前结构力学的教学状况,只有改革才能适应时代要求,改革的目标是提高学生的学习能力和创新能力。结构力学教学改革是一项长期而艰巨的工作,需要广大力学教师共同的努力,也需要学校领导大力的支持,确保课程的建设改革得以顺利进行。
【参考文献】
[1]李玉英 结构力学课程教学改革研究 山西建筑 2010.12
姓名:
学号:
指导老师:肖方红
1.作图示刚架的FN、FS、M图,已知各杆截面均为矩形,柱截面宽0.4m,高0.4m, 大跨梁截面宽0.35m,高0.85m,小跨梁截面宽0.35m,高0.6m,各杆E=3.0×104 MPa。10分
解:统一单位力kN长度m那么弹性模量单位为kPa。输入输出数据如下:
表一:1题输入数据
******************************************************************************************* *
* *
sjl1 gangjia 2011.10.24
* *
* ******************************************************************************************* 3e7 1
0.16
213e-5 2
0.16
213e-5
0.2975
1791e-5 2
0.2975
1791e-5 4
0.21
63e-4 5
0.21
63e-4 5
0.16
213e-5 8
0.16
213e-5 7
0.16
213e-5 9
0.16
213e-5 0
0 0
4.5 0
7.7 7.2 7.7 7.2 4.5 11 7.7 11 4.5 7.2 0 11 0 11 0 12 0 13 0 81 0 82 0 83 0 91 0 92 0 93 0 1 6
0
0
-15 7 1
4.5 2
3.2 3-196 7.2 4-36
7.2 5-196 3.8 6-36
3.8 6-26
2.7 表二:1题输出数据
Input Data File Name: sjl1.txt
Output File Name: sjl1out.txt
************************************************************************ *
*
sjl1 gangjia 2011.10.24
*
************************************************************************
The Input Data
The General Information
E
NM
NJ
NS
NLC
3.000E+07
The Information of Members
member start end
A
I
1.600000E-01
2.130000E-03
1.600000E-01
2.130000E-03
2.975000E-01
2.975000E-01
2.100000E-01
2.100000E-01
1.600000E-01
1.600000E-01
1.600000E-01
1.600000E-01
The Joint Coordinates
joint
X
Y
.000000
.000000
.000000
4.500000
.000000
7.700000
7.200000
7.700000
7.200000
4.500000
11.000000
7.700000
11.000000
4.500000
7.200000
.000000
11.000000
.000000
The Information of Supports
IS
VS
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
1.791000E-02 1.791000E-02 6.300000E-03 6.300000E-03 2.130000E-03 2.130000E-03 2.130000E-03 2.130000E-03
Loading Case 1
The Loadings at Joints
NLJ=
joint
FX
FY
FM
.000000
.000000
-15.000000
The Loadings at Members
NLM=
member type
VF
DST
20.000000
4.500000
20.000000
3.200000
-196.000000
7.200000
-36.000000
7.200000
-196.000000
3.800000
-36.000000
3.800000
-26.000000
2.700000
The Results of Calculation
The Joint Displacements
joint
u
v
rotation
3.076236E-21
-7.549352E-20
-7.540649E-21
4.636735E-03
-7.077518E-04
-4.359988E-04
5.924037E-03
-1.134844E-03
-3.169292E-03
5.813626E-03
-2.178472E-03
1.834783E-03
4.684030E-03
-1.341626E-03
1.384534E-05
5.788766E-03
-5.408925E-04
4.571795E-04
4.685631E-03
-3.674969E-04
-4.586878E-05
3.967738E-21
-1.431068E-19
-8.907750E-21
3.856026E-21
-3.919967E-20
-8.741193E-21
The Terminal Forces
member
FN
FS start
754.935194
75.762357
end
-754.935194
14.237643 start
640.638123
-72.863183
end
-640.638123
136.863184
M 109.156485
29.274120-96.133965-239.428195 start
136.863184
640.638123
239.428195
end
-136.863184
770.561840
-707.153563 start
-58.625540
114.297071
66.859844
end
58.625540
144.902922
-177.040903 start
41.214402
484.706696
517.753681
end
-41.214402
260.093294
-90.988284 start
-2.654138
30.896570
-29.106007
end
2.654138
131.903429
-142.007053 start
1255.268536
95.648782
116.676201
end
-1255.268536
start
1431.068027
end
-1431.068027
start
260.093294
end
-260.093294 start
391.996723
end
-391.996723
钢架的FN图:
-95.648782
39.677380
-39.677380
41.214402
-41.214402
38.560264
-38.560264
189.399883 89.077501 89.470709 55.897795 75.988284 87.411931 86.109258
钢架的Fs图:
钢架的M图:
2、计算图示桁架各杆的轴力。已知A=2400mm2,E=2.0×105 MPa。5分
解:该桁架各节点均为铰结,为了使计算简便,所有节点均作为钢节点,为此在输入数据时,各杆截面二次矩取很小的值,本题取1×10-20 本题有30根杆件,17个节点,输入输出数据如下:
表三:2题输入数据
************************************************************************** *
*
*
sjl2 gangjia 2011.10.24
* *
* ************************************************************************** 2e8 1
24e-4
1e-20 1
24e-4
1e-20 2
24e-4
1e-20 2
24e-4
1e-20 3
24e-4
1e-20 5
24e-4
1e-20 3
24e-4
1e-20 3
24e-4
1e-20 4
24e-4
1e-20 6
24e-4
1e-20 4
24e-4
1e-20 6
24e-4
1e-20 7
24e-4
1e-20 7
24e-4
1e-20 8
24e-4
1e-20 9
24e-4
1e-20 9
24e-4
1e-20 11
24e-4
1e-20 10
24e-4
1e-20 11
24e-4
1e-20 11
24e-4
1e-20 12
24e-4
1e-20 15
24e-4
1e-20 15
24e-4
1e-20 12
24e-4
1e-20 14
24e-4
1e-20 13
24e-4
1e-20 14
24e-4
1e-20 15
24e-4
1e-20 17
24e-4
1e-20 0
0 0 1
3.75 2
3.5 1
4.75 2
5.5 3
5.25 3
6.25 4 5
6.25 5
5.25 6
5.5 7
4.75 7
3.75 6
3.5 8 8
0 11
0 12
0 171
0 172
0 9 2 0-12 0 5 0-5
0 6 0-5
0 8 0-5
0 9 0-5
0 10 0-5
0 12 0-5
0 13 0-5
0 16 0-12 0 0
表四:2题输出数据
Input Data File Name: sjl2.txt
Output File Name: sjl2out.txt
************************************************************************ *
*
sjl2 gangjia 2011.10.24
*
************************************************************************
The Input Data
The General Information
E
NM
NJ
NS
NLC
2.000E+08
The Information of Members
member start end
A
I
2.400000E-03
1.000000E-20
2.400000E-03
1.000000E-20
2.400000E-03
1.000000E-20
2.400000E-03
1.000000E-20
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
2.400000E-03
The Joint Coordinates
joint
X
Y
.000000
.000000
.000000
4.000000
1.000000
3.750000
2.000000
3.500000
1.000000
4.750000
1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20 1.000000E-20
1.000000E-20
1.000000E-20
1.000000E-20
1.000000E-20
1.000000E-20
2.000000
5.500000
3.000000
5.250000
3.000000
6.250000
4.000000
7.000000
5.000000
6.250000
5.000000
5.250000
6.000000
5.500000
7.000000
4.750000
7.000000
3.750000
6.000000
3.500000
8.000000
4.000000
8.000000
.000000
The Information of Supports
IS
VS
.000000
.000000
171
.000000
172
.000000
Loading Case 1
The Loadings at Joints
NLJ=
joint
FX
FY
.000000
-12.000000
.000000
-5.000000
.000000
-5.000000
.000000
-5.000000
.000000
-5.000000
.000000
-5.000000
.000000
-5.000000
.000000
-5.000000
.000000
-12.000000
The Loadings at Members
NLM=
0
The Results of Calculation
FM.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000
The Joint Displacements
joint
u
v
rotation
-5.714286E-22
-2.950000E-21
-5.676597E-05
1.682251E-04
-1.625000E-04
-1.236830E-04
1.583218E-04
-2.705629E-04
-3.193943E-05
1.833298E-04
-2.161644E-04
2.716851E-05
2.265671E-04
-2.809795E-04
-4.829399E-05
1.786882E-04
-2.578310E-04
2.349593E-05
1.918510E-04
-2.279964E-04
1.336072E-04
-2.384131E-04
1.857079E-18
-1.009603E-04
-1.336072E-04
-2.384131E-04
-1.918510E-04
-2.279964E-04
-1.786882E-04
-2.578310E-04
-2.265671E-04
-2.809795E-04
-1.583218E-04
-2.705629E-04
-1.833298E-04
-2.161644E-04
-1.682251E-04
-1.625000E-04
5.714286E-22
-2.950000E-21
The Terminal Forces
member
FN
start
19.500000
end
-19.500000 start
11.517511
end
-11.517511 start
9.375000
end
-9.375000 start
-7.730823
end
7.730823 start
-5.153882
end
5.153882 start
9.375000
end
-9.375000 start
5.000000
end
-5.000000 start
-5.038911
end
5.038911 start
10.000000
end
-10.000000
start
-2.576941
end
2.576941
4.762947E-05 1.067515E-04 9.122545E-19-1.067515E-04-4.762947E-05-2.349593E-05 4.829399E-05 3.193943E-05-2.716851E-05 1.236830E-04 5.676597E-05
FS
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
M.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000.000000
start
1.439689
.000000
.000000
end
-1.439689
.000000
.000000
start
9.375000
.000000
.000000
end
-9.375000
.000000
.000000
start
5.000000
.000000
.000000
end
-5.000000
.000000
.000000
start
-3.599222
.000000
.000000
end
3.599222
.000000
.000000
start
9.375000
.000000
.000000
end
-9.375000
.000000
.000000
start
9.375000
.000000
.000000
end 10
-9.375000
.000000
.000000
start
-3.599222
.000000
.000000
end 11
3.599222
.000000
.000000
start 11
5.000000
.000000
.000000
end 10
-5.000000
.000000
.000000
start 10
9.375000
.000000
.000000
end 12
-9.375000
.000000
.000000
start 11
-2.576941
.000000
.000000
end 12
2.576941
.000000
.000000
start 11
1.439689
.000000
.000000
end 15
-1.439689
.000000
.000000
start 12
9.375000
.000000
.000000
end 13
-9.375000
.000000
.000000
start 15
10.000000
.000000
.000000
end 12
-10.000000
.000000
.000000
start 15
-5.153882
.000000
.000000
end 14
5.153882
.000000
.000000
start 12
-5.038911
.000000
.000000
end 14
5.038911
.000000
.000000
start 14
5.000000
.000000
.000000
end 13
-5.000000
.000000
.000000
start 13
9.375000
.000000
.000000
end 16
-9.375000
.000000
.000000
start 14
-7.730823
.000000
.000000
end 16
7.730823
.000000
.000000
start 15
11.517511
.000000
.000000
end 17
-11.517511
.000000
.000000
start 17
19.500000
.000000
.000000
end 16
-19.500000
.000000
.000000
钢架轴力图(其中拉力为正,压力为负):
3.作图示连续梁的FS、M图,已知各梁截面面积A=6.5m2,惯性矩I=5.50m4,各杆E=3.45×104MPa。5分
解:该结构为一超静定结构,输入输出数据如下:
表五:3题输入数据
************************* *
* * sjl3 lxl 2011.10.24
* *
* ************************* 345e5 1
6.5
5.5 2
6.5
5.5 3
6.5
5.5 0
0 40
0 80
0 120
0 11
0 12
0 22
0 32
0 42
0 0 4 1
-10.5
2
-10.5
2
-320
3
-10.5
表六:3题输出数据
Input Data File Name: sjl3.txt
Output File Name: sjl3out.txt
*************************
*
*
* sjl3 lxl 2011.10.24
*
*
*
*************************
The Input Data
The General Information
E
NM
NJ
NS
NLC
3.450E+07
The Information of Members
member start end
A
I
6.500000E+00
5.500000E+00
6.500000E+00
5.500000E+00
6.500000E+00
5.500000E+00
The Joint Coordinates
joint
X
Y
.000000
.000000
40.000000
.000000
80.000000
.000000
120.000000
.000000
The Information of Supports
IS
VS
.000000
.000000
.000000
.000000
.000000
Loading Case 1
The Loadings at Joints
NLJ=
0
The Loadings at Members
NLM=
member type
VF
DST
-10.500000
40.000000
-10.500000
40.000000
-320.000000
20.000000
-10.500000
40.000000
The Results of Calculation
The Joint Displacements
joint
u
v
rotation
0.000000E+00
6.600000E-21
-5.480896E-05
0.000000E+00
-6.600000E-21
-3.794466E-05
0.000000E+00
-6.600000E-21
3.794466E-05
0.000000E+00
6.600000E-21
5.480896E-05
The Terminal Forces
member
FN
FS
M start
.000000
144.000000
.000000
end
.000000
276.000000
-2640.000000 start
.000000
370.000000
2640.000000
end
.000000
370.000000
-2640.000000 start
.000000
276.000000
2640.000000
end
.000000
144.000000
.000000
连续梁的Fs图:
a 低温屈服强度 b低温抗拉强度 c 低温冲击韧性 d 疲劳强度
2、钢结构一般不会因偶然超载或局部超载而突然断裂破坏,这是由于钢材具有:( A )
A.良好的塑性;
B.良好的韧性;
C.均匀的内部组织;
D.良好的弹性。
3、为保证承重结构的承载力和防止在一定条件下出现能脆性破坏,应根据( c )等综合因素考虑,选用合适的钢材牌号和材性。
a 结构形式、应力状态,钢材厚度和工作温度
b荷载特征、连接方法、计算方法、工作环境及重要性
c 重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境
d 重要性、跨度大小、连接方法、工作环境和加工方法
4、钢材的韧性是反映的( b )的指标。
a耐腐性及可焊性 b强度及塑性 c塑性及可焊性 d 韧性及耐腐性
5、钢材经过冷加工冷拉、冷弯、冲孔、机械剪切所产生的冷作硬化应变硬化后,其( d )基本保持不变。
a 抗拉强度和屈服强度 b 塑性 c 韧性 d弹性模量
6、50t的中级工作制处于一18°C地区的露天料场的钢吊车梁,宜采用下列哪种钢?( D )
A. Q235-A;
B. Q235B?F;
C. Q235-C;
D. Q235-D。
7、应力集中现象,对构件有何影响?( C )
A.使构件承载力降低;
B.使构件承载力提高;
C.使构件塑性降低,脆性增加;
D.使构件截面面积减少。
8、钢结构对动力荷载的适应性较强,这主要是由于钢材具有:( B )
A.良好的塑性;
B.良好的韧性;
C.均匀的内部组织;
D.良好的塑性和均匀的内部组织。
9、把钢材视为理想弹塑性,是根据:( D )
A. fy以前视为弹性, fy以后视为弹塑性;
B. fy以前视为弹性, fy以后为塑性;
C. fy之前近于理想、弹性, fy之后视为塑性;
D. fy之前钢材近于理想弹性, fy之后,塑性应变范围大而应力保持不变近于理想 塑性。
10、钢结构对钢材的要求为强度高;塑性、韧性好;良好的加工性能。因此钢结构设计规范推荐采用何种钢?( D )
A. Q235, 16Mn, 20MnSi;
B. 20Mnbb, 15MnV, 25MnSi;
C. 40StzMnV, 16Mn, 15MnV;
D. Q235, Q345, Q390, Q420。
11. 设有一截面尺寸为100×8的板件,在端部用两条侧面角焊缝焊在10mm厚的节点板上,两板件板面平行,焊脚尺寸为6mm。为满足最小焊缝长度的构造要求,试选用下列何项数值。 ( a )。
a 40mm b 60mm c 80mm d 100mm
12. 型钢中的钢和工字钢相比,( d )。
a两者所用的钢材不同 b 前者的翼缘相对较宽
c前者的强度相对较高 d 两者的翼缘都有较大的斜度
13. 有二个材料分别为3号钢和16mn钢的构件需焊接,采用手工电弧焊,焊条应选用( a )型。
a e43 b e50 c e55 d t50
14. 钢材在复杂应力状态下的屈服条件是由( D )等于单向拉伸时的屈服点确定的。
A.最大主拉应力σ1;
B.最大剪应力τ1 ;
C.最大主压应力σ3;
D.折算应力σeq
15. 钢材脆性破坏同构件( d )无关。
a应力集中 b低温影响 c残余应力 d 弹性模量
16. 承受固定集中荷载P(含梁自重)的等截面焊接简支梁,集中荷载处的腹板设有支承加劲肋,即不产生局部压应力。验算截面1-1的折算应力时,在横截面上的验算部位为:( C )
A.①;
B.②;
C.③;
D.④。
17. 在碳素结构钢中,a,b,c,d为按质量划分的级别。除( a )钢冲击韧性不作为要求条件,其余的都要求保证冲击韧性合格。
a、 a级 b、 b级 c、 c级 d、 d级
18.直接受到重复荷载作用的焊接结构,影响其疲劳强度的最主要因素是( d )。
a 应力变化的循环次数、最大应力与最小应力的代数差(应力幅)和钢材的静力强度
b应力变化的循环次数、最大应力、应力比(绝对值最小与最大应力之比,拉应力取正值,压应力取负值)和构造细部
c应力变化的循环次数、最大应力与最小应力的代数差(应力幅)、最大应力、应力比和钢材的静力强度
d 应力变化的循环次数、最大应力与最小应力的代数差(应力幅)和构造细部
19.下列哪项含量增高;则钢材强度提高,但钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性 抗锈性降低?( C )
A.硫;
B.磷;
C.碳;
D.硅。
20.影响梁整体稳定的因素为:( D )
A.梁截面的EIw、EIy、GIt和侧向支承点间的距离l1 ,荷载作用情况;
B.梁截面的EIw、GIt和l1 ,临界弯矩的大小,荷载作用位置;
C.梁截面的EIy、GIt和l1,临界弯矩的大小,荷载种类;
D.梁截面的EIw、EIy、GIt和l1,荷载种类,荷载作用位置。
同时,随着土木工程技术的发展,结构向大型化、复杂化发展,要求设计分析尽可能更接近实际,即所谓进行精细化分析;对一些重要建筑,还要对它进行服役期内的健康监测或检测,从而给出安全状况评定等等.显然时代对结构力学提出了新的要求,土木工程专业开设的结构力学必须修改体系,引入实验力学内容,解决实际结构应该如何确定计算模型——力学建模的问题和相应的技术、方法[10,11,12,13].基于此,结构力学国家级教学名师王焕定教授创建一套全新的结构力学教学思路,“从实验入手获取真实结构信息,通过计算分析进行模型修正,最终建立精细化力学分析的计算模型.”这一教学思想在教育部结构力学及弹性力学课程指导小组2010工作(扩大)会议上以主题报告的形式向国内同行作介绍了,获得了国内同行的一致好评并已引起指导小组的重视.在上述思想指导下,本教研团队经过两年的筹备和初步工作,已完成了相关内容的组织、论证工作,并自主研发一套积木式结构力学实验平台[14,15],完成了相应的实验教学内容.本文对近年来的一些成果进行介绍.
1 现有教学问题
1.1 现有教学手段单一,缺乏实践教学内容
传统《结构力学》课程是没有实验内容的,加之传统手算理论较为枯燥无味,学生在学习这门课程时普遍存在枯燥感、茫然感甚至是畏惧感,这严重影响了学生对理论内容的理解和掌握.
1.2 现有教学内容所讲解的理论模型与工程实际严重脱节
结构力学从19世纪中期开始成为一门独立的学科至今100多年的时间里,虽然分析手段、研究范围不断延伸,但其计算模型始终沿用100多年前的计算模型,无可避免的是绝对理想化而与工程实践相差甚大.以结构中最简单的钢桥为例,简化后的计算简图为直杆铰接“桁架”,而实际工程杆与杆之间或铆接或焊接,根本不存在理想光滑的铰链,学生学完这些内容后对实际工程的计算简图及计算手段、理论仍是一无所知.用人单位无疑希望所接收的毕业生很快就能做所需承担的工作,由于几乎只教手算方法,没有介绍计算力学相关的更多内容,只了解书本上在手算条件下的理想化计算简图,对实际工程问题如何建模、如何分析等等近乎一无所知.显然,上述情况与用人单位的要求是极不相适应的.随着土木工程技术的发展,用现代计算工具和软件进行结构分析,不能采用传统的极端简化的计算模型,应该如何科学合理地建立与计算技术相应的模型或简图,这就离不开结构的实验测量.
2 实验结构力学教学思路
2.1 自行设计实验模型
古往今来,许多科学问题都是来源于某种实验现象,这种现象就当时的知识水平难以理解和解释,从而引起科学家的兴趣,继续探究下去.本项目基于上述思想,根据科学研究的某种思路,进行设计和编制实验内容,让学生演习科学探索的思路,同时积极开动脑筋,主动探究并针对实验目的自行设计实验模型.
2.2 自行设计实验方案
教师通过精心设计的具有诱惑性的实验,使学生对为什么会出现这种现象产生浓厚的兴趣,在这种欲答不能,欲放不忍的状态下产生企盼渴知的心理,继而大脑开始激活并启动.学生因此而自发地进入探索和研究的科学发现的模拟阶段,这一阶段学生是主体,积极主动地通过自我探索来推测实验现象产生的原因,并提出各种推测的实验验证方法;在这个过程中,教师要注意巡视及时获取信息,发现学生的思维偏差,随时进行调整和纠正,将学生的思维逼入科学研究的“正路”.
2.3 提出实验模型计算理论和想法
在上述自行设计实验模型及实验方案基础上,让学生通过实验来验证目前的计算模型,并能创造性地提出适合实际模型的计算理论和想法.让学生在反复探究分析后,通过亲自实验来体会成功的喜悦,留下深刻的印象.这样使学生对所学知识能更牢固地纳入自身的知识结构之中,在认识上得到一次升华,同时,在亲身经历发现问题、解决问题的过程中学习分析问题,探究问题,掌握处理实际问题的方法和技巧.
3 教学改革目标
实验结构力学教学改革,旨在在研发一系列实验平台自动化、实验模型积木化、测量系统数字化的实验加载体系基础上,开创以力学学科为依托,注重结构工程、防灾减灾与防护工程、岩土工程等多学科交叉渗透,以专业基本技能训练为基础,以创新能力培养和个性发展为目标,紧密结合大土木专业核心课程,注意从力学基本概念向结构总体性能的逐步渗透的全新的覆盖一级土木工程学科的新课程《实验结构力学》.新课程体系实现由注重单门学科的系统性向多学科交叉渗透、注重工程综合性的转变,并采取优选实验项目与开放选修实验项目相结合的教学模式,从分开放选修实验,给学生以足够的创新、研学的空间,还可直接参与力学竞赛、结构设计竞赛进行延伸学习和创新实践.
4 实验结构力学平台建设
在实验结构力学教学思想基础上,课题组自主研发一套积木式实验结构力学平台[14,15],只要较少的设备资金投入即可实现多组学生自主设计、开放式、创新性实验的目的,使学生明确理想化计算简图与实际工程结构受力变形是有差异的,实际工程结构的计算模型是需要通过实验进行模型修正才能得到的,弥补了国内进行《结构力学》实验教学的空白,在国内尚属首创,目前已获得发明专利.目前,我们在此平台基础上编写了相应的实验指导书(初步讲义),并已用两台/套实验平台完成初步实验教学任务:(1)力法基本原理验证;(2)位移法基本原理验证;(3)静定结构内力、位移测量;(4)超静定结构内力、位移测量;(5)互等定理验证等.
5 课程管理模式
本课程以实验教学为主,课堂教学为辅,采用教师主导作用和学生主体作用密切联系的教学过程:(1)不限学时,在一个学期内学生自行安排时间完成指定内容的实验;(2)不限模型,学生自行设计实验模型和实验流程,但需完成指定的实验内容;(3)教师只做必要的指导,从头到尾都由学生自己操作;(4)带有研究性质,学生自行分析实验失败或误差原因,自行提出改进方案措施,直到实验结果满足教师的要求;(5)鼓励创新实验,鼓励学生在完成指定实验内容的基础上,提出完成自行设计的实验内容;(6)实验成绩计入课程成绩,创新实验内容予以加分鼓励.
6 实例
图1为学生利用积木式实验平台自主搭建的二次超静定构件,竖杆由两个杆件固结连接,水平横杆与竖杆通过一个T型连接件连接(如图2所示),水平方向一侧为单个杆件,一侧为三个杆件采用一字型连接件(如图3所示)固结连接,竖杆底部采用实验机底座上的固定端支座(如图4所示),水平横杆一端为竖向滑动铰支座(如图5所示),在竖杆顶部与水平杆相交处连接部位向下位置设置水平铰支座(如图6所示),加载示意图如图7所示.加载采用砝码在悬臂端加载,采用分级加载,一次加载1kg,最终载荷值为15kg(147N).内力测试采用粘贴应变片,通过连接计算机的应变仪自动采集,位移采用应变式位移传感器,同样通过连接计算机的应变仪自动采集.最终位移实测值与按结构力学超静定结构求解基本方法理论分析结果的比较曲线如图8和图9所示.从图8和图9可以看出,实测值和结构力学方法计算结果之间误差均小于10%,基本能满足结构力学教学实验研究.
上述误差产生的原因,主要是由于结构力学方法计算模型与实际模型存在偏差:结构力学计算模型采用的为等直截面杆,而实际模型由于是杆件拼装,在拼装节点处必定发生截面变化;此外,结构力学计算模型的杆件交点为一个点,而实际模型却为一个节点域,节点域的刚度和长度的选择均影响理论计算结果.如果想得到更精确的实验结果,可采用逐步精细化分析和模型识别方法进行分析,其做法就是通过实验(对工程结构是实测)获取结构响应的可靠信息,利用这些信息对理想化的简化模型进行修正,确定结构当前的性能状态,从而判断结构的安全裕度有多少,进而判断何时或是否需要进行检修等等.这种逐步分析过程也正是我们开设本门课程——《实验结构力学》的目的,让学生知道,传统的理想化模型实际并不存在,理想化模型的计算结果与实验测试结果必然存在差异,要想更真实地反映实际受力变形,需要通过实验信息来进行模型修正.
7 结论
目前,我们在自主研发的积木式实验结构力学平台基础上,编写了相应的实验指导书(初步讲义),并已用两台/套实验平台完成初步实验教学任务,从初步教学实践表明:
(1)开设实验结构力学既可提高结构力学教学质量,还可使学生深刻理解力学建模只是在一定计算(工具)环境下的一种近似简化,要想更精确地掌握结构在载荷等作用下的真实性态,需要利用实验测量信息来“反演真实的”结构计算简图.
(2)开设《实验结构力学》课程可加强学生对土木工程专业知识特别是力学模型的理解和掌握,培养学生的动手能力、创新思维、严肃认真的科学态度和良好的工作作风,为培养土木工程精英人才提供良好的基础设施和教学课程,从而推动土木工程课程体系、教学内容等方面的改革.
(3)实验教学是培养学生工程实践能力和创新意识的一种重要手段,通过实验教学能使同学们更好地理解结构力学理论课程的基本概念和分析方法,启发学生的创造思维和培养创新能力,使学生掌握本专业结构实验常用仪器的基本原理、测试技术技巧、熟悉结构实验基本方法和程序,为今后工作和进一步学习深造奠定基础.
摘要:现有结构力学教学存在教学手段呆板、手算内容过多等问题,严重影响了学生对理论内容的理解和掌握.本文在实验结构力学思想指导下,在自主研发的积木式结构力学实验平台基础上,通过《实验结构力学》课程和结构力学实验室建设,制定科学、合理的实验教学计划,初步完成了实验结构力学教学内容.文中对初步的实验结构力学教学模式进行较为系统的总结和讨论,以供同行参考,共同推进实验结构力学教学改革.
关键词:结构力学 教学内容 教学方法 考核方式 改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:
引言
《结构力学》是土木工程专业方向开设的一门重要的专业基础核心课,其教学目的在于使学生主要掌握结构的简化、幾何组成、强度、刚度和稳定性分析方法,了解各类结构构件的受力特点,并获得结构力学分析方面的基本技能,为工程设计、施工和管理等工作提供必需的结构力学基本知识,同时为后续课程如《钢筋混凝土结构设计原理》、《钢结构》、《建筑施工》和《基础工程》等专业课的学习及课程设计、毕业设计等实践环节提供必要的结构力学基本知识。因此“结构力学”在土木工程专业培养计划中占有重要地位。随着科学技术的发展,对土木类人才的要求越来越高。传统“结构力学”课程面临着:教学学时减少,扩招后的生源素质又有所下降[1];学生对学习该课程不够重视,学习兴趣不高;学生在工程实践中提出力学问题及应用结构力学知识分析,解决问题的能力和素质明显不足。本文针对这些现状,根据十几年的改革实践,从以下几个方面探讨“结构力学”的教学改革。
1.教学内容改革
1.1 删除与其他课程重复交叉的内容
随着一些新型学科的发展和土木工程专业发展的需要,本科生的开设的课程越来越多,“结构力学”的教学学时在减少。建议在“理论力学”和“材料力学”中学过的内容,如:静定梁的内力计算等内容,在“结构力学”没有必要再讲授或只需简单带过;矩阵位移法内容将在后续课程有限单元法中有详细的介绍,在少课时的情况下这一章的内容可删除不讲[1]。同时,为了适应新形势下专业人才培养的要求,可增加一些新的内容,比如结构稳定计算这一章,在“结构力学”少学时的课程设置中是不作为必讲内容的,但是结构稳定计算是结构分析中非常重要的部分,也是一些院校考研必考的一章,因此可应作为重点讲授内容。
1.2完善教学体系
很多工程技术人员和初学者,对一个具体的结构进行分析时,往往无从着手。其原因,一是理论联系实际较少,二是结构力学体系或内容还不够完善或教材内容的侧重点布局不到位,比如在对一个具体的结构进行分析,首先要把结构简化成计算简图,但它们往往简化不到位,因此,建议把“结构的计算简图”作为一章教学,并加入各种结构形式的案例,经近三年的教学实践取得了良好的教学效果。简化出结构简图后,应进入结构几何组成分析阶段,这时学习者往往无从着手,原因是在几何组成学习部分的体系中,教材中给出了三个“几何组成规律”[2]后,就要求他们直接运用这三个几何组成规律来分析结构的几何组成,而没有给出利用几何组成规律来分析结构几何组成的步骤和统一的方法。因此,建议补充上。
1.3 拓展教学内容
土木工程培养的是复合型人才,要求学生知识面广,眼界开阔,能跟上学科技术的发展,因此,在不断更新教学基本内容的同时,还要延伸教学基本内容来开阔学生的视野。比如在“对称结构的计算”教学过程中,结合科研成果,简要地介绍了“相似对称性在相似对称结构分析中的应用”[3]等内容;在力矩分配法的教学过程中,介绍了比传统的方法简便、收敛速度更快的力矩分配法[4],不仅扩大了知识面,还提高了同学们的学习兴趣,取得了良好的教学效果。
1.4增加实践环节量
“结构力学”这门课程主要是理论学习,但可以通过增加实践环节来让学生很好地理解掌握比较抽象、难懂和难掌握知识点的。比如通过结构设计并开放实验的方式,让学生分组创作房屋和桥梁模型等。要求作出计算简图,分析出几何组成,计算出结构的强度、刚度和稳定性,做出结构模型,试验出结构模型的强度、刚度和稳定性等,对比分析试验与理论的差异并通过讨论提出优化方法,教师对每组做详细的点评。这样的实践环节,既使学生深刻地认识到了实际结构的受力和变形与理论计算的差异,又培养了学生的创新、分析与解决问题和团队协作等能力,取得了良好的教学效果。
2.教学手段改革
2.1发挥好多媒体与传统板书的优势
由于多媒体教学方便、直观、生动、信息量大等优点,对于内容抽象、需要大量绘图或书写的知识点,多媒体的运用可弥补传统板书的不足。比如在研究结构的稳定时,随着荷载的增加,结构由较小变形到较大的变形,直到失稳这一过程,传统板书是不能像多媒体做出来的动画一样,直观、生动、形象地模拟并展现出这一失稳过程的;在介绍结构类型时,传统板书需要画出各种类型的结构,占用了较多的课堂时间,而多媒体课件就能节省出这一部分课堂时间。由于人类认知规律的关系,在讲授逻辑性较强的推理部分时,而往往板书效果较好,教师的板书过程,加深了学生的印象,书写过程给予了学生充分的思考时间。实践效果较好。
2.2发挥网络教学的优势
网络教学已经成为现代教学不可缺少的平台,教师可以将每个知识点,每一次课的课前和课后的必读和选读资料,以及课堂准备讨论的问题等挂在上面,指导学生预习、复习和自学,从而提高课堂利用率,丰富学生的力学知识,满足自学能力强的学生的求知欲。网络是一个交流的平台,在上面建立一个师生问题交流中心,让学生都参与进来,通过交流、讨论,解决疑难、加深理解、升华知识。取得了良好的教学效果。
3.教学方法改革
3.1引导式教学,培养学生创新能力
目前,结构力学“以教师为中心”单向灌输,即填鸭式的传统教学方法的教师不在少数,这种教学方式不能调动学生的学习积极性,更不利于学生发现问题、分析问题、解决问题能力的培养,尤其扼杀了学生的创造性思维能力的养成。“引导式教学法”[5]是指教师改变传统的教学方法,运用各种恰当的教学手段,以实现教师主导、学生为主体目的的教学模式。也是基于日常生活或常见工程问题以学生为中心的教育方式。引导式教学法强调以问题解决为中心,强调社会性及交流合作的作用,使学习者在互相交流的过程中发展能力和协作技巧,培养有效地解决问题的技能以及自主学习和终身学习的能力。比如学习“静定平面刚架”,教师通过精心的教学设计,在上课之前将静定平面刚架的预习资料和相关参考资料、讨论的问题和内容通过网络教学平台告诉学生,让各个学生小组在课前预习、讨论等以达到自学一些简单的概念、理论和方法的目的,为课堂的引导式教学扫清障碍;课堂上根据不同教学内容设置不同的工程问题,来激发学生的求知欲望和学习兴趣,进而引发学生的积极思维,把整个身心都投入到教学过程中来,如学习悬臂刚架,问题一“悬臂刚架和悬臂梁外形上的异同点?”,问题二“悬臂刚架和悬臂梁内力计算的异同点,刚架刚结点的内力计算要点及注意事项?”;问题三“悬臂刚架可看作是悬臂梁怎么变化过来的”,问题四“悬臂刚架与简支刚架、门式刚架和三角刚架在外形、外力和内力计算方面的异同点”,通过这样一步一步的递进式的问题进行引导;此时,教师把发现问题、思维空间留给学生,充分发挥学生在学习中的主动性,让学生围绕探究目标进行观察、试探、验证等一系列活动,让学生在思维和操作中产生灵感,体验发现和探索的乐趣,然后,学生小组内和小组间相互交流,对探究的结论进行归纳总结,从而使预设的问题得以解决。
4.考核方式改革
结构力学是一门应用型课程,其知识涉及大量的工程实践,一次用试卷来表达的期末考试成绩不能客观地反映学生的学习能力、实践能力和创新能力等。建议采用平时成绩、笔试和机试相结合的考核方式。平时成绩,主要结合考查学生发现问题能力、分析问题能力、解决问题能力、协作能力和创新能力以及平常表现等,包括回答提问、小组讨论、小组间交流、小组里起的作用、平时作业、出勤等分值之和,平时成绩占综合成绩的35%。笔试主要用于考查学生对基本概念、基本理论、基本方法的掌握程度,题型为填空题、判断题、简答题、作图题和计算题,成绩占总成绩的50%;机试在机房电脑上完成,主要考查学生运用“结构力学求解器”分析复杂结构方法的掌握情况,每位学生从机试题库中随机抽取3道题,答题完成后计算机自动算这部分成绩,并占综合成绩的15%。总之,将期末一次性闭卷考试与机试、课堂的回答问题、讨论、平时作业等多种考核方式结合起来,教学实践表明很好地弥补了单一闭卷考试的不足。
5.结束语
优化“结构力学”教学内容,完善教学体系,拓展教学内容,增加实践环节量;改进教学手段,发挥多媒体与传统板书的优势,发挥网络教学的优势;改革教学方法,采用引导式教学,同时改进考核方法。教学实践表明,这些举措提高了“结构力学”教学效果,培养和提高了学生的动手能力和创新能力等综合素质。
参考文献:
[1] 潘文军,韦志伍. 大众化教育下《结构力学》教学改革的思考[J]. 中国科技信息,2011(15):185-186.
[2] 龙驭球,包世华. 结构力学教程[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3] 刘俊华,刘凤利. 相似对称性在相似对称结构分析中的应用[J].开封大学学报,2007(1):87-91.
[4] 魏小文,宋力. 力矩分配法在对称结构中的应用[J].力学与实践,2005(27):54-56.
[5] 贺 颖,石聪聪等. 引导式教学结合多媒体技术在细胞生物学实验教学中的应用[J]. 吉林省教育学院学报,2012(7):49-50.
【结构力学】推荐阅读:
结构力学习题集11-21
结构力学实习报告12-16
武汉理工大学结构力学12-22
结构力学考试题及答案01-27
结构力学第3阶段测试题07-04
运动力学中机械结构设计应用探析论文06-10
振动力学论文07-13
材料力学09-27
土力学总结12-01
力学实验教案01-15