材料力学刘鸿文精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的材料力学刘鸿文主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：材料力学刘鸿文范文

关键词：工程力学；矢量；代数量；正负号

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）30-0210-02

工程力学是我校近机类如机械、汽车、轨道和航空等工科专业开设的一门重要的专业基础课。分为工程力学一也就是理论力学[1]内容以及工程力学二材料力学[2]内容，分在两个学期教学。在理论力学中一些重要的参数诸如力、速度以及加速度等都是矢量，求解时均列代数方程，是关于这些矢量在轴上投影的代数量。在材料力学中，其中重要的参数有三种内力：轴力、扭矩和弯矩以及两种应力：正应力和剪应力等也都是代数量。但是，矢量投影的代数量正负号以及内力、应力的代数量正负号的规定是完全不同的，掌握它们的方法，是正确求解题目的前提。据此，本文对工程力学中参数的正负号问题进行探讨，对理论力学和材料力学的相关问题进行比较，为学生的学习建立夯实的基础。

一、理论力学中的参数

在理论力学教学中，静力学中的力、空间力矩以及空间力偶，运动学中的速度以及加速度均为矢量，为了方便求解，都是求矢量在轴上的投影，即代数量。如图1所示，力在x轴上的投影X=Fcosα，显然当夹角小于九十度，投影为正；反之为负。力矩以及力偶在平面问题中，为代数量，规定了逆时针为正；相反顺时针为负。其他矢量的投影的正负可以依次类推。由此可知：矢量在轴上投影的正负取决与矢量的方向以及建立的坐标轴的方向的夹角。这样我们在静力学中列力在坐标轴上的投影方程、运动学中速度和加速度合成的投影的表达式就会迎刃而解。

二、材料力学中的力

内力图的绘制是材料力学中非常重要的基本知识，与理论力学不同，材料力学中内力不再是矢量，不要求标注矢量符号，它们为代数量，有正有负。确定内力的正负号是绘制内力图的根本问题，与矢量在坐标轴上的投影的正负号有所不同。矢量的投影，一般向上的方向为正，则向下的方向为负；逆时针方向为正，则顺时针方向为负。而材料力学中内力正负号的规定比较特殊，与大家所熟知的思维有区别。通过以往的教学经验，学生在学习中很容易混淆，在教学时应予以重视。当学生一开始接触这门课程，就要着重强调该知识点，把问题讲清楚透彻，改变他们传统的思维方式，为学生学习扫除障碍。材料力学是研究构件在外力作用下变形、破坏或失效的规律，因此依据变形的效果来规定内力的正负号。只要内力产生的变形效果一致，则它们的正负号相同，这是材料力学所特有的。比如说拉伸，规定凡是产生拉伸变形的内力为正、相反产生压缩变形的内力为负。当然内力是外力引起的，是一侧所有外力的代数和确定，外力的正负与内力的正负完全一致。如图2所示，虽然杆件在两端承受力P方向相反，扭矩m■、m■在轴的两端旋转方向相反，但是它们对杆件的变形效果是一致的，因此它们的正负号是相同的，教材上均假设为正，与此相反的情况，两端的力或力矩均为负。弯曲中假设剪力F■左侧向上右侧向下和弯矩M左侧顺时针，右侧逆时针，产生的变形来规定为正。但是在理论力学中，这些两端的力或力矩的投影的正负是相反的，学生在学习过程中容易按照原来固有的思维方式来考虑就会出错。

同样在材料力学中由内力产生的应力也是代数量，与内力类似。如图3所示，单元体左右、上下面的正应力和剪应力虽然指向或方向是相反的，但是按照变形的效果规定拉伸的正应力都是为正的，而顺时针的剪应力为正，逆时针的剪应力为负。

三、结语

理论力学中矢量在坐标轴上的投影其正负号与数学上的规定是一致的，只要矢量的方向或力矩的旋转方向相反，理所当然，投影的正负号也相反，学习时比较简单。而到材料力学中，内力和应力的正负号规定比较特殊，与常规的思维不同，虽然在杆的两端力和力矩的方向或旋转方向相反，但是只要它们所产生的变形效果是一致的，那么它们同时为正或是同时为负。应力类似，虽然在单元体相对的两个面上方向相反，也同为正或同为负。只有有了清晰的概念和正确的思维方法，才能正确地求解问题。

参考文献：

第2篇：材料力学刘鸿文范文

关键词：材料力学 教学思考 应用型人才 材料类专业

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（c）-0236-01

材料类应用型本科人才的培养，既不能沿袭传统本科的教学模式，又不能只注重应用而削弱理论基础的教学。在人才培养的过程中，应突出理论教学和实践教学的相互渗透和融合，加强理论教学的应用性部分，把应用性环节渗透到理论教学全过程。培养具有宽厚的理论知识，突出的创新意识和应用能力的材料专业本科生。

材料力学是材料类专业的一门重要的专业基础课，其经典理论在现代工程和科学技术中一直被广泛使用。材料力学的教学内容和教材体系已相对成熟，在这个基础上，面对材料类专业学生，在短学时的情况下，如何激发学生学习兴趣，如何做到理论联系实际，如何培养学生的创新精神和应用能力？我们就这些问题对该课程的教学内容、教学方法等进行了一定的思考和改革。

1 优化教学内容

传统教学通常是按照杆件的四种基本变形：拉伸（压缩）、剪切、扭转和弯曲来组织的，而杆件的每一种基本变形又几乎都按照“截面法求内力，几何变形关系，物理关系，静力平衡关系，推导应力公式”的流程进行。这种按杆件的基本变形进行组织的多重循环教学体系，耗费学时，不适合短学时的教学安排；并且缺乏新意，学生容易学习疲劳，失去兴趣。

如果把教学内容进行归纳总结，直接从杆件组合受力的一般情况出发，按照结构材料需满足的三大基本要求，即强度要求、刚度要求和稳定性要求，来安排课时。教学内容可凝练为“内力分析，应力与强度计算，变形与刚度条件，压杆稳定性计算”这样一个主线。把各种变形条件下的共性问题（如内力、应力、应变等）集中讨论，有利于节约课时，突出共性，强化概念。

2 改革教学方法

传统的教学方法是老师在上面讲，学生在下面听。众所周知，理工科的课程性质本身就比较严谨，注重理论性和逻辑性。而材料力学教学内容中又包含很多公式推导、力学模型和数理方程等。如何让材料力学课程具有生动性、有趣性，激发学生的学习兴趣？我们在教学过程中发现，如果能在教学过程中做到理论联系实际，则学生有较高的学习热情。比如，在讲解梁的弯曲变形前，先让学生观察教室里的梁，给学生布置思考题，根据材料力学的知识讨论梁为什么是竖方向比横方向长，让学生自己去寻找答案，而不是一味的老师讲，学生听。又比如，在讲解压杆稳定的时候，可以先在课堂上做个小实验，将一张薄纸片竖着放在桌上，则纸片很可能站不稳；如果将纸片折一下，模拟角钢的形状，则发现纸片可以站稳，并且在上面放一本作业本都没问题；而如果把纸片卷成圆形，模拟圆形截面钢，则纸片的承受能力更强了。用这个小实验首先把学生的好奇心调动起来，然后再用材料力学的知识加以讨论和解释。这样既激发了学生的学习积极性，就加深了学生对知识的理解。

另外，在传统的板书基础上，辅以先进的教学工具也是使课堂生动有趣的方法之一。比如多媒体的应用。多媒体教学将文字、图片、声音和动画融为一体，可以营造图文并茂，有声有色的课堂气氛，一改传统的枯燥、抽象的语言教学。并且多媒体教学可以节省板书时间，有助于提高授课效率，对于短学时教学尤为合适。如果能把板书教学和多媒体教学有机的结合，则会起到事半功倍的效果。

3 探索新的实验项目

实验教学是理论教学的一个重要补充，是学生加深对课堂教学知识的理解，培养动手能力的重要途径。传统的材料力学实验主要以验证性实验为主，只要按照老师给的实验步骤操作就能得到预期的实验结果。这种只动手不动脑的实验模式无法激发学生的学习兴趣，也不符合应用型人才的培养目标。我们讲这种实验模式称为被动式的实验教学。如果将被动式的实验教学转变为主动探索、创新式的实验教学则不仅培养了学生的动手能力，而且激发了学生的创新精神。比如，4-5个学生一组，每组分配一个具体的小课题，开放实验室，让学生自己查文献，设计实验方案，完成实验，写结题报告。通过此类实验，锻炼学生主动的发现问题，分析问题，解决问题的能力。

另外，充分利用学院的计算机实验室可以开设一些材料力学的模拟实验，比如ANASYS软件在材料力学分析中的应用等。计算机在材料科学中的应用已非常普及，由于计算机模拟实验不需要昂贵的仪器和实验耗材，因此具有低成本、易实施的优点。经我们证实，加入模拟实验，也可以增加学生的学习兴趣，有助于进一步掌握书本知识。

4 结语

随着社会和科技的进步，传统的教学方式和教学体系已经不能适应时代的需要。根据特定的授课对象，我们将不断的就材料力学课程的教学内容、教学方式和实验项目等方面进行探索和改革，以期培养出材料类专业方面具有创新精神的应用型本科人才。

参考文献

[1] 刘鸿文，林建兴，曹曼玲.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2011.

第3篇：材料力学刘鸿文范文

关键词：销钉 剪切力 强度校核

今年，广西全面开展无证砂船整治工作，区内存在许多链斗式捞砂船，这些捞砂船许多都是船主凭着以往的经验进行建造的，所以加强这类船舶的船舶质量、消除安全隐患，工作刻不容缓。据验船师在检验中反映，这类捞砂船的链条连接处的销的直径选取，都是按以往的经验，没有依据科学的方法进行计算，但现有的规范对这方面的计算还是空白，为了让这些船舶能纳入规范管理，保障船舶以及船员的安全作业，对其进行如下的分析和计算。

1.计算方法

1.1链斗式捞砂船的工作原理

链斗式捞砂船的工作方式主要是以一台柴油机为主动力，首先柴油机动力输出到齿轮箱，齿轮箱通过皮带的传动到二层甲板的齿轮箱，然后二层甲板的齿轮箱通过皮带输出到顶层甲板的齿轮箱，齿轮箱最后通过与五角头对砂链进行带动，然后装有链放入水中进行滚动式捞砂，链斗工作的时候与垂直方向有一定的角度，工作角度在30度至45度之间，这样就完成链斗式捞砂船工作过程。

2.实例计算

销所用的材料是#45钢，许用挤压应力为σ=128Mpa，实际中销的一般长度l=0.03m，所受到的挤压力与直径之间的关系为：σ=F/Abs=F×1/3×l×D，D=0.048 m。

由以上的计算分析可知，要想销的强度满足要求，销的直径至少应该大于0.054m，实际船舶中所采用的销的直径基本在0.08m以上，所以日常所采用的销是满足强度要求的。

3.结语

本文主要是对链斗的销钉直径所进行的粗略计算，由于考虑船舶工作状态是一个匀速运转的工作状态，并且砂斗的自重，以及每个砂斗所采上来的砂石和水都是均匀分布的，主机传递的扭矩和齿轮箱传动效率等情况都考虑在其中了，其计算结果与实际中所选取的销的直径比较吻合，计算的方法供以后的船厂建造以及船上的工作人员对销的损耗情况参考，提供理论依据。

参考文献：

第4篇：材料力学刘鸿文范文

关键词 材料力学；构件；疲劳强度；物理措施

构件，一般使用于机械加工与制造、运输与结构框架、桥梁与楼房建设、支承与生产建设服务设施、基本的农机具的底盘与结构载体等，因此，加强对构件疲劳强度的研究，特别是物理方面的技术研究，不仅能够提高使用寿命，最大限度发挥构件应有的力学作用，重要的是能够提高生产、建设质量，加大安全性能保障，提高产品质量档次，对于创建自主品牌、建设和谐和节约型社会都具有重要的现实意义。

1 要合理设计构件的形状，满足应力需求

根据物理力学原理可知，构件的疲劳破坏总是从构件中应力最大处的材料产生疲劳裂纹开始的。在一般情况下，构件应力最大处都在构件横截面的最外边缘处，或在有应力集中的地方。因此，要合理设计构件的形状，尽量避免在构件上开出方形或带尖角的孔槽，设法避免构件外形的急剧改变，尽可能地使其改变有一缓冲和过渡，从而降低其应力集中系数。

众所周知，由于结构和工艺的要求，大部分机械零件的形状都有变化，如零件上有螺纹、键槽、轴肩等，虽然这些都是零件必需的，但如果处理不当，势必在截面变化处出现应力集中现象或者引起应力集中错位，增大疲劳产生区域。这常常是构件疲劳裂纹发生的根源。因此，有应力集中的构件，其持久极限比同尺寸的光滑试件应有所降低。

根据物理力学原理，在构件对称循环下，应力集中对持久极限的影响，一般可用有效应力系数Kτ表示其降低程度，有理论研究表明，钢制阶梯轴，在弯曲、扭转、拉压对称循环时，有效应力集中系数是不同的，而且差距较大，因此在设计时应充分考虑应力系数，从应力系数和构件的外在形状出发，对在轴上存有螺纹、键槽、模孔时，有效应力集中系数应合理选择。

构件的形状与大小直接影响到应力的集中，设计时要合理注意外在表现，即形状的大小设计，对于组合式的构件，电动机、曲轴、连接拉杆等，要全面考虑其应力集中，合理选择材料及构件，以保障组合构件能够正常工作。

2 降低构件表面粗糙度，减小表面应力集中影响

物理力学原理指出，构件的表面越精细，其应力集中的指向越趋向于平滑；反之，构件表面越粗糙，其应力集中就越明显，造成构件疲劳的机会就越大。因此，减小在构件表面上因加工时刀具切削伤痕所造成的应力集中的影响，可大大提高构件的持久极限。

通过学习物理的材料力学可知，疲劳破坏一般起源于构件的表面，因此，构件表面的刀纹、伤痕等都会引起应力集中，从而降低持久极限，降低的程度可用表面质量系数β表示，即：

要达到其表面光滑，需要做好以下几点：

1）尽量选取高质量的加工刀具，如数控机床、磨床、铣床等，以提高其构件的加工精度，确保表面光滑、美观；

2）选取优质钢材，针对不同的加工构件，设计定型的加工刀具和模具，以保障机械零部件在进行表面处理前达到技术要求；

3）对于硬铝、镁合金等某些有色金属，即使应力循环的最大应力值十分低，经一定应力循环次数后也会断裂，既要考虑加工构件的外形，更应注意其加工技术，保证一次成功，不能过度强调光滑与弯曲度。

3 强化构件表面工艺处理，提高抗疲劳能力

除形状、尺寸、表面对构件的疲劳强度造成影响外，从力学的角度讲，高温、腐蚀介质的作用、表面喷漆工艺处理等都对持久极限产生影响。因此，在做好合理设计、精心加工的基础上，应加强对构件表面工艺的处理，突出做好以下几点。

控制好加工温度 构件在加工过程中，除模具加工时需要高温定型外，整形、弯曲、扭转等制造的中间环节，也需要高温处理，二次高温处理是造成构件疲劳度的重要技术环节。因此，要使用计算机等先进控温手段，保障处理与加工过程做到优质控温，高效生产，保障质量。

选取优质无公害腐蚀介质方法和产品 构件的加工是一个复杂的再生产过程，除工人师傅的技术外，还要注意研究腐蚀介质的品种、质量，做好选取优质、无公害腐蚀液，一是能够保障构件外表面无公害，二是对使用者做到无公害，三是为环保做贡献。实验证明，构件材料本身腐蚀质量的高低，直接影响到机械零部件的抗疲劳度，所以说选取高环保、低成本、绿色腐蚀产品，至关重要。

做好喷漆工艺处理 实践证明，采用静电喷漆、电子喷漆、微电脑控制喷漆新技术，选取优质油漆，都能有效地削除构件疲劳度，延缓构件的受损和腐蚀，提高产品的质量。

另外，精心设计运输包装，避免造成二次伤害，也能大大提高构件抗疲劳程度。

4 突出材料内涵，研发优质钢材

解决材料的疲劳强度问题，实际上是研究材料的力学性能，表现在材料自身条件上重要的是材料的质量，也就是材料的内涵。因此，研发优质材料、加工优质构件是材料力学乃至理论物理研究的重大课题之一。

计划经济时期，我国构件使用的材料，一般集中在碳素钢、低合金钢、碳素铸钢、可锻铸铁、球墨铸铁、灰铸铁等几种。进入21世纪以来，新型钢材层出不穷，不仅填补了我国钢铁工业的空白，重要的对于提高构件的抗疲劳度，强化应力集中表现，起到积极的作用。随着我国特殊钢生产工艺技术装备水平的提高，产品将向特、精、高的方向发展，钢材价值量的增长将明显高于数量增长。用冷镦加工方法制造的紧固件、特殊连接件（螺栓、螺母、螺钉、铆钉等）用的钢称为冷镦钢，主要生产汽车用标准件。冷镦钢占汽车用优质钢材总量的7%～12%，2007年达到和超过了850万吨，成为我国主导钢材产品之一。

冷镦是在常温下利用金属塑性成型的，冷镦工艺对原材料的质量要求较高。采用冷镦工艺制造紧固件，不但效率高，质量好，而且用料省、成本低。紧固件及冷冲压件是冷镦成型工艺生产的，在冷镦成型工艺过程中，每个零件的变形量很大（60%～85%），而且大多数是一次成型，因此要求冷镦钢具有很高的塑性，在冷镦变形中变形抗力小，不产生裂纹、裂缝等缺陷，加工硬化率低。同时要求冷镦钢材具有高的表面质量。

冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一，是冷镦钢应具备的主要性能；对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和尽可能高的变形能力。为此，一般要求冷镦钢的屈强比为0.5～0.65，断面收缩率大于50%。此外，为避免在冷镦时表面开裂，要求钢材表面质量良好，同时钢材的表面脱碳要尽可能小。

进入21世纪后，紧固件行业大量使用的冷镦钢，不仅品种全，而且品质优、性能好。有调质型合金钢、低温回火型合金结构钢、低碳低合金高强度钢、铁素体-马氏体双相钢等，具有代表性的典型牌号有ML20MnVB、ML40Cr、ML35CrMo、ML20、ML35、ML35Mn、SWRCH10A、SWRCH35K、10B21、15B25、SAE1018、SAE4140等，大大增强了构件的抗疲劳度，为理论物理研究工作者提供了广阔的学习、研究天地。

参考文献

第5篇：材料力学刘鸿文范文

采用理论和数值模拟相结合的方法，建立在采动影响下含断层顶板的力学模型，根据工作面推进方向与断层倾角间的相互关系，将断层分为正向断层和反向断层两类，分析在工作面推进过程中岩体的应力、变形和断层处的受力以及含断层顶板的初次破断和周期破断的问题。对于含断层顶板的矿压显现，运用梁理论和数值分析，对工作面过断层进行力学受力分析，推导破断距表达式，分析断层面的受力情况及破坏方式。

关键词：

数值分析；正向断层；逆向断层；初次破断；周期破断

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/ki.16723198.2016.10.091

1 问题描述

工作面过断层是矿压显现最敏感的阶段。建立力学模型并进行解析分析，可以使我们获得一些比较规律性的结果，这利于我们在一个较大的范围内对断层周围的岩体中的应力位移响应获得初步了解，从而帮助我们进行仿真分析和现场勘测。断层影响下的顶板力学模型如图1。

关于含断层的顶板的力学建模，其中比较重要的一点是判定开采方向与断层倾向是否一致。开采方向与断层倾角是否一致将形成完全不同的矿压显现和失稳方式。本文把开采推进方向与断层倾角小于90°的断层称之为正向断层，把开采推进方向与断层倾角大于90°的断层称之为反向断层，在此仅研究正向断层问题。

2 正向断层的矿压显现

在考虑破断距的情况下，可以忽略断层处几何形状的影响，而直接以相应的约束或作用力F、P1、P2为载荷集度，P1代表上覆岩层对顶板的作用力，P2代表煤层对于顶板的作用力。量纲：力/长度。a为对梁有作用力时的煤壁长度，采空区和煤壁的总长度为l。

2.1 初次破断

由于断层的存在，顶板已经“断”了，含断层顶板的初次破断可以看作一个悬臂梁。当不考虑煤层的弹性基础作用代以相应的作用力时，则模型可以简化为图2。

其中σ（x）为该处岩层最下方的应力。

假设l=50m，a=20m，岩层高度h=1m，P1=25000N/m， P2=42000N/m，F=40000N/m。用CAD做出弯矩、应力变化曲线，如图3、图4。可以看出弯矩M（x）、应力σ（x）随x呈二次曲线变化。计算可得最大弯矩发生在梁的中段部分，大约在17.5m值为最大；但是当工作面推进至断层下方时，最大弯矩将发生在悬臂端。

2.2 周期破断

初次断裂以后，左端的固定端约束改变为支承约束。不考虑煤层的弹性基础作用而代以相应的作用力，模型可以简化如图5模式。

根据正断层的几何形状和受力情况，正断层周期破裂时可以分为破断和回转两种形式，此处不再详细讲解。

2.3 断层处力学分析

3 结论

正向断层的初次破断，可以模拟成悬臂梁模型。当存在煤支撑作用时，最大弯矩面（破断面）发生在梁的中部。而当工作面推进到断层下方时，煤体的支撑作用消失，破断将会发生在梁悬臂端。正向断层的周期破断，可以模拟成简支梁模型，当存在煤支撑作用时，最大弯矩面（破断面）仍发生在梁的中部，而当工作面推进到断层下方时，由于煤壁的破坏，将会导致顶板发生回转失稳。

参考文献

[1]徐芝纶.弹性力学简明教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]刘鸿文.材料力学[M].第四版.北京：高等教育出版社，2003.

[3]钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制[M]. 北京：煤炭工业出版社，1984.

第6篇：材料力学刘鸿文范文

【关键词】工程力学 课程教学 教学改革

【中图分类号】G423.07 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）7-0067-01

职业技术学校院校是现代大学适应于市场经济的需要而产生的，以培养高素质的工程应用型技术人才为主[1]。这就对学生的专业知识培养和专业素质训练等提出了相应的要求。为了适应新的形势，我们以培养学生的能力为根本，强化突出理论学习能力、社会实践能力、技术应用能力和创新能力，以培养应用型创新人才为目的，对工程力学课程的教学模式、教学内容和教学方法展开深入的研究。对于机械类专业学生来说，工程力学是一门非常重要的专业基础课，它是从基础课过渡到专业课的一个桥梁，但是在笔者近年来的教学实践过程中，却发现存在一些问题。

一、课程教学现状概述

（一）教学方式太过单一

在工程力学中更大量的是一些方程的列写和相关公司的推导，这些内容如果仅仅依靠多媒体播放，大量的公式一带而过，学生如走马观花一样，表面上学了更大量的知识，其实并没有多少能够深入心中。公式是计算与实践中必备的知识基础，其不仅需要理解，更需要不断的在计算中应用与记忆。如果这些内容采用板书教学，在黑板上一笔一笔的推导，必然会给学生留下深刻的影响，对相关公式定理的应用也会有更深刻的认识，学生的数理基础也会有一定的提高。不过如果仅仅建立在多媒体与板书的教学方式仍然是单一的，需要更为丰富及适合学生素质培养的教法探索与补充。

（二）教材设置缺乏实践型

工程力学包括理论力学和材料力学，其自身的严密体系决定了这门课是偏重理论推导的[2]。现在通行的大多数教材中所载内容与工程实践联系较少。工程力学中一些要重点掌握的内容往往在后续的诸如机械原理、机械设计中用到得很少；而一些相对要求较低的知识点在后续课程中反而用得比较多。最终导致机械类学生的知识脱节，工程力学也就仅仅成了学生获得学分的一个工具，并没有为后续课程的学习提供全面的、实用的基础知识。

二、教改制度下工程力学课程模式改革

（一）教学模式改革

现在的课堂教学模式是典型的“以教师为中心”的模式[3]。这种模式有必要针对工程力学课程进行优化的教学设计，努力实现介于“以教师为中心”和“以学生为中心”两者之间的教学模式，既发挥教师的主导作用，又充分体现学生的认知主体作用，并探索与之相适应的教学组织形式、教学活动形式、教学管理方式和教学环境等的建立。根据教学目标和内容的不同要求，在基本保留课堂教学环境的同时，创设多元化的软、硬件教学环境，使学生能够利用以计算机技术为核心的现代教育技术，通过学生、教师和媒体三者的交互去主动地发现、探索和思考，从而培养学生的创造能力和认知能力。采用新型教学模式，能够大大地提高教学效果。

（二）教学内容改革

现在的教学内容基本上按照教材上的内容来讲授，增加部分不多。课堂练习和讨论部分太少，调动不起学生的积极性。所以有必要采取一些措施优化教学内容，使学生能够系统地学到全面的、实用的工程力学知识。为了拓宽学生的思路和运用理论解决工程实际问题的能力，在教学内容上，对传统教学内容精选的同时，注重基本概念、基本原理和基本方法的更新，加强对学科的新发展、新的计算工具与计算方法、新概念、新理论及新实验的介绍，并注意选编一些与工程实际相关的问题，以例题和习题的形式反映到教学过程当中。授课教师应该在重视理论推导的同时多举一些工程实例，同时应当适当调整教材内容，调整教材中的重点难点，使本课程与机械类专业后续课程不在脱节。

（三）教学方法改革

在工程力学教学中，改革传统的教学方法及教学手段[4]。工程力学属于逻辑性较强的课程，我们采用分析讲解与启发诱导相结合的教学方法。对于职业技术学校大学生的学习，主要是理解掌握并能将知识运用到工程实际当中去，但不能追求高难度、太深奥。一方面，根据教学内容的主次轻重，将难度较高的复杂内容分解为较易的学习单元，逐步启发学生，引导探究，层层深入，适应学生的理解能力。另一方面，改变传统的单纯灌输式教学方法，以教师为主导，学生作为主体，增加学生与教师的双边活动，调动学生的学习能动性。现在的课堂教学手段是一些教师采用全部写到黑板上，另一些教师采用全部用多媒体，这样都不是很好。多媒体教学作为现代教学手段被广泛采用，交互式多媒体课件的合理运用，可以大大提高教学效果和效率。在课堂教学中，多媒体手段与其他常规教学手段应该是相互补充而不是相互排斥的，并非多媒体教学采用得越多越好。

三、结束语

工程力学是一门重要的技术基础课，对学生的逻辑思维、分析能力和解决实际问题能力的培养至关重要[5]。工程力学课程中含有许多抽象的力学概念和公式，相当数量的课后作业以及大量的工程实例。学生普遍反映该课程比较枯燥、难学。针对这些问题，出现了一些工程力学多媒体教学软件，但目前这些软件绝大多数都是以教师为主体的，很少涉及以学生为主体或介于“以教师为中心”和“以学生为中心”两者之间教学模式的教学软件。另外，双语教学开展很有必要。为此，我们结合工程力学课程组在最近几年的教学工作经验中，对新世纪工程力学课程的教学改革进行了有益的探索。

参考文献：

[1]范钦珊.工程力学[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2]哈尔滨工业大学理论力学教研组.理论力学.6版[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]刘鸿文.材料力学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

第7篇：材料力学刘鸿文范文

关键词：大型船舶；干坞；坞墩；压载水；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

本文通过有限元计算在干坞压载状态下，船体以及坞墩的受力情况，并校核船体结构的局部强度以及坞墩的安全性；得出一个以有限元计算为手段的船舶出坞、坐墩受力计算的一般方法。同时，研究在船舶研发工作中，结合船舶建造、营运时船舶坐墩的需要的结构设计方法，并为建造中的布墩提供指导建议。

2 308 000 DWT VLCC干坞状态注入压载水坞墩受力情况

2.1 有限元模型

有限元建模、分析软件使用DNV船级社patran-pre和sesam; 对NO.2货舱及压载舱区域进行有限元建模，考虑到结构及载荷的对称性，有限元建模范围为该区域的1/4; 船体结构边界条件为：前端和后端约束其X向平动，纵剖面处约束其Y方向平动，墩木约束其Z向平动；墩木所受载荷为船体结构及压载水对其产生的静压力，见图1。

2.2 分析方法

给NO.2 COT(P\C\S)各注入压载水6 000、8 000、6 000 t压载水，此时各舱的液位高度分别为8.15 m、7.14 m、8.15 m，对墩木的受力状况进行分析。

2.3 分析结果

货油舱注入压载水时坞墩及结构受力情况，此时结构的受力大小为41 MPa,坞墩受到的最大支反力大小为226 t，结构最大变形为2.1 mm，产生在外底与坞墩接触位置，见图2。

3 82 000 DWT散货船干坞状态注入压载水坞墩受力情况

3.1 布墩与与干坞压载方案

见图3、图4。

3.2 有限元模型

见图5。

3.3 计算工况

工况1，坐墩不加压载水；

工况2，坐墩加压载水：第2第3压载舱满，第1压载舱半舱。

3.4 计算结果及分析

见图6、图7、图8。

墩木受力不均匀性计算每个墩木受力与平均受力比值，以反映墩木受力的不均匀性的程度，分别见表1、表2。

4 结论

1）对308 000 DWT VLCC, 船舶在干坞状态下将压载水打入货油舱坞墩受力为226 t，对坞墩进行承压试验，坞墩在压力加到260 t时，水泥墩表面正常，没有出现新裂纹，故此时坞墩受力安全。

2）对82 000 DWT散货船。

① 坞墩布置满足坞内打压载水的承重要求；

② 墩木的受力是不均匀的，最大的承重能达到平均承重的2.7倍；

③ 通过本计算案例，可以知道坞墩的受力并不均匀，按照平均受力法的计算办法布置坞墩时应该考虑一个不小于2.5倍的安全系数，如果不能达到该安全系数时，应该开展有限元直接计算分析，以确认安全性。

参考文献

[1] 刘鸿文. 材料力学[M]. 高等教育出版社.2004.1

[2] 钢质海船入级规范（第七分册）[M]. 人民交通出版社, 2009, 8

第8篇：材料力学刘鸿文范文

长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心河北保定071000

摘要：某款车型在路试试验过程中控制臂发生断裂，通过对故障件电镜分析、化学元素分析及板材力学性能分析，确定控制臂制造缺陷造成疲劳断裂。

关键词 ：疲劳断裂；断裂；制造缺陷；断口分析

在经济飞速发展的今天，不少人已经有了自己的爱车，我们在享受它给我们带来便利的同时，也不得不面对它给我们带来的一系列问题。比如，行车异响、漏油、断裂，NVH 等这通常是典型的制造过程中的缺陷所引起，而最终引起顾客的抱怨和汽车市场上的负面影响；下面我们介绍一种汽车上的控制臂由于制造过程中的缺陷导致的失效，而进行的具体原因分析和过程控制整改的经验。控制臂一侧通过螺纹连接与副车架或车架连接，另一侧通过球销连接，承受着簧上质量及来自路面的冲击。同时控制臂控制着车轮的行驶轨迹及运动姿态，为整车关键零部件，失效后整车行驶过程中操稳性下降，行车异响，甚至无法控制车轮按照驾驶人员意愿行驶，造成交通事故。

针对某款车型控制臂断裂分析如下：

1 化学元素分析

从失效件本体上取样进行化学元素分析，分析结果见表1，根据分析结果可知，控制臂所用材料化学元素满足标准要求。

2 力学性能分析

由于摆臂结构导致无法在失效件本体上取样进行拉伸试验，在与失效件同批次板材上取样，进行拉伸试验，试验结果见表2，根据试验数据可知，板材性能满足标准要求。

3 断口宏观分析

通过宏观断口（如图1）观察发现，部分断口存在锈蚀，且两端断面及孔断面较为平齐，其他部分断面呈高低不平的曲面，其中摆臂直边部位的断裂曲面成45毅方向，主要受到弯曲与上下跳动的剪切力产生，此位置为控制臂断裂的源区，仔细观察源区可以发现，控制臂翻边根部已有裂纹存在(如图2），并与断口垂直，从裂纹发展的规律可以知道，次裂纹先于断裂形成，为成型时产生。

4 断口微观分析

断裂源区的微观形貌如图3、图4 所示，可以看到源区较为平坦，有疲劳辉纹，图5 为裂纹扩展区形貌。由于摆臂在运动时受到拉力、压力、剪切力，弯曲扭转等，受力较复杂，裂纹扩展也较为复杂，图6 为裂纹以扭转的形式形成的断口形貌，断面存在轻微腐蚀，裂纹以穿晶形式发展，原始裂纹内充满疑似电泳液物体，材料内存在针孔。

5 金相分析

在断裂源区横截面制成金相试样在显微镜下观察，轴套安装孔根部及控制臂翻边根部均存在裂纹，基体组织为铁素体及少量珠光体，孔根部角度接近直角，翻边的根部出现褶皱，且材料存在较多的球状类氧化物夹杂与针孔。

6 分析结论

材料化学元素及力学性能满足标准要求，但从金相分析结果可以看出，材料的夹杂物严重，且存在针孔，对板材的性能势必会产生影响。由于控制臂轴套安装孔根部及控制臂翻边根部接近90毅，成型时此处过度变形而形成裂纹，导致此位置应力集中，汽车行驶过程中，控制臂产生的应力值超过了材料本身的许用应力，在长期的载荷作用下，裂纹沿控制臂原始裂纹扩展，直至控制臂发生疲劳断裂。

7 经验总结

汽车上的任何一个零部件的失效问题都会给整车的品质和市场上的顾客带来负面的影响，因此需要我们在产品设计和制作过程中的工艺规划，一定要以整车高品质为目的的造车理念，去生产和制造每一个产品，才能更好的把握市场；因此通过分析以上控制臂的断裂失效，总结出以下几点经验进行分享：淤造成控制臂断裂的主要原因为其本身存在制造缺陷，导致缺陷位置应力集中，所以需要加大缺陷位置的R 角，不但可以消除缺陷，还可以降低产品本身的应力值。于产品结构上增加断面的截面面积，增加产品的强度。盂加强原材料的检验与库存防护要求，提高板材的质量。

参考文献：

[1]杨学桐.金相检验[M].上海：上海科学普及出版社，2003.

[2]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1992.

第9篇：材料力学刘鸿文范文

关键词 ：Inventor ANSYS 重型滚筒 轴承座 有限元分析

1.引言

轴承座作为滚筒的重要组成部分，主要是用来支撑滚筒轴和载荷的传递，这就要求轴承座必须具备良好的力学性能和制造工艺的经济性。近年来，由于输送机行业的飞速发展，与之相应的非标重型滚筒轴承座的种类越来越多，结构越来越复杂，在使用过程中对强度和刚度要求越来越高。本文的主要任务是对重型滚筒轴承座进行应力分析和刚度分析，通过对轴承座的应力分析，得到相应的应力分布图，并且找到轴承座应力最薄弱的区域，从而对轴承座优化设计提供参考依据。

目前国内做有限元分析主要是运用ANSYS软件，Autodesk Inventor Professional软件提供的有限元分析模块式调用了ANSYS软件的网格划分和数字计算的内核技术。这个集成在Inventor中的有限元分析模块（Stress Analysis），可以在机械零件、钢结构或者钣金环境中使用，添加工况、计算应力应变、估算安全系数和频率特性等。

2.轴承座有限元模型的建立

轴承座是一种输送机行业常用的系列化产品，标准轴承座有标准图纸，而非标准的重型轴承座需要重新设计。应用Inventor软件，采用参数化建模，模型具有可变性，可以重复使用。根据不同的载荷，改动下模型就能生成系列化产品，实现模块化设计，提高设计工作效率。基于这种设计思想，结合Inventor软件强大的建模功能，来建立轴承座的三维模型。另外还可以利用Inventor软件的渲染功能对轴承座模型进行色彩、材质、纹理等处理，增强模型的真实感。

本案例选用轴承座为左右对称结构，质量g=810kg，轴承内径为400mm，采用铸铁结构。根据案例要求，轴承座承受最大的径向合力Fr/2=700KN， 最终建立的数字模型如图1所示。

3.轴承座有限元分析

轴承座有限元模型建立后，点击应用程序菜单下的应力分析选项，之后将切换到“应力分析工具面板”，应力分析工具会自动添加到标准工具栏（一些无关的工具栏项目将自动撤出），同时还将显示应力分析浏览器。然后按照下述5个步骤逐一进行。

3.1.材料选择

在Inventor应力分析模块中设有常用材料库，在材料选择中选择与实际应用材料力学性能相同或相近的材料即可。确认好材料种类，如果需要调整，双击材料选项，展开材料列表选择需要的材料，在本例中选择了铁（铸造），质量密度：7.25 g/cm^3；屈服强度：200 MPa；极限拉伸强度：276 MPa；杨氏模量：120.5 GPa；泊松比：0.3 ul；切变模量：46.4 GPa。

3.2.施加约束

点击“应力分析”工具面板上的“固定约束”按钮，然后再在模型上选定添加此约束的面。根据轴承座的实际安装方式，轴承座是由四个螺栓固定在支架上的，所以，底面需要施加Z 方向的面约束，在4个螺栓孔位置分别施加X 、Y 方向的面约束，以此约束轴承座的水平和竖直方向位移。施加约束后的效果，如图2。

3.3.施加载荷

根据本案实际使用情况和初始条件，轴承座承受的载荷有三种，一是轴承座自重g=8.1KN，由于轴承座自重远小于外加力，可以忽略不计，二是滚筒重量G/2=60KN，三是滚筒所受合力Fr/2=700KN。除轴承座自重外，其余的力都是通过轴承传递作用在轴承座上的。轴承载荷不像普通力载荷一样均匀分布，而是采用抛物线式载荷分布，这种载荷只能添加到圆柱面上，而力的分布状态符合孔销传力的规则。

点击“应力分析”工具面板上的 “轴承载荷”（Bearing load）按钮，然后再在模型上选定要添加此外力的面（本案是轴承座大孔的内表面）。施加载荷后的效果，如图3。

3.4.网格设置

Inventor 提供了允许网格自定义的命令，因而能够控制方案的质量和效率。这些命令可控制网格的全局设置和本地设置。网格设置应用于您选择的特定面和边。网格优化允许改变网格大小以便简捷地覆盖特定特征。查看网格是将网格设置应用于视图中的零部件，并产生图形化的网格表达。预览网格的步骤是：在功能区上，单击 “应力分析”选项卡 “网格”面板 “查看网格”。网格效果图，如图4。

3.5.分析求解

在完整加载了分析所需要的条件之后，即可投入分析计算。在工具面板上点击“应力分析”按钮，即可启动分析计算功能，并按前边设置的参数和选定的方案进行计算处理。

进行过程中，将显示“ANSYS 方案状态”提示框，并实时显示处理的进度和内容，计算完成后，会将显示出结果的图形报告。Inventor提供了等效应力、最大应力、最小应力、位移、安全系数等报告结果。本文选取了典型的等效应力和位移的结果表达图。计算结果如图4、图5。

从图4等效应力图可以看出，轴承座的最大应力值为12.49MPa，位置在筋板和内孔结合处，远小于屈服强度200 MPa，满足强度要求，为了减少应力集中，本文建议适当增加该区域过渡圆角半径，并进行铸造退火处理，最大程度减少残余应力。从图5位移图可以看出，轴承座整移比较均匀，最大位移为0.01807mm，满足刚度要求，小于许用位移0.2mm，均在合理范围内。综合分析，轴承座应力分布比较均匀，强度和刚度满足最初设计要求，且在结构上还可以继续优化。

总结：

本文利用Inventor软件建立了某种滚筒轴承座的三维几何模型，利用其中的有限元分析模块（Stress Analysis），证明了轴承座设计的合理性。而且应力分析结果表明，轴承座应力较为均匀，具有良好的力学特性。通过利用有限元分析，可以缩短设计周期，节约设计成本，为轴承座的优化设计提供了充分的理论依据。

参考文献：

[1]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社， 1992.

[2]李晓磊，郭学锋等. 铸铁轴承座载荷计算及结构分析[J].铸造技术， 2005.