OBE理念下的材料力学教学方法改革与实践

为提高材料力学教学效果,培养学生分析和解决实际问题的能力,开展了目标导向教育(outcome based education,OBE)的教学方法改革与实践。以采矿专业大学生为教学对象,结合巷道支护技术的最新发展动态,针对轴向拉伸、轴向压缩、扭转、弯曲、组合变形和压杆稳定分别导入顶板锚杆、墩柱、锚杆孔钻孔、巷道顶板锚杆布置优化、钢管混凝土支架破坏和墩柱稳定性等案例,运用相关章节力学知识,最终解答了案例。OBE教学方法能让学生深刻地认识到材料力学和所学专业的密切关系,激发学生的学习兴趣,培养学生的科学素养和研究性思维,实践创新和解决工程问题的能力,教学效果显著。     

问题导入式教学法在流线伯努利方程讲授中的应用1)

为了提升高校学员的思维和逻辑推理能力,提高流体力学课堂的教学水平,引入问题导入式教学法,坚持问题导向,层层递进,以流体力学课程中的教学实例,说明问题导入式教学法的应用,通过严密的推理过程,对已有知识进行有效的复习,得出科学的结论。增强了学生学习的兴趣和专注度,提高了学生独立思考和创新能力,取得了较好的教学效果。     

安全工程流体力学创新实践教学模式探究

流体力学是安全工程类本科专业的基础必修课.通过创新安全工程流体力学理论教学模式、融合学科专业知识及改革实践教学方法,提出了教学改革总体思路和方案,梳理了安全工程流体力学中的核心知识脉络体系;将看似孤立的基础理论三大方程穿插融合在一起,并延伸至安全工程专业中的流体力学知识点,使学生明确安全工程流体力学学什么、怎么学、如何...     

注重基础、立足工程、强化实践、融入模拟、激励创新——材料力学教学改革探索

材料力学是机械类、土木类和力学类等工科类专业的核心课程,课程秉承“强基础、重实践、融模拟、促创新”的理念;构建“融工程、融前沿、融思政”的教学资源与内容,夯实学生的力学理论知识,培养学生利用力学理论解决实际工程问题的能力,同时帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观和职业观;将抽象的力学概念与三阶递进的课程实践融会贯通,培养学生的动手实践能力、探索精神和创新能力;将数值模拟技术引入课堂,初步培养学生利用数值模拟软件解决力学问题的能力。建立以传授知识为中心,以解决工程问题为导向,以创新实践为特点,以数值模拟软件为工具,以立德树人为根本的课堂。

     

创新流体实验仪器,探索创新型人才培养

实验教学是理论联系实践的关键环节,对于学生的综合素质培养和提高有重要意义,而传统的实验教学模式已难以满足社会对工程应用型创新人才的要求.本文结合流体力学实验教学改革实践,探讨了改进自制流体力学实验仪器设备对提升大学生创新精神和创新能力的作用.创新化的实验教学,有助于激发学生自主实验的积极性,进而增强了他们应用已学知识解...     

An approach to analysis of single pier based on the variational principle in multi-layered soil

In this study, a variational approach to the settlement analysis of an axially loaded pier embedded in a multi-layered soil profile is presented. In this method, the soil profile and the embedded pier are divided into a number of sub-layers according to the actual number of soil layers observed in the field. The displacement shape function of each soil layer is given as a product of an exponential equation along the pier depth and the Bessel's solution in the radial direction. The displacement relationship among the layers can be derived through the transformation matrices. One of the major features of this method is that the total number of pier elements is the same as that of soil sub-layers. All the field components, such as the displacement, stress, and strain in the soil, can be calculated by closed-form solutions except that the only unknown variable is the value β which can be determined by iteration techniques. Comparisons were made with the results of finite element analysis and the field observation in pile-loaded tests.     

动载荷教学中桥梁基础和支座的案例分析

将力学概念与实际相结合,引入工程案例来讲解有关知识点,可提升学生的学习兴趣,并提高学生理论与实践相结合的能力。简介了桥梁、桥梁支座与基础,对桥墩受竖向冲击与水平冲击时的力学模型分别进行了简化。针对简化的桥墩模型,对比分析在动载荷作用下桥墩未加与施加橡胶隔震支座、未加与施加防撞墩前后的变形、动荷系数,据能量守恒原理分析讨论相关问题,提高学生对相关力学概念的理解能力。     

地基水平运动时高桥墩的动力屈曲

考虑大变形的影响,建立了高桥墩在地震波冲击下引起的地基水平运动时的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程;得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度acr和失稳时刻。通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度、桥面质量大小对位移幅值响应、临界地震加速度、失稳时刻等参数的影响。算例表明当发生7.5级以上地震时,桥墩会有较大程度的破坏。     

材料力学中梁变形分析方法的关联

杆件变形涉及刚度和稳定性问题,梁变形问题作为其中典型代表在材料力学教学内容中占据较大比例。梁变形的求解不仅方法众多而且分布于教材的多个章节,本文讨论了不同方法的异同,意在辅助学生建立相关问题的知识“框架”,加深概念理解并开展思辨训练。

     

MATLAB编程在层合板强度分析中的应用1)

层合板的强度分析是复合材料力学的教学重点和难点。繁琐的数学运算使该问题的讲述既枯燥,又难以被学生接受。为提升教学效果,本文提出一种将MATLAB编程引入该问题的方法。针对正交铺设对称层合板强度分析的典型例题,首先对基本理论和分析流程进行了梳理,然后利用多个MATLAB函数文件对该例题进行参数化编程。采用该方法不仅使计算大为简化,还便于研究正交铺设比对层合板强度和破坏规律的影响,为层合板的强度设计提供可靠的依据。     

履带车辆路面激励响应的简化计算

为了快速计算履带车辆在路面不平度激励下的动力学响应,基于合理假设采用理论力学方法建立了某履带车辆的简化动力学模型,用ADAMS 软件建立了同种工况下的履带车辆动力学模型,并把两种模型的求解结果进行了对比,验证了简化模型的合理性. 研究结果为基于简化模型的动力学方程对车辆悬挂系统进行优化和逆动力学分析奠定了基础.     

基于耐撞性的塑性变形教学改革

塑性变形是力学的重要教学内容之一,在横力弯曲变形、塑性铰等教学过程中存在偏重概念和理论推导,缺乏实际工程背景等问题。为了提高学生学习兴趣,提出以飞行器和汽车等运载装备耐撞性能需求的塑性变形教学改革模式。首先从实际运载装备在冲击事故中的乘员安全需求为牵引,引出耐撞性工程问题,通过合理假设建立力学模型,建立与塑性变形、塑性铰等教学内容的联系,推导预测压溃载荷的理论公式,让学生体会到理论学习的重要性,通过误差分析让学生理解力学模型的局限性并提高模型精度,提升学生学习兴趣。通过航天器迫降、圆管多边形破坏模式、点阵结构等工程和学术前沿问题,开拓学生视野,进一步夯实理论基础,提高创新能力。

     

RPC箱型桥墩抗震性能的试验研究与数值分析

以RPC箱型桥墩为研究对象,拟定合理结构形式和尺寸,设计了3个RPC箱型墩试件。通过对试件施加常轴力以及水平反复荷载,研究了水平荷载加载方向角对RPC箱型墩抗震性能的影响,分析了各试件的韧性、滞回曲线、骨架曲线、荷载退化曲线和刚度退化曲线等方面的特征,并得出了各试件的位移延性系数和耗能系数。作者编制并验证了单向荷载作用下的全过程非线性数值分析程序。实验与数值结果表明:RPC箱型墩具有较好的抗震性能,水平荷载加载方向角是影响箱型墩抗震性能的一个重要因素;斜向受力构件的抗震性能要弱于主轴受力构件。     

数值实验在流体力学实验教学中的应用探讨

为强化学生对流体力学课程理论知识及实验教学环节的掌握,本文针对传统实验教学过程中受限于硬件设施、模型等问题,将数值模拟技术与流体力学实验教学相结合。以伯努利实验为例,应用数值模拟软件进行物理建模、网格划分、变参数数值模拟等实验内容,通过压力云图、流线等模拟结果对能量转换特性进行了分析,增强了学生对流体力学理论知识及相关参数的物理意义、变化特征等的理解,使学生在实验中产生强烈的“参与感”,有效地提高了教学水平和教学质量。     

Computation of three‐dimensional flow around square and circular piers

The aim of the present study is to investigate, by numerical simulation, the three‐dimensional turbulent flow field around square and circular piers. The numerical model employs a finite volume method based on MacCormack's explicit predictor–corrector scheme to solve weakly compressible hydrodynamic equations for turbulent flow. Computed results are compared with Dargahi's experimental measurements to assess the validity of the proposed model. Very good agreements are obtained. The results of flow simulation indicate that near the upstream face of the pier there exists a downflow, which joins the separated flow to form the horseshoe vortex stretched around the pier. This horseshoe vortex interacts with the wake vortex to create the upflow behind the pier. These phenomena appear to be very important to the mechanism of scouring around the pier. In general, the flow patterns for the square and circular piers are similar. However, the strengths of the downflow and horseshoe vortex are greater in the case of the square pier. The position of the horseshoe vortex around the circular pier is closer to the front face than that around the square pier. In the meantime, the domain of the wake flow in the case of the square pier is greater than that in the case of the circular one. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

追本溯源理念在本科固体力学专业教学中的应用与实践

为了提高本科固体力学专业的课堂教学效果,更好地帮助学生夯实基础知识,构建专业知识逻辑体系,追寻伟大先驱的治学足迹,培养学生的文化自信以及爱国情怀,探索知识为人类服务的路径,笔者提出了追本溯源的教学理念,剖析了教学目标的历史起点,追踪了知识体系的建立初衷和过程,探讨了课程讲授的逻辑思路。追本溯源的教学理念通过知识体系的本源归集、课堂教学的基础讲授、知识体系的逻辑整理和课堂教学的人文拓展,实现了本科教育教学中传授知识和答疑解惑的本质目标和初衷,落实了基础教学和以学生为本的教学理念。

     

MAJOR-ORIENTED TEACHING OF FUNDAMENTAL MECHANICS COURSES

目前国内大多高校的工科专业本科生的基础力学课程由力学系教师承担,后续专业课则由各工科专业学院教师承担。基础力学教师的教学工作量繁重,课程学时紧张,基础力学课程不得不采用教师全堂讲述式的大班制,讲授也并不区分学生专业。基础力学教学任务繁重、基础力学和专业课程教师分属不同学院、力学教师本身对工程专业不见得了解深入等客观因素都制约着基础力学课程与后续专业课程的有机衔接和融合,学生对力学概念理解不够准确、记忆不够深是基础力学学习较为普遍的问题。作者基于近十年的为工程力学专业和土木工程专业本科生教授材料力学/工程力学的教学实践,结合在担任学校教学督导四年的时间里在听土木、机械等工科专业的各门专业课时与学生和教师交流得到的教学一线信息,对基础力学课程教学如何服务好人才培养的目标进行了思考,并对以学生专业为导向的基础力学课程教学进行了实践和初步探索。     

专业导向的基础力学课程教学初探

目前国内大多高校的工科专业本科生的基础力学课程由力学系教师承担,后续专业课则由各工科专业学院教师承担。基础力学教师的教学工作量繁重,课程学时紧张,基础力学课程不得不采用教师全堂讲述式的大班制,讲授也并不区分学生专业。基础力学教学任务繁重、基础力学和专业课程教师分属不同学院、力学教师本身对工程专业不见得了解深入等客观因素都制约着基础力学课程与后续专业课程的有机衔接和融合,学生对力学概念理解不够准确、记忆不够深是基础力学学习较为普遍的问题。作者基于近十年的为工程力学专业和土木工程专业本科生教授材料力学/工程力学的教学实践,结合在担任学校教学督导四年的时间里在听土木、机械等工科专业的各门专业课时与学生和教师交流得到的教学一线信息,对基础力学课程教学如何服务好人才培养的目标进行了思考,并对以学生专业为导向的基础力学课程教学进行了实践和初步探索。     

用奇异函数法简化计算环板的极限荷载

本文首次将奇异函数法应用于结构的塑性极限分析,并用以计算某些环形板的极限荷载。该法的优点是概念清楚,简单易行.     

六边形桥墩柔性抗船撞装置抗弯刚度

针对中国自主研发的桥梁柔性抗船撞装置,构建该装置模型:由两个相似的六边形梁为内外钢围以及均布且垂直于六边形各边的防撞圈构成。分析该模型得到在冲击载荷作用下六边形梁的控制方程及相应的初边值条件。利用Laplace变换和数值Laplace逆变换对该方程进行求解,揭示六边形梁在冲击载荷作用下的动态响应。并进一步分析外钢围等效抗弯刚度对抗船撞装置动态响应的影响,发现外刚围结构在冲击载荷作用下存在临界等效抗弯刚度。当外钢围等效抗弯刚度达到该临界值后,该外钢围在冲击载荷作用下可以近似为刚性。