文档介绍：第誊第期淮北职业技术学院学报..
年月.
软件在材料力学教学中的应用研究
李顺才,王学峰,杨闯
徐州师范大学机电工程学院,江苏徐州
摘要:是目前应用最为广泛的有限元计算程序之一。在材料力学的教学中引入软件,既可以扩展
学生的知识面,又可以利用该软件强大的应力及变形分析功能、形象而直观的图形显示特点,加深学生对基本概
念、原理及力学现象的理解,掌握四种基本变形下的应力场及变形场的分布规律。以开孔板件应力集中系数的计
算、圣雏南原理、矩形截面杆件扭转翘曲变形等课题为例,阐述了软件在材料力学教学中的优势。
关键词:;材料力学教学;应力集中系数;圣维南原理;扭转翘曲;数值模拟
中图分类号:. 文献标识码: 文章编号:——
引言
程序是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的
大型通用有限元分析软件,可广泛用于航空航天、机械制
造、能源、汽车交通、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、
水利、日用家电等一般工业及科学研究。软件
包括个部分:前处理模块、分析计算模块和后处理模块,
其中后处理模块的功能在材料力学的教学中大有用武
之地。
材料力学的教学中涉及到一些概念及原理的理解与
应用,如应力集中、圣维南原理、非圆截面杆件的扭转翘曲
现象等,对这些概念及原理的理解,如果只通过理论教学,
应该说是比较抽象的,而在教学中如果能以图形的方式引
入对这些问题的分析计算结果,则可起到事半功
倍的教学效果。下面通过一些简单的实例来说明。
应力集中问题及理论应力集中系数的计算图开孔大板受力及结构示意图
应力集中是指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生
突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。应力集中为了加深学生对分析问题过程的了解,可给
的程度常用数值大于的理论应力集中系数来度量。出模型的网格单元图、载荷示意图、变形示意图、节点应力
等值线云图,如图。利用找出应力最大的截面即
———
危险截面,并计算该截面上的平均应力,由公式即可求
其中⋯是发生应力集中的截面上的最大应力,为同出开孔薄板在不同孑径时的应力集中系数,如表所示。
一截面上的平均应力。可知孔径越大,板内的最大应力及最大变形都显著增大。
但教材上一般只提及影响应力集中的因素,如轴类零应力集中系数由—
件上的切口、切槽、螺纹、轴肩等,而没有具体给出各种影.。通过以上具体的图形及数值分析,可以加深学生对
响因素下的应力集中系数,学生对应力集中的程度还是应力集中问题的理解。
不能有更多更深刻的感性认识。教师可以结合关圣维南原理
于应力集中问题的分析计算结果进行补充讲课。下面以圣维南原理指的是,作用于弹性体上某一局部区域
图所示的受拉开孔大板为例,给出三种不同的孔径内的外力系可以用与它静力等效的外力系来代替。经过
分别等于, ,对板中最大应力及应力集中系数这种代替,只对原力系作用区域附近有显著的影响,但对
的影响,图中一,薄板厚一.,材料弹模一较远处例如在距离略大于外力分布区域处,其影响即可
.ד,泊松比为.,图中标注的尺寸单位为。不计。为加深学生的理解和记忆,可举边界分别在一
对集中力及静力等效的两对集中力作用下的矩形薄板为
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