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材料力學常規實驗中存在問題及不足探究論文
摘要：本文簡要介紹了材料力學常規實驗中存在的一些問題及不足， 探索了一些解決問題的方法， 并簡要介紹自己動手改造實驗設備， 提高教學水平的心得。
關鍵詞：材料力學； 實驗； 改進；
材料力學是機電、建筑、水利等工科專業重要的基礎課之一， 它主要研究材料受力后的變形和破壞規律， 為構件選擇適當的材料， 確定合理的形狀和尺寸， 提供必要的理論基礎和計算方法， 使構件達到既安全又經濟的要求。它和實際工程聯系性強， 對于剛從中學進入大學一年多的學生來說， 有些理論和概念光靠講解很難真正理解。因此， 實驗對于學生進一步掌握和領悟所學的課堂內容有著非常重要的作用。特別是材料力學的理論是建立在將真實材料理想化， 實際構件典型化， 公式推導假設化基礎之上的， 它的結論是否正確以及能否在工程中應用， 都只有通過實驗驗證才能斷定。所以， 實驗在材料力學的教學過程中占有非常重要的位置。
常規傳統的材料力學基本實驗包括材料拉伸實驗、壓縮實驗、彈性模量的測試等。這些實驗都需要在萬能材料試驗機上進行。我們在教學中發現， 由于學生在此之前從未接觸過該類設備， 操作比較生疏， 再加上有的學生上課之前沒有好好預習， 實驗時邊看書邊操作， 即使老師講解過一遍也不熟悉， 容易出現操作故障， 實驗數據有時也不準確， 使學生對實驗產生畏難情緒， 失去對實驗的興趣。
為了克服這種現象， 我們經過探討實踐， 主要采取了以下幾個方面的措施：
一、充分發揮實驗教學的直觀性促使學生把實驗觀察到的現象和實驗結果與書本的理論和分析聯系起來， 從而加深對課堂所學的知識的理解與掌握。
如材料拉伸實驗， 學生在比較低碳鋼和鑄鐵破壞后的斷口形貌時， 往往就光是直觀的看到低碳鋼斷裂時有頸縮現象， 鑄鐵則沒有。再引導學生仔細觀察， 就會發現低碳鋼斷口四周有塑性破壞產生的小光亮斜面， 而中心部分組織較為粗糙， 并且和試件軸線幾乎是垂直的， 這主要是拉斷的。然后再讓學生討論試件的斷裂過程是怎樣的。由于斷裂發生在試件內部， 直觀上是看不到的， 只有通過對斷口形貌的分析并聯系以前學過的知識， 才能得出結論。學生積極思考， 各抒己見， 發言非常活躍。等學生分析完畢， 老師肯定其中的正確部分， 指出其中的錯誤， 然后再作一個總的總結：低碳鋼試件斷裂時， 中心部分由于頸縮現象處于三向拉伸應力狀態， 首先引起斷裂， 而當其斷開后， 邊緣部分材料繼續拉伸， 使其在受剪應力最大的截面上剪切斷裂， 而鑄鐵則沒有任何傾斜的截面， 整個斷裂面都是脆性破壞。
二、加強實驗管理， 嚴格規章制度
由于材力實驗室設備較少， 學生人數多， 分組多， 設備使用頻繁， 設備使用者不明確， 有時設備出了故障甚至是損壞， 找不出責任人， 即使找出責任人， 也要耽誤下面組的同學實驗。根據這種情況， 我們規定每組實驗的同學必須選出一個小組長， 明確由誰操作試驗機， 由誰作記錄， 誰測量變形， 誰測量作用力。每次實驗完畢進行登記， 并請老師簽字后方可離開， 培養了學生嚴格認真負責的學習態度， 而這也正是科研工作所必備的素質；同時， 實驗室工作人員在學生實驗完畢后， 抓緊時間把設備檢修、保養一遍。
三、加強實驗室設備建設， 改善教學條件， 提高教學水平
實驗教學能否高質量的進行， 很大程度上取決于實驗室的建設， 而其中的設備建設又是關鍵。設備建設不光是指購置新設備， 對老設備的更新改造也是一條有效的捷徑。
根據學校的實際情況， 我們盡量購置了一些新設備， 并針對實驗室的一臺30噸液壓式萬能試驗機進行了更新改造， 主要的改造內容有下列幾個方面：
1。指示系統的改造
由于試驗機是十多年前生產的， 數據顯示系統是度盤指針顯示， 且只能指示力值， 有三檔可調， 誤差大， 精度不高。改造后， 精度提高了一個等級， 具有四檔換位功能， 使從前試驗機沒辦法做的小量程試驗現在可以精確地進行， 并由計算機屏幕實時顯示力值， 變形值， 時間， 速度等數據， 使實驗過程一目了然。
（1） 數據處理自動化
材料的特征點 （上屈服點， 下屈服點， 最大點， 斷裂點） ， 彈性模量E， 斷面收縮率等實驗結果， 自動處理顯示， 可以輸出打印， 并可以實時屏幕顯示變形——試驗力曲線， 時間——試驗力曲線。
（2） 試樣夾持機構的改造
試樣夾持方式由人工手動夾持改為液壓自動夾持， 由于人工手動夾持在試驗初期夾持不緊， 容易造成試件滑動， 嚴重影響實驗結果， 改為液壓自動夾緊裝置后， 徹底解決了這一困繞學生多年的問題。
通過以上改造大大提高了試驗機的技術水平， 使其達到國內先進水平， 并使試驗機的精度提高了一個等級， 使實驗結果更加準確可靠， 且能大批量進行實驗， 為以后實驗室對外開放提供了良好的設備保障條件， 并節約了大量設備投資費用。更為重要的是提高了實驗教學的水平。實驗時， 先讓學生自己動手， 手工操作， 以加深對實驗原理及相關知識的理解， 然后再用計算機做一遍， 分析兩者之間結果的差異， 并找出原因及解決問題的辦法， 不僅培養了學生分析問題和解決問題的能力， 極大的調動了學生的學習積極性， 而且使學生掌握了較為先進的測試方法。
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