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课题
构件受力及变形分析(二)——构件变形分析
课时
2课时(90 min)
教学目标
知识技能目标:
(1)掌握构件基本变形的概念和特点
(2)掌握构件不同变形形式的应力分析方法及分布规律
思政育人目标:
(1)提高严谨细致的逻辑推理能力和原理分析能力
(2)培养追求真理、实事求是、勇于探究与实践的科学精神
教学重难点
教学重点:构件不同变形形式的应力分析方法及分布规律
教学难点:对构件进行变形分析
教学方法
案例分析法、问答法、讨论法、讲授法
教学用具
电脑、投影仪、多媒体课件、教材
教学设计
第1节课:课前任务→考勤(2 min)→问题导入(5 min)→传授新知(28 min)→例题讲解(10 min)
第2节课:传授新知(25 min)→任务实施(15 min)→课堂小结(3 min)→作业布置(2 min)
教学过程
主要教学内容及步骤
设计意图
第一节课
课前任务
【教师】布置课前任务,和学生负责人取得联系,组织学生下载“任务工单2.2”,并根据任务工单进行组内分工。同时,提醒同学通过APP或其他学习软件预习本节课知识,了解钢构件的承载能力及变形形式,不同受力条件下构件变形的规律及其应用,并思考以下问题:
(1)构件的承载能力包括那几个方面?杆件的基本变形形式有哪些?
(2)轴向拉伸与压缩的特点有哪些?简述轴向拉压时横截面上的应力分布规律。
(3)剪切与挤压的强度条件是什么?
(4)简述圆轴扭转和直梁弯曲时的应力分布。
【学生】完成课前任务
通过课前任务,使学生了解所学课程的重要性,增加学生的学习兴趣
考勤(2 min)
【教师】使用APP进行签到
【学生】按照老师要求签到
培养学生的组织纪律性,掌握学生的出勤情况
问题导入
(5 min)
【教师】提出以下问题:
分析图片中的受力与变形特点,解释什么是轴向拉伸与压缩?
【学生】观察、思考、举手回答
【教师】通过学生的回答引入要讲的知识
通过问题导入的方法,引导学生主动思考,激发学生的学习兴趣
传授新知(28 min)
构件的承载能力及变形形式
【教师】新知讲解
为了保证机械的正常使用,其构件必须具有承受相应载荷的能力,即承载能力。
构件的承载能力包括强度、刚度和稳定性三个方面。
强度:构件在载荷作用下抵抗破坏的能力。
刚度:构件在载荷作用下抵抗变形的能力。
稳定性:细长杆件或薄壁构件在受压时维持原有直线平衡状态的能力。
杆件的基本变形形式主要有轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、圆轴扭转和直梁弯曲等。
【学生】聆听、思考、理解
轴向拉伸与压缩
【教师】新知讲解
1.轴向拉伸与压缩的特点
受力形式:受到沿轴线方向作用的两个大小相等、方向相反的拉力或压力。
变形特点:沿轴线伸长或缩短。杆件的这种变形称为拉伸变形或压缩变形。
如图2-20所示为简易起重装置结构图,在载荷F的作用下,斜杆AC承受轴向拉力,产生拉伸变形,水平杆BC承受轴向压力,产生压缩变形。对产生拉伸与压缩变形的杆件在形状和受力方面进行简化,即可得到图2-21所示的计算简图。
图2-20简易起重装置结构图图2-21轴向拉伸与压缩计算简图
2.轴向拉压时横截面上的内力和应力
1)内力
作用于杆件上的载荷和约束力统称为外力;
杆件受外力作用时,其材料内部颗粒间产生的相互作用的抵抗力称为内力。
为了便于分析和计算杆件中的内力,可先假想用某一横截面把构件切开,分成两部分,这样杆件中的内力即可显示出来,然后利用静力平衡条件进行解算。这种方法称为截面法。
它通常包括4个步骤,可分别归纳为切、取、代、求。
切:假想用某一横截面将杆件切开而分成两部分。
取:取其中任意一部分为研究对象,弃去另一部分。
代:用该横截面的内力代替弃去部分对留下部分的作用力。
求:利用静力学中的平衡条件,列平衡方程并解算内力。
如图(a)所示为一受轴向拉伸的杆件,它在外力F的作用下处于平衡状态。为了求横截面1-1处的内力,假想沿横截面1-1将杆件切开,取左段为研究对象。由于内力均匀分布在整个横截面上,因此可用左段横截面1-1上的合内力来代替杆件右段对左段的作用力,如图(b)所示。
(a)(b)
根据平衡条件列出平衡方程
:
由此可得。
【课堂互动】
?【教师】提出问题让学生思考、讨论,并随机抽取学生回答
(1)构件内力的大小与外力大小有关系吗?
(2)构件内力的大小与材料的截面形状有关系吗?
?【学生】聆听、思考、讨论、回答
?【教师】总结学生回答
构件内力的大小与外力大小有关,与材料的截面形状无关
2)轴力
对于产生轴向拉伸或压缩变形的杆件,由于外力的作用线与杆件的轴线重合,因此内力的合力必然也与轴线重合。此时这种内力称为轴力,通常用符号表示。
【点拨】需要指出的是,轴力的正负号是由杆件的变形决定的,而不是由平衡坐标方程决定的。为了区分杆件
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