《第一节：压杆稳定的概念》单元教学设计.doc

《工程力学》单元教学设计

《工程力学》单元教学设计

《水工建筑物》教学文本

5-

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《压杆稳定的概念》单元教学设计

1.教案计划表

单元名称

第十章压杆稳定

学时

1

项目名称

压杆稳定的概念

教学地点

多媒体教室

学生角色

设计辅助人员

教学目标

知识目标

技能目标

态度目标

（1）熟悉压杆的定义；

（2）熟悉压杆稳定的概念；

（3）熟悉压杆失稳的概念；

（4）了解压杆在干扰力的作用下随着压杆不断增大时压杆的变化全过程；

（5）熟悉压杆受压状态的类型；

（1）能够解释压杆稳定的实质性含义；

（2）能够说明压杆失稳的概念；

（3）根据压杆受压情况，分析出压杆受压状态的类型；

（1）做好课前预习、课后复习；

（2）能够按时上课，遵守课堂纪律，积极回答课堂问题，实现有效的互动和交流；

（3）课下同学间能对疑难问题相互讨论，能认真完成老师布置的各项任务，按时上交作业。

（4）注重提出、分析、解决问题此逻辑思维能力的培养；

（5）能勇于表达个人的观点和见解。

能力训练任务

及案例

举例生活中的结构类型，通过结构的抽象和简化，可以作为研究对象来加以联系和说明，掌握压杆、压杆失稳和压杆稳定的概念，并能够辨别压杆受压状态的类型。

教学重点、难点

重点：压杆的定义、压杆稳定和失稳的概念、压杆受压状态的类型；

难点：理解压杆在干扰力的作用下随着压杆不断增大时压杆的变化全过程；

教学方法、手段

案例法，讲练结合法，黑板、多媒体课件，动画。

教学组织过程

（1）相关知识回顾：压杆的定义。

（2）引入案例：教师用“案例法”引入工程案例，

（3）提出问题：压杆稳定问题的产生，压杆稳定和失稳的概念。

（4）教师辅导评价；教师进行全过程答疑，观察学生的完成的质量，根据逻辑的完整性进行评价。

（5）最后总结：阐明在计算过程中出现的系列问题和注意事项，进一步完善解决问题的方法。

教学条件

多媒体教学课件和配套设备，课程相关资料。

作业

基础试题（填空、选择题等）

备注

2.教学实施

【步骤l】复习巩固和引入新课

教学地点

教师任务

学生任务

教学条件

时间（分钟）

多媒体教室

学习任务引入

与教师互动回答

多媒体课件

5

【步骤2】课程介绍及知识讲授

教学地点

教师任务

学生任务

教学条件

时间（分钟）

多媒体教室

讲解本章的几个知识点

听课，获取有关知识和信息

多媒体课件

25

教学内容及要求：

为了保证杆件在各种荷载作用下能够安全正常地使用，除了需要满足强度和刚度的条件之外，还需要满足稳定性的要求，也就是说，还要使构件能够具有保持原有平衡状态的能力。由于杆件结构的稳定性计算涉及内容比较广泛，本章仅对轴向受压杆件的稳定问题进行讨论。

压杆稳定问题的提出

工程中把承受轴向压力的直杆称为压杆。当细长压杆所受的压力达到某一个特定的值时，该压杆会丧失原有的直线平衡状态发生突然弯曲，这类问题就是压杆的稳定问题。对于粗短压杆来说，只要是横截面上的应力不超过材料的容许应力，杆件就不会破坏。所以，轴向压杆稳定性问题的提出主要是针对细长压杆展开说明。

从宏观方面来看，压杆应有足够的强度是保证压杆正常工作的必要条件，但不是充分条件。许多工程实例和试验已经证明，在满足强度条件的情况下，压杆仍然可以发生破坏。如取一根宽3cm，厚1cm的矩形截面杆，材料的抗压强度。当杆较短时，杆长取3cm,对其施加轴向压力，如图10-1(a)所示，将杆压坏所需的压力为6kN；当杆长为1m时，对其施加轴向压力，如图10-1(b)所示，则不到40N的压力就会使压杆突然产生弯曲变形甚至破坏。从承载能力方面考虑，两者相差甚远。工程中把这种不能保持其原有直线状态的平衡而突然变弯的现象称为丧失稳定，简称失稳。结构中的压杆决不允许其发生突然的弯曲变形，因为这种突然的弯曲变形不但影响整个结构的几何形状和刚度的要求，而且可导致压杆本身以及整个结构的破坏。

图10-1

压杆稳定的概念

压杆的稳定实质上就是压杆能保持其原有直线平衡状态的能力。如图10-2(a)所示，结合该力学模型来进行说明，并建立压杆稳定性的概念。图示竖直放置的理想刚性直杆AB，A端为铰支，B端用常数为K（使弹簧产生单位长度变形所需的力，与弹簧材料有关）的弹簧支持。该杆在竖直荷载F作用下在竖直位置保持平衡。现在，给杆以微小侧向干扰，使杆端产生微小侧向位移，如图10-2(b)所示。这时，外力F对A点的力矩为，有使杆更加偏离竖直位置的作用，而弹簧反力对A点的力矩为，则有使杆恢复其初始竖直平衡位置的作用。如果，即，则在上述干扰解除后，杆将自动恢复至初始竖直平衡位置，说明在该荷载作用下，杆在竖直位置的平衡是稳定的。如果，即，则在干扰解除后，杆不仅不能自动返回其初始竖直位置，而且将继续偏转，说明在该荷载作用下