同济大学精品实验项目验收报告(精)

同济高校精品试验项目验收报告 项目名称 工程力学I试验设计 院（系）主管负责人 韦林 所在院（系） 航空航天与力学学院 填表日期 2008-8-26 试验室与设备管理处 2008年7月 项目基本状况 项目名称 类型（演示型、验证性；综合性、设计性；探究性） 项目负责人 项目负责人所属 教研室（探讨室），试验室 项目负责人职称 工程力学I试验设计 综合性、设计性 李尧臣 基础力学教学探讨部 教授 院（系）主管负责人韦林 学院（系）项目建设总经费 一、 试验项目指导书 建议内容试验项目涉及的理论学问点；试验设计思想、背景；试验项目设置目的及实力培育目标；试验仪器设备功能介绍、留意事项及可开发的其他功能；试验过程设计，新思路的引导、启发；试验总结，试验现象、结果分析，探究性内容的引导和要求。 一、试验设计思想和背景 为加强素养教化，培育学生的实际动手实力和创新实力，要求学生在学习工程力学（I）课程后，自行设计和研制一个结构受力体系，并进行加载竞赛，以提高学生学习的主动性，发挥学生的创建力和想象力，加深对工程力学基础课程的理解，加强对动手实力的培育，以达到学以致用的目的。在整个课程的实施过程中，还要求同学们集思广益，发扬集体才智和团结协作的团队精神。 二、试验项目涉及的理论学问点 1. 静力学桁架部分； 2. 材料力学杆件轴向拉伸与压缩，剪切与挤压，压杆稳定。 三、试验项目设置目的及实力培育目标 1. 开发学生的创新实力和想象力。 2. 促进学问的活化，把课堂上学到的理论学问用于实践中。 3. 培育学生的动手实力。 4. 培育学生的团队精神，组织和协调的实力。 实力培育的目标是通过桁架制作活动，开发学生的创新实力和想象力，复习和巩固已学的有关学问，把所学的学问用到实践中；在模型制作和加载试验过程中培育动手实力和试验设备的操作实力；综合素养有所提高。 四、试验仪器设备功能介绍、留意事项及可开发的其他功能 设计和制作一个木桁架。为了保证加载竞赛的公正性，规定长度为l＝500mm（跨度为480mm），高度h 170mm，宽度b 100mm。制作要求为该结构所用的材料较少而受荷载较大，而且造型美观。 1. 材料与工具8mm8mm和6mm6mm正方形截面木条、木片、胶水、美工刀、砂纸。 2. 天平精度0.1g，用于称重。 3. 电子万能试验机和 P 形加载夹具最大加载实力2T，用于桁架加载。 留意事项方案探讨要充分，不要急于动手。先要在纸上按实际尺寸放样。桁架制作时留意平安，当心划破手。加载时遵守电子万能试验机操作规程，留意桁架破坏时的荷载读数和破坏位置。 可开发的其他功能从桁架制作的思路动身，可以开发用铝合金等其他材料制作的桁架试验。用铝合金制成单根桁架杆件，两端设铰，学生可以依据自己的爱好搭建不同形式的桁架，加载形式也可自行确定。测定杆件的应变，计算内力，并与理论计算结果比较。此项目已开发，作为创新试验项目，放在开放试验室中。 五、试验过程设计，新思路的引导、启发 1. 试验过程和内容 设计和制作一个木桁架。为了保证加载竞赛的公正性，规定长度为l＝500mm（跨度为480mm），高度h 170mm，宽度b 100mm。制作要求为该结构所用的材料较少而受荷载较大，而且造型美观。 桁架制作完成后，称重，在电子万能试验机上加载于桁架下弦的跨中，直到结构破坏。记录结构的重量和最大承载力。 对桁架进行力学计算，求得桁架能承受的最大荷载，并与试验结果比较。任务书中有计算所需的数据资料，“材料力学精品课程”网站上有三角形、梯形、拱形桁架的计算书可供参考。 完成试验报告。 2. 组织形式以小组为单位，3－4人为一组，自由结合，共同协作，完成任务。 3. 成果评定分优，良，中，及格，不及格5级，评定依据如下 （1）结构的最大承载力与所耗材料重量之比（比强），以大为佳。占50％。为避开结构形式的雷同，将结构分为三角形、梯形和拱形3类，它们的比强分别乘以系数1.0、1.05和1.1后再进行评定。 （2）试验结果与理论计算结果的接近程度，占10％。 （3）造型美观，占20％。 （4）试验报告完成状况，占20％。 4. 试验报告内容 （1） 设计构思与计算简图； （2） 理论计算与结果。要求算出结构能承受的最大荷载，预料结构破坏的位置； （3） 制作过程介绍； （4） 试验数据与理论计算结果的比较； （5） 加载破坏现象分析； （6） 心得体会。 要求每组独立完成报告一篇，用电子文档打印完成。 5. 时间支配 第1天动员，分发材料与工具，参观加载竞赛用的设备； 第2－4天小组探讨，构思，设计与计算； 第5－8天制作阶段； 第9天加载竞赛； 第10天完成并提交试验报告。 6. 新思路的引导、启发 最初我们的试验只是制作桁架，然后放到试验机上去压一压就了事，完全依据比强的大小排名、给分，学生收获并不大。后来我们增加了计算方面的内容，进一步又测定了木杆的临界荷载和力学性质，胶缝的抗拉和抗剪强度等，供计算运用。试验活动就变得有意思多了，过去在工程力学中学到的学问有相当一部分得到了应用。而且学生也不仅仅限于我们建议的求解方法（就是教科书中的桁架计算方法），而是把节点当作刚性节点，从网上下载了结构力学求解器，按超静定结构求解。讲解中说明白破坏形式是节点破环和上弦杆受压失稳破环，制作是很多同学们留意到了要加强节点。在最终的试验中，假如节点完好，上弦杆失稳折断，桁架的比强都是比较高的。而且很多同学还是第一次留意到，桁架的破坏是以压杆失稳的形式破坏的。 经过了几年的实践，大家都知道了三角形桁架是最具优势的。同学们为了追求高比强，都清一色地制作三角形桁架。这样，桁架形式单一、雷同，不利于发挥同学们的创建力和想象力。为了使试验活动更有收获，我们增设了评比中的美观分项目，并在比强的计算上，分别依据三角形、梯形、拱形乘以1.0、1.05、1.1的系数，使同学们对于制作梯形和拱形桁架的爱好大增，尤其是拱形桁架，由于其美观的造型和制作上的技巧而备受青睐。而且有的同学还制作了其他形式的桁架。 六、试验总结，试验现象、结果分析，探究性内容的引导和要求 1. 试验总结 本试验要求同学们每组设计、制作一个木桁架，跨度、宽度和高度都有统一规定。对桁架进行力学分析计算，最终进行加载试验，测定桁架的最大承载实力。试验结束，每小组写出试验报告一份。本次试验活动的评分将考虑四个方面（1）比强（即最大承载力与桁架质量之比），（2）计