土木工程力学（第三版）教案 10-材料在拉伸和压缩时的力学性能

西安铁路职业技术学院教师课时授课计划课程名称《工程力学-土木》授课学时2学时授课班级铁道工程技术（高职一年级）班级人数XX授课地点XX授课形式线上线下混合教学教学课题3.4材料在拉伸和压缩时的力学性能教材资源选用教材：“十二五”国家规划教材《土木工程力学（第三版）》高等教育出版社，王秀丽主编，2024年出版。参考教材：《工程力学》王建中主编人民交通出版社，2011年出版。教学目标知识目标掌握低碳钢拉伸试验四个阶段的特点和应力极限值；掌握材料力学性能指标；掌握材料压缩时的变形特点。能力目标能判断低碳钢拉伸不同阶段的材料特性；能完成材料的力学性能指标计算；能区分材料压缩曲线。素质目标培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；培养按规操作、严谨认真、精益求精的工匠精神。教学重点重点内容低碳钢拉伸试验四个阶段的特点和应力极限值突破措施动画演示引发兴趣通过动画演示，引发学生兴趣，探索变形特点；视频展示加深认知通过观看试验视频，将不同阶段的特点和应力值和试验现象结合，加深学生认知。教学难点难点内容应力极限值与材料性能的对应关系突破措施案例引领讲练结合罗列不同类型钢材的参数，指出钢材的各类应力值，讲练结合加深学生熟练度。教学策略教法学法讲授法、案例引领法、问题导向法、自主探究法等。教学资源（自建）在线开放课、知到APP、智慧职教云、力学小实验、演示动画、微课、PPT、文本、图片等。教学环节教学内容课程思政融入点课前自学教师推送在线开放课中《材料在拉伸和压缩时的力学性能》的视频讲解，帮助学生预习知识。教师推送视频《苏通大桥-世界上最高强度的斜拉索》，学生分组讨论斜拉索的受力时的变形情况/v?pd=wisenatural&vid=3559415746053723010通过视频，让学生了解斜拉桥原理，增加民族自豪感和爱国主义情怀。培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。教学环节教学内容课程思政融入点课前任务回顾点评课前小组作业，查看学生斜拉索受力的理解和掌握。让学生充分进行团队合作，激发学生自主学习和分析问题的能力。教师在平台推送《GB/T228.1—2010金属材料拉伸试验（第1部分：室温试验方法）》，让学生熟悉拉伸试验的基本要求、试验步骤和数据计算方法，并分组总结试验要点。材料力学性能的概念材料的力学性能是指材料从开始受力直到最后破坏的整个过程中，在强度和变形方面表现出来的性能。代表性的试验是常温、静载下低碳钢(含碳量<0.25％)和铸铁的拉伸和压缩试验。1.标准试件和试验设备试验必须使用标准试件，其几何尺寸和受力条件都符合轴向拉伸的要求。试件两端加粗便于装夹。金属材料常用下图所示杆段为试验段，试验段的长度称为原始标距；标距内试件的直径为。国家标准规定：或。拉伸试验在万能试验机或多功能材料力学试验机上进行，可以对试验加载，可以测力，也可以自动绘制出力与变形量之间的关系曲线。2.低碳钢的拉伸试验观看《低碳钢拉伸试验》视频。万能试验机将拉力-变形量的曲线转换为应力-应变曲线。观察曲线，不同阶段，材料的应力-应变关系的规律不同。（1）弹性阶段在应力－应变曲线上OB段内，如果卸除荷载，则变形能够完全消失，即试件发生的变形是弹性变形，故称为弹性阶段。弹性阶段的应力最高值称为弹性极限，用表示，即B点处的应力值。OA部分呈直线，反应应力与应变成正比。此时（2）屈服阶段随着荷载的增加，应力超过弹性极限之后，试件除产生弹性变形外，还会产生部分塑性变形。BC段此时应力基本保持不变而应变却急剧增加，材料暂时失去了抵抗变形的能力，这种现象称为屈服。此阶段称为屈服阶段。在屈服阶段中，对应于锯齿状曲线最低点C的应力称为材料的屈服极限，用表示。例如，Q235钢的屈服极限一般取＝235MPa。（3）强化阶段经过屈服阶段以后，材料恢复了对变形的抵抗能力，要使材料继续变形，必须增大应力，这种现象称为材料的强化。这一阶段称为强化阶段。强化阶段曲线最高点D所对应的应力值称为材料的强度极限，用表示。冷作硬化。（4）颈缩阶段当应力达到强度极限后，在试件的某一局部区域内，横截面面积出现迅速收缩，这种现象称为颈缩现象。由于局部截面的收缩，试件继续变形所需拉力逐渐减小，直至在曲线的E点，试件被拉断。故DE段称为颈缩阶段。观看低碳钢拉伸试验的动画视频，观察不同阶段曲线与试件变形之间的对应关系。练习：罗列若干类型钢材的参数，指出钢材的各类应力值以及在曲线上的位置，讲练结合加深学生熟练度。3.力学性能指标（1）弹性指标弹性模量E——反映材料抵抗拉压弹性变形的能力；切变模量G——反映材料抵抗剪切弹性变形的能力；泊松比μ——材料单向拉伸和压缩弹性变形时横向线应变与纵向线应变的比值。（2）塑性指标：断后伸长率A、断面收缩率ZA＞5的材料为塑性材料；A＜5的材料为脆性材料。思考：常见材料里哪些是脆性材料，哪些是塑性材料。通过国标的学习培养学生按规操作、严谨认真、精益求精、团队协作的工匠精神。通过标准试件的选择，引导学生树立工程标准和严谨的重要性；通过观看视频，帮助学生树立工程试验需规范操作、精益求精的要求。弹性阶段的变形，反应能屈能伸的人生哲理，学会调整心态，泰然面对。以实际工程上用的钢的牌号，来培养学生善于总结、对比的能力。思考题：生活常识与本节知识融会贯通，巩固知识点。材料在压缩时的力学性能金属材料压缩试验用圆柱形试样，试样的高度为直径的1~3倍。1.低碳钢的压缩试验低碳钢压缩时的比例极限、屈服极限与弹性模量与拉伸时基本相同。屈服阶段后，试件出现显著的塑性变形，试件越压越扁，不会被压裂，无法得到强度极限。适用于抗拉结构。2.铸铁的压缩试验铸铁试件破裂时呈鼓状，断口与轴线约成35°。适用于抗压结构。观看《金属的压缩试验》视频，加深理解认识。思考：低碳钢和铸铁的用途。根据本材料的拉伸和压缩时的力学性能，思考各自的适用场合，培养学生学以致用、勤加思考的能力。引导学生总结本节课内容，加深学生对本次课重点内容的理解与掌握。材料在拉伸时的力学性能（1）标准试件和试验设备；（2）低碳钢拉伸试验；弹性阶段（比例极限）、屈服阶段（屈服极限）、强化阶段（抗拉强度）、局部变形阶段（3）材料的力学性能指标：弹性指标、塑性指标。2.材料在压缩时的力学性能引导学生总结本节课内容，并引导学生树立民族自豪感和爱国主义精神。同时强调学生应具备团队协作、按规操作、严谨认真、精益求精的工匠精