机械设计基础1-拉压变形教案1.23

西安航空职业技术学院课程教案封皮第讲/共页20年月日教学项目构件的拉压变形内力及应力计算授课地点多媒体教室授课形式线下教学学情分析知识背景：学生前面学习了构件的受力分析，能够对构件实际工作中承受载荷分析约束。实际工程中有些构件具有足够的强度、刚度能安全可靠地工作。构件的承载能力包括强度、刚度和稳定性。学生背景：通过前期学习，能够分析构件的受力，并绘制受力图，学生建立了力、力系、力偶、力矩等的概念，但对强度、刚度等概念了解较少。本节课主要使学生了解相关概念，培养学生质量、担当意识。教学目标1.知识目标：（1）建立杆件内力、轴力的概念，熟练掌握用截面法计算轴力和绘制轴力图；（2）建立正应力、剪应力和许用应力的概念，熟记正应力、剪应力公式；（3）熟练掌握轴向拉、压时的强度条件及其应用；2.能力目标：（1）熟练运用截面法计算轴力，建立轴力方程和绘制轴力图；（2）运用正应力、剪应力公式计算拉压应力；（3）掌握轴向拉、压时的强度条件及其应用；（4）熟练掌握轴向拉、压时的胡克定律及其应用；3.素质目标通过我国古代学者熟练应用“胡克定律”的例子，它比西方科学家早一千多年，培养学生热爱祖国、尊重知识；教学重点轴力与轴力图拉压杆的应力计算教学难点及应对拉压杆的应力计算及实际应用解决策略:引入实际生活中的案例，采用教师引导，学生动手练习的方法解决难点教学资源教材、线上教学资源、PPT等教学方法讲授法、问答法、演示法、分组练习法、讨论法、项目教学法等教学反思授课教师（签字）教研室主任（签字）教学单位审查意见活动安排第一课时（一）课中内化环节一：新课导入（约20分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：1.案例越王勾践的宝剑，说明古人对材料力学的研究，2.引入相关概念

物理和静力学：运动的一般规律•

质

点：只有质量，没有大小•

刚

体：有质量，有大小，但没有变形•

变形体：有质量，有大小，有变形

质点——刚体——变形体，人类的认识深化Ø弹性变形是固体在卸载后完全消失的变形。Ø塑性变形（或残余变形）是卸载后残留下来的变形。材料力学基本概念：变形是指构件的形状尺寸发生变化。变形是指构件的形状和尺寸发生变化。1.学生听讲、根据老师的引导，回答相关问题；静力学研究对象？弹性变形的概念？塑性变形的概念？刚提的概念？1.培养学生的民族自豪感。2.培养学生将所学知识应用实际生活的能力步骤二：构件的分类（约10分钟）构件：组成机械的零件或构筑物的杆件统称为构件

构件的分类：板件和杆件

板件的分类：板和壳

杆件的分类：杆、轴梁

杆：承受轴向拉压载荷

轴：承受轴向外力偶

梁：承受横向载荷对构件的三个基本要求：p具有足够的强度

构件在外载作用下，抵抗破坏的能力p具有足够的刚度

构件在外载作用下，抵抗可恢复变形的能力。p满足稳定性要求

构件在某种外载作用下，保持其原有平衡状态的能力。材料力学的研究任务p1）研究材料的力学性能p2）研究构件的强度、刚度和稳定性等p3）合理解决安全与经济之间的矛盾案例分析：

1、河北赵州桥建于1400年前（隋朝）跨37.02米、宽9米，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，依然安然无恙。学生结合之前所学知识，分析零件的判定。学生根据老师提供的图，分析构件的失效原因赵州桥导致泰坦尼克沉没的真正原因是，设计者在设计时忽略了材料的力学性能在低温下变差的特点，使得撞船时船体上的铆钉抗剪能力不足而最终酿制惨祸。使学生能够将所学知识与实际生活结合起来；使学生了解生活工程中常见到的几种基本变形，并能结合所学合理分析步骤三：变形固体及其基本假设工程中使用的构件均由固体材料制成，当受到外力作用时，固体材料都将发生变形，这些材料统称为可变形固体。

弹性变形与塑性变形。

大多数工程材料都在其弹性范围内工作，发生弹性变形。连续性假设

假设固体的整个体积都被物质毫无空隙的充满，即物质在固体的体积内是连续的。2.均匀性假设

假设固体是由同一种均匀物质组成的，固体内各部分的力学性能相同。3.各向同性假设4.小变形假设

假设固体在外力作用下所产生的变形远远小于固体的原始尺寸。

材料力学研究连续、均匀、各向同性、满足小变形条件，且在弹性变形范围内工作的可变形固体。步骤四：几种常见的变形拉伸或压缩变形剪切挤压变形学生认真听讲、了解基本假设圆轴扭转变形梁的弯曲变形手段：PPT环节二：拉压变形外力、内力与截面法求内力（约30分钟）教师活动学生活动设计意图/手段步骤一：问题提出（5分钟）

外力：来自构件外部的力，由其他物体施加的力或由物体本身的质量引起的力。

其分类随分类标准不同而分为不同形式。

内力：由外力作用而引起的物体内部质点间相互作用力的改变量叫做内力。（物体本来存在内部作用力，外力引起了内部作用力的改变）

内力伴随着变形出现，与构件的强度、刚度等问题密切相关。学生在老师的引导下，能够区分内力、外力。清楚

内力伴随着变形出现，与构件的强度、刚度等问题密切相关。在任一截面上，内力是连续分布的分布力系，各点的方向和大小一般不相同。通常将该截面上的分布内力向截面上的某一指定坐标系简化，将简化后所得的主矢和主矩作为该截面处的内力。1.使学生明白物质世界离不开材料。启发学生观察、思考。提高梳理自己思考结果的能力，鼓励学生说出自己的想法，鼓励学生参与教学活动、提高口头表达能力。步骤二：截面法求内力（重点难点15分钟）截面法是求解内力的最普遍方法。

假设固体的整个体积都被物质毫无空隙的充满，即物质在固体的体积内是连续的。

截面法——求内力：用截面假想地把构件分成两部分，以显示并确定内力的方法求内力可归纳为四个字：截、取、代、平

1）截：欲求某一截面的内力，沿该截面将构件假想地截成两部分

2）取：取其中任意部分为研究对象，而弃去另一部分

3）代：用作用于截面上的内力，代替弃去部分对留下部分的作用力

4）平：建立留下部分的平衡条件，确定未知的内力轴力图

用x坐标表示各横截面的位置，以垂直于杆件轴线的纵坐标FN表示对应横截面上的轴力，所绘出的轴力随横截面位置变化的函数图线称为轴力图。举例，学生分析内力的计算。形成自己见解的，可以举手回答，表明看法。举例：如图4-6所示的等截面直杆，受轴向力=15KN，=10KN的作用。求出杆件1-1、2-2截面的轴力，并画出轴力图。设计意图1.提高归纳能力。2.使学生对新知充满期待，欲知权威分类方法。步骤三：正应力和切应力（约10分钟）（教学重点）教学方法：问答法、讨论法、讲授法正应力：垂直于截面的应力切应力：平行于截面的应力应力的单位：帕斯卡

Pa(N／m2

)

１MPa=106

N／m2

（兆帕）

１GPa=109

N／m2

（吉帕）1.学生通过案例分析截面上应力的计算。手段：PPT、视频、图片活动安排第二课时环节一：拉压杆的强度计算（约20分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：拉（压）杆横截面上的强度计算（教学重点）强度计算可以解决以下三类问题：（1）校核强度已知作用外力F，横截面积A和许用应力[σ]，计算出最大工作应力，检验是否满足强度准则，从而判断构件是否能够安全可靠地工作。（2）设计截面已知作用外力F，许用应力[σ]，由强度准则计算出截面面积A，即，然后根据工程要求的截面形状，设计出杆件的截面尺寸。（3）确定许可载荷已知构件的截面面积A，许用应力[σ]，由强度准则计算出构件所能承受的最大内力，即，再根据内力与外力的关系，确定出杆件允许的最大载荷值许用应力。案例分析：某机床工作台进给液压缸如图4-9所示，缸内工作液压p=2MPa，液压缸内径D=75mm，活塞杆直径d=18mm，已知活塞杆材料的=50MPa，试校核活塞杆的强度。学生独立完成，教师在学生完成过程中，给与指导。如图4-10所示的支架，在B点处受载荷G作用，杆AB、BC分别是木杆和钢杆，木杆AB的横截面面积，许用应力；钢杆BC的横截面面积，许用应力。求支架的许可载荷。引入思政话题，安全意识，明确选材料、结构设计对工件的重要性，在工作中要有责任意识环节二：拉压杆的变形（约15分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：变形与线应变等截面直杆的原长为,截面尺寸为b,在轴向外力作用下，纵向伸长到，横向缩短到。把拉（压）杆的纵向伸长（或缩短）量称为绝对变形，用表示；横向伸长（或缩短）量用表示。轴向变形横向变形拉伸时为正，为负；压缩时为负，为正。学生在老师的引导下，分析轴向线应变、横向线应变的关系，正负。绝对变形与杆件的原长有关，不能准确反映杆件的变形程度，消除掉杆长的影响，得到单位长度的变形量称为相对变形，用、′表示。或（4-4）式中，为横向变形系数或泊松比，是一个量纲为1的量.学生理解变形与应变的关系。PPT展示。环节三：胡克定律（约15分钟）教师活动学生活动设计意图步骤一：虎克定律表达式步骤二：利用虎克定律解决实际问题一阶梯形钢杆受力如图4-12所示，已知AB段和BC段横截面面积横截面面积为钢材的弹性模量，作用轴向力。试求：1）各段横截面上的应力；2）杆件的总变