结构力学实践教学建设研究与应用

摘要

随着我国土木工程事业的不断发展与成熟，高等教育土木工程专业对于结构力学的要求越来越高，这就不断促进着结构力学课程的前进与变革。为适应当前高校对于结构力学的不断革新的需求，国内很多高等学府开展了对于结构力学的深化改革。通过对于过去教学实践经验的总结和评价，结合当前对于结构力学教学的需求和实际情况，设计了结构力学实践教学平台，并编写与之对应的实验指导手册。对现存的结构力学软件进行试用评测，找到其中的优点和不足之处，以利于学生更加容易接受并熟练使用结构力学软件。通过上述行动来构建较为完善的结构力学教学新局面，支持并推进结构力学教学深入发展。本文研究主要内容有:
　　(1)设计制作了一套三角屋架形状固定式结构力学实验装置，本实验装置可以实现多种加载方式，多项结构数据的测定。通过实验完成了对于荷载作用下结构弯矩、轴力和位移的测定，使用ANSYS分析软件对此实验装置进行分析，将得到的理论值与实验值进行对比，最终完成了对多种结构力学基本概念和理论的验证，为实践教学提供了一个较为合理的实验平台。
　　(2)设计制作了一套自由组合结构力学实验装置，本装置可以根据实验需要和学生的创造力组装成不同的结构来自主设计实验。实验通过弯矩值和位移变化值的测定完成了静定梁、平面静定刚架、力法基本原理和位移法基本原理的验证工作。从四组实践实验过程来看，整体操作较为简单明了。杆件拼装和应变片粘贴等操作易于进行，适用于没有任何实验经验的本科生上手。从四组结构力学基本实验的测得数据看，实验装置基本可以满足高等教育本科生对于结构力学实验的要求，实验精度较高。本组实验的安全可靠性很高，实验过程没有较大较重的构件，很大程度上降低了造成实验中的意外受伤的可能性。本装置具有较好的实用价值，值得推广使用。
　　(3)对于现有结构力学上机软件进行评测，指出其中优点与不足，并给出指导意见，为后续需要的改进提供了建议。通过该软件计算过程可见，整体计算过程简单明了，适合用于结构力学入门学习。使用过程中在得到结果的同时，也有利于学生掌握结构和单元的各类型基本参数的定义，并指引学生的拓展练习。软件的不足之处在于几个方面，比如结构输入较为繁琐，各单元的数据只能单独输入，容易混淆弄错。输出的数据不能直接显示出内力分布图和位移变化图，可视化程度不够，存在改进的空间。最终还通过改进软件实现数据可视化输出，达到可观的使用效果。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 相关研究动态与发展前沿

1．2．1 结构力学教学方式发展

1．2．2 实验教学实践

1．3 主要存在的问题

1．4 论文的主要内容

第二章 结构力学钢桁架实验实践

2．1 引言

2．2 实验装置概况

2．2．1 实验装置设计

2．2．2 实验装置截面尺寸设计计算

2．2．3 测点布置

2．2．4 加载制度

2．3 实验结果与分析

2．3．1 轴心受压分析

2．3．2 对称荷载分析

2．3．3 桁架杆段轴力分析

2．3．4 桁架杆段截面弯矩分析

2．3．5 误差分析

2．4 结论

第三章 自由组合实验装置实验实践

3．1 实验装置设计

3．1．1 实验装置构件设计

3．1．2 加载装置

3．1．3 采集装置

3．1．4 构件尺寸验算

3．2 实验装置验证性实验

3．2．1 实验概况

3．2．2 实验数据处理与结果讨论

3．2．3 结论

3．3 自由组合实验装置实验实践

3．3．1 平面静定梁实验

3．3．2 平面静定刚架实验

3．3．3 力法实验

3．3．4 位移法实验

3．4 总结

第四章 结构力学软件上机实践

4．1 结构力学上机软件简介

4．2 平面刚架实例

4．3 上机软件改进

4．4 总结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简历

在攻读硕士学位期间发表的文章和所获奖励