2.1 轴向拉伸与压缩计算（教案）-《机械基础》同步精品课堂（高教版·第2版）

《机械基础》教案 详 细 教 案 一、设计摘要 课程课题 任务2.1 轴向拉伸与压缩计算 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 轴向拉伸与压缩计算是材料力学的基础内容，学生在学习这部分时通常已经掌握了力的基本概念和计算方法。然而，对于弹性模量、屈服强度等物理量的理解可能不够深入。学生在应用胡克定律进行计算时，可能会忽视泊松比对横截面面积变化的影响。此外，学生可能会在应力单位换算上遇到难题 背景分析 在机械基础引言课程中，我们首先探讨了机械工程的重要性及其在现代社会中的应用。机械工程是工程学科的基石之一，它涉及到设计、分析、制造和维护各种机械系统和产品。随着科技的不断进步，机械工程领域也在不断扩展，涵盖了从传统的汽车、飞机制造到现代的机器人技术、纳米技术等多个方向。 本课程旨在为学生提供一个坚实的理论基础，使他们能够理解机械系统的工作原理，并具备分析和设计机械组件的能力。通过学习机械基础，学生将掌握机械设计、材料选择、机构分析和机械制造等方面的知识，为未来的工程实践打下坚实的基础。此外，课程还将强调创新思维和解决复杂工程问题的能力，以适应不断变化的工业需求和技术挑战。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 结合机械基础课程内容特点，认识到加入工匠精神、职业道德、节能减排是当下亟需解决的问题，培养学生关注国家时事，让自己成为国家栋梁之材。 了解机械零件的承载能力及其基本要求。 理解直杆轴向拉伸与压缩的概念，会计算内力、应力。 了解低碳钢、铸铁拉伸和压缩时的力学性能及其应用。 了解直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算。 学习任务 描述 了解机械零件的承载能力及其基本要求。 理解直杆轴向拉伸与压缩的概念，会计算内力、应力。 了解低碳钢、铸铁拉伸和压缩时的力学性能及其应用。 了解直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算。 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 了解机械零件的承载能力及其基本要求。 理解直杆轴向拉伸与压缩的概念，会计算内力、应力。 教学难点 了解低碳钢、铸铁拉伸和压缩时的力学性能及其应用。 了解直杆轴向拉伸和压缩时的强度计算。 教学难点突破方法 对于复杂的概念，使用图解、动画或实物模型来帮助学生直观理解。例如，通过3D模型展示复杂机构的运动方式。鼓励学生提问和讨论，通过小组讨论或辩论的形式，让学生积极参与，共同解决问题。提供额外的学习材料，如阅读材料、视频讲座、在线课程等，供学生课后复习和深入学习。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、 自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《机械基础》，主编：车世明，2024年4月第2版；高等教育出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 如图所示，电动机的上方安装一吊环螺钉，用于电动机的起吊。 一个总重G=800N 的电动机，采用M8 吊环螺钉(螺纹大径为φ8 mm, 小径为φ6.4 mm, 螺纹根部退刀槽直径 φ6mm),螺钉材料为Q235 钢，许用应力[o]=40MPa。用此螺钉起吊电动机是否安全(校核吊环螺钉的强度，不考虑圆环部分)? 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入] （3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） [探索新知] （2分钟） 一、机械零件的承载能力 机器设备和工程结构中的零件在载荷作用下必然产生变形，并可能发生断裂，为保证能正 常工作，构件应有足够的能力负担起应当承受的载荷，它应当满足以下要求： (1)强度要求在规定载荷作用下的构件不应破坏。例如，内燃机曲轴不可折断、起吊 重物的绳索不能发生断裂、储气罐不应爆裂。强度要求就是指构件应有足够的抵抗破坏的 能力。 (2)刚度要求在载荷作用下，构件即使有足够的强度，但若变形过大，仍不能正常工作。 例如，齿轮轴变形过大，将造成齿轮和轴承的不均匀磨损，引起噪声；机床主轴变形过大，将影 响加工精度。刚度要求就是指构件应有足够的抵抗变形的能力。 (3)稳定性要求有些受压力作用的细长杆，如千斤顶的螺杆，内燃机的进、排气阀顶杆 等，应始终维持原有的直线平衡形态，保证不被压弯。稳定性就是指构件应有足够的保持原有 平衡形态的能力。 工程实际中，要在保证构件既安全又经济的前提下选用合适的材料、确定合理的截面形状 和尺寸。 当外力以不同方式作用于零件时，可以使零件产生不同的变形，杆件的基本变形形式有轴 向拉伸(或压缩)、剪切、扭转和弯曲。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） [学习新知] （14分钟） 二 、轴向拉伸与压缩 工程中有很多承受拉伸或压缩作用的零件。图2-3所示的吊车悬臂架，在载荷作用下，杆 BC 和钢丝绳BD 受到拉伸，而杆AB 受到压缩。图2-4所示的螺栓连接，当拧紧螺母时，螺栓 杆受到拉伸。 三 、内力 杆件所受其他物体的作用力都称为外力，包括载荷和约束力，如图2-6a 中 的F。 在 外 力作用下，构件产生变形，同时杆件内相邻部分之间产生 相互的作用力，称为内力，轴向拉压时内力沿轴线方 向，又称为轴力，用FN表示。 为了分析内力，可设想用一个截面将物体截开，从 而得出内力F, 并用平衡条件确定内力大小，这种方法 称为截面法，如图2-6b所示。由平衡条件可知，F=F 。 外力越大，构件的变形越大，所产生的内力也越大。外 力去除后，构件恢复原状，内力也随着消失。可见，内力 是由于外力的作用而引起的，内力随外力增大而增大。 当内力增大到一定限度时，杆件就会发生破坏。 主要讲解轴向拉伸与压缩。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT 的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 四、应力 同样的内力，作用在材料相同、横截面积不同的构件上，会产生不同的结果，工程上用应力 来衡量零件受力的强弱程度。构件在外力作用下，单位面积上的内力称为应力。轴向拉伸和 压缩时，横截面上的应力是均匀分布的，且垂直于横截面，又称为正应力，记作g, 如图2-6c所 示。 五、变形与应变的概念 如图2-7所示，对于轴向拉伸或压缩的杆件，将产生绝对变形： 拉伸时拉杆伸长，△L、ε为正值；压缩时拉杆缩短，△L、e为负值。 六、材料拉伸与压缩的力学性能 力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能，一般是通过实验来测定的。如 图2-8所示，把按照标准规定制作的拉伸试样装夹在试验机上，对试样逐渐施加拉伸载荷，同 时连续记录拉力F 和相应的伸长量△L, 直到拉断为止，根据测得数据绘出拉力-伸长曲线 (图2-9a)。 教师根据应力讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 七、许用应力与安全因数 在力的作用下，脆性材料制成的构件出现突然断裂或压溃、压扁，塑性材料制成的构件出 现塑性变形后都不能正常工作，上述现象都属于失效。所以，脆性材料的强度极限(拉伸时为 Rm,压缩时为Rme), 塑性材料的下屈服强度RL,是构件失效时的极限应力。 为保证构件有足够的强度，在载荷作用下构件的实际应力σ应低于极限应力。强度计算中，用极限应力除以大于1的安全因数n,结果称为许用应力，用[o]来表示。对于塑性材料[o]=R.In.;对于脆性材料[o]=R/nm。 安全因数n 反映了强度储备的情况，若取值过大，许用应力过低，会造成材料浪费；若取值 过小，会使构件的安全得不到保证，甚至造成事故。 教师讲解许用应力与安全因数，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结轴向拉伸与压缩。 2）、每组派出代表回答老师提问。 4）、学生分组相互评价。 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） （引入思政教育：认认真真、严谨细致的工作态度、团队合作精神） 在教授轴向拉伸与压缩计算课程时，重点是让学生理解材料在受到轴向力作用时的行为。首先，介绍了应力和应变的基本概念，强调了胡克定律在弹性范围内的适用性。随后，讲解了如何计算轴向力引起的应力和应变，以及如何应用弹性模量。课程中还讨论了屈服强度的重要性，这是材料从弹性行为过渡到塑性行为的关键点。此外，还涉及了泊松比对横截面面积变化的影响，以及如何计算杆件的轴向刚度。最后，强调了在工程设计中考虑塑性变形和应力集中的重要性，以确保结构的安全性和可靠性。通过实例和练习，学生能够将理论知识应用于实际问题，提高了他们的分析和计算能力。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作 业（13分钟） [完成作业] （13分钟） 1.什么是轴向拉伸和压缩？ 2.轴向拉伸和压缩计算中通常使用哪些物理量？ 3.胡克定律是什么？它在轴向拉伸和压缩计算中如何应用？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在教授轴向拉伸与压缩计算课程后，我意识到学生在理解理论概念与实际应用之间的联系上存在困难。为了提高他们的理解，我需要更多地结合实际工程案例来讲解理论知识。此外，我发现学生在计算过程中对公式的应用不够熟练，这表明我需要在课堂上增加更多练习题，以加强他们的计算能力。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$