2.3 直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算（教案）《机械基础》（多学时）同步精品课堂（高教版·第3版）

《机械基础》（第3版）教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务2.3直杆轴向拉伸与压缩时的强度计算 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 学生已具力学基础，主要是掌握载荷与失效的概念，能识应力应变图，但对极限应力、安全系数选取及实际工况中动载、偏载转化经验不足，能够学会应力的类型、许用应力与安全系数，需通过案例强化计算载荷确定与强度条件应用。 背景分析 直杆轴向拉压是材料力学最基础受力形式，其强度计算为后续梁、轴、压杆稳定等奠定核心模型；工程设计中大量拉杆、支柱、螺栓等均需先校核此强度，因此本课定位为机械类学生必修的入门与基石。 学习目标 设定 情感目标 知识目标 能力（技能）目标 能够结合本节课所学知识，增强动手能力和解决问题的能力。 掌握载荷与失效的概念 能够学会应力的类型、许用应力与安全系数 学习任务 描述 掌握载荷与失效的概念 能够学会应力的类型、许用应力与安全系数 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 掌握载荷与失效的概念 教学难点 能够学会应力的类型、许用应力与安全系数 教学难点突破方法 能够学会基础知识并运用 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：栾学钢赵玉奇陈少斌，2024年8月第3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） 金属材料在外力作用下所表现出来的性能称为力学性能。 力学性能一般是通过试验来测定的。 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（12分钟） 一、载荷与失效 1.载荷 机械工作时，零件所承受的载荷是力(拉力、压力、切向力)或力矩(弯矩、转矩),或者是由力和力矩组成的联合载荷。大小或方向不随时间变化或变化缓慢的载荷称为静载荷，大小或方向随时间变化的载荷称为动载荷。 根据动力机的额定功率P(kW)和额定转速n(r/min)计算出的载荷称为名义载荷。机械工作时，零件实际上还要承受动载荷、偏载荷、冲击载荷等附加载荷，一般用载荷系数K来考虑这些因素的影响，K≥1。载荷系数与名义载荷的乘积称为计算载荷。 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（20分钟） 2.失效 零件丧失工作能力或达不到要求的性能时称为失效。机械零件的失效形式主要有因强度不足而断裂，过大的弹性变形或塑性变形，摩擦表面的过度磨损、打滑或过热，连接松动，压力容器和管道等的泄漏，以及运动精度达不到要求等。 主要讲失效内容。 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。 二、应力的类型 零件受载后产生应力。大小或方向不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力。 三、许用应力与安全系数 材料丧失正常工作能力时的应力称为极限应力。 教师根据应力的类型讲解。 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学习内容，突破了课程内容难点。 四、拉伸与压缩时的强度条件 根据工作条件的不同，机械零件的强度可分为静强度和疲劳强度；根据破坏部位和破坏形式的不同，机械零件的强度可分为体积强度和表面强度。 在静应力作用下的零件，其主要失效形式是塑性变形或断裂；在变应力作用下的零件，其主要失效形式是疲劳断裂。 五、应力集中与温差应力 1.应力集中 等截面直杆轴向拉伸和压缩时，横截面上的应力是均匀分布的，如图2-8所示。但是，工程实际中杆件的横截面大多是变化的，如阶梯轴，在杆件上钻孔、开槽、切口等使横截面发生变化，在这些孔、槽、轴肩的边缘，应力显著增大，如图2-15所示。这种局部应力显著增大的现象称为应力集中。 应力集中使零件破坏的危险性增加。大量工程实践表明，塑性材料具有缓和应力集中的性能，对于中、低强度钢结构件，一般不考虑应力集中对零件强度的影响；脆性材料对应力集中比较敏感。当零件受到动载荷或交变载荷作用时，不论是塑性材料还是脆性材料，应力集中对零件的强度都有影响。 2.温差应力 当温度改变时，物体就要膨胀或收缩。对于可以自由伸缩的杆件，温度的改变只会引起杆件的变形，杆件内不会产生应力。在机器、设备和建筑物中，有些杆件由于受到限制而不能自由伸缩，因此当温度改变时，杆件内部就会产生应力。这种由于温度改变而引起的应力称为温差应力或热应力。 工业生产中输送高压蒸汽的管道要设置膨胀节，以避免温度影响，如图2-16所示。在铸造、锻造及焊接生产中，由于加热、冷却不均匀，也会产生温差应力，一般通过热处理消除。 六、变应力与疲劳强度机器中有很多零件所承受的工作应力作周期性变化。 教师讲解拉伸与压缩时的强度条件，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； 图片展示更加直观的让学生感受到知识的魅力，加强学生学习的动力。 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：总结拉伸与压缩时的强度条件。 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） 本课围绕直杆轴向拉压强度计算展开：先讲载荷与失效，再引低碳钢拉伸时的力学性能，通过许用应力与安全系数、拉伸与压缩时的强度条件以及应力集中与温差应力的内容为支柱展开。 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.简述应力的类型。 2.简述载荷与失效的概念。 3.简述动载荷的概念。 板书 设计 一、载荷与失效 二、应力的类型 三、许用应力与安全系数 四、拉伸与压缩时的强度条件 五、应力集中与温差应力 六、变应力与疲劳强度 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 本节课学生对应力集中与温差应力、变应力与疲劳强度、许用应力与安全系数和应力的类型掌握程度较好，但是案例单一，下节课可以多增加拉伸与压缩时的强度条件的案例。 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 $$