基于SOLIDWORKS软件的工程力学教学改革尝试①

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》明确指出：“不断优化高等教育结构，优化学科专业、类型、层次结构，促进多学科交叉和融合。重点扩大应用型、复合型、技能型人才培养规模。”工程力学是一门面向机械、土木等众多相关专业所开设的专业基础课，与实际工程联系极为紧密。但该课理论性和实践性都很强，而且难度较大，学生学习中容易产生厌学情绪，这就要求教师在教学过程中，改变教学方法和内容，探索适用于应用型教育的改革措施，使学生掌握必要的理论知识的同时，培养学生运用力学知识去解决实际工程问题的能力。

该文以某一具体算例进行分析，主要目的是使学生掌握传统工程力学计算方法，掌握软件仿真分析操作流程，掌握对零件强度校核的方法，培养学生“自主学、主动手”的意识，锻炼学生用所学专业知识，分析问题、解决问题的能力。

1 引用例题

实际工程中，某机械产品结构件可以简化成图示圆截面阶梯杆，已知轴向载荷F1=20kN，F2=230kN；杆的直径d1=14.5mm、d2=16mm；材料为普通碳钢，屈服极限σs=220MPa，取安全因数ns=1.8，AB=BC=200mm，试校核该阶梯杆的强度。

2 理论计算

2.1 作轴力图

把AB段用截面法从中间截开，可知：FAB=20kN。

把BC段用截面法从中间截开，可知：FBC=-210kN。

图1 轴力图

2.2 强度校核

材料的许用应力：

分段进行强度校核：

AB段：

故AB段强度满足要求。

BC段：

故BC段强度不满足要求。

3 仿真分析

3.1 三维建模

首先打开soldworks 2018，然后点击【文件】中的【新建】，创建拉压_part文件并点击确定，然后点击【草图】，选择前视基准面，然后创建一个直径为14.5mm的圆，然后点击【退出草图】，之后点击【特征】中的【拉伸凸台】，拉伸长度为200mm，完成AB段轴的绘制，然后选择前视基准面，然后同样的方法创建一个直径16mm的圆，然后点击【拉伸凸台】，拉伸长度仍为200mm，方向反向，完成BC段轴的绘制。

3.2 Simulation仿真

点击【Simulation】>【新算例】>【静应力分析】>【确定】。

右单击【零件】>【应用/编辑材料】>选【普通碳钢】>【应用】>【关闭】。

右单击【网格】>【生成网格】>【确定】。

右单击【夹具】>【固定几何体】>选粗圆柱的底面，【确定】。

图2 三维建模

图3 应力分析图

右单击【外部载荷】>【力】>选细圆柱的外端面，力大小为N，【反向】>【确定】，同理在中间面，力大小为N【确定】。完成两个外加载荷。

单击【运行】,得到材料应力分析图。

4 理论计算与仿真结果对比分析

理论计算与仿真结果一致。

由于理论计算中：σ1=121.1MPa＜[σ]=122.2MPa，σ2=＞[σ]=122.2MPa，与三维软件绘制所做应力检测仿真值一样，所以理论计算与仿真结果一致。

5 结语

应用型本科院校在应用型人才培养过程中，通过以先进的教学软件为载体的方法，将多门课程融入实践教学中去，进行课程教学改革，有助于提高大学生学习积极性与创新能力、培养优秀的技术型人才，同时增强了教师的科研能力和水平，提高了办学层次。这对培养目标的实现和学校的发展都将发挥着重要而长远的作用。

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文章来源：《工程力学》 网址: http://www.gclxzz.cn/qikandaodu/2020/1224/458.html