材料力学实验的体验与

摘 要：创新性实验是一项高校常用的投入少、提高快的促学、促研方式,可以起到以点带面、师生共同进步的良好作用.本人通过完成一项材料力学创新实验,与同学们共同体会到,实验的重要作用在于更加深入理解理论知识的同时,提高了实际应用的能力.

关 键 词：材料力学；材料力学实验；创新实验

我是新疆大学的一名力学教师,在多年材料力学的教学中,我深刻地体验到,材料力学实验是材料力学课程重要的、不可缺少的组成部分,是实践性教学和启发性教学的重要环节,“而材料力学在工程技术人才培养中的重要性是不可动摇的”【1】.

在2010年年底,一次难得的机缘,我带领学生去南京的东南大学,参加了由中国力学学会教育工作委员会、教育部高等学校力学教学指导委员会、力学基础课程教学指导分委员会、高等学校国家级实验教学示范中心工作委员会及力学学科组共同举办的“首届全国大学生基础力学实验竞赛”决赛,观摩了内地一流大学材料力学实验教学的规模与教学范式.那时我便感到,从诸多方面,我们新疆对材料力学实验的重视程度及财力、人力的投入和内地一流大学存在着明显的差距.同时,我也清楚地认识到,作为一名力学教师,自己付出的还远远不够.

2011年5月,我申报了一项“新疆大学本科生科研实践训练项目”,　项目名称为：《材料力学组合变形电测实验研究》,主要创新任务是在已经开设的材料力学基本实验（其中,“机测项目3个,为基本力学性能实验,即拉伸、压缩和扭转；电测实验项目1～3个,为材料弹性模量测定、梁纯弯曲下的正应力测定”【2】和等强度梁电测实验等.）的基础上,带领感兴趣的三名大三学生开展两项实验,即：1.弯曲和扭转组合变形实验,2.偏心拉伸实验.然而,在理论上看起来较为经典的实验,具体做起来却花费了我们很多的精力.但与此同时,大家却对材料力学留下了深刻的印象,并对其产生了浓厚的兴趣.

此后,我和同学们决定每周利用课余时间在力学实验室聚会一到两次,按照我们的计划完成所申报的创新性实验.首先,我们在一起将基本的拉、压、弯、扭实验重新再做一遍,包括了解和熟悉机器的基本操作和性能.在做的过程中尽量地让学生自己动手完成,认真完成实验报告.由于我们的设备是新写的几台液压式万能材料试验机和电子万能材料试验机,整个操作全是靠电脑控制,因此,编程和调试机器也成为同学们必备的功课.同学们感觉到,以前上材料力学课做过的实验就如同走马观花一样,主要是老师带着做,只是当作一项任务完成实验而已.而现在,则需要自己动手了.在实验中同学们感到,每一个细节及其先后都有其必然的道理和含义,这样,大家既开动了脑筋,又增强了动手能力.由于对于所做实验的目的和意义是站在强度理论的角度去理解的,这就使同学们有意识地注意实验结果的对比,使他们加深了理论知识的巩固与深化.

随着暑检测的来临,我给同学们布置了检测期回去后要复习的知识点和章节,包括：组合变形、强度理论、截面的几何性质（尤其是惯性矩和惯性积的转轴公式）和电测理论,这些任务是为开学后继续做我们的创新实验做准备的.开学后,我们小组总结了所要完成实验的知识点,继续完成接下的内容.实验室有一台旧的弯扭组合试验器,由于材料力学课程的压缩等原因,许多年已经没有使用了.这次把它用于实验中,先通过电测法得出了弹性模量和波松比,同学们自己小心翼翼地贴应变片和应变花,测出的结果和理论值相差最大为8%,“虽然超过了实际工程的容许误差5%”,　【3】但8%的误差中“还包括了实验装置本身、人为操作、以及应变片粘贴位置等方面的误差,”【3】基本可以满足实际工程精度的要求.贴应变片所用的各种材料都是同学们自己上街写的,这使我也体会到了集体的力量!

最后要完成的偏心拉伸实验就有些复杂了,这也是一般学校很少做的实验.实验的难度正是当初‘首届全国大学生基础力学实验竞赛’决赛时的实验题,我早在暑检测时就已经将题目让同学们带回家思考了.试样是我参加完比赛带回来的,始终完好无损.为了制订实验方案,我们讨论了几个星期.其中,涉及到了许多知识点,包括：圣维南原理、形心主惯性矩、用积分法求惯性积、半桥法测多点应变、平面弯曲的概念、应变花测主应变及主应力等.同学们感觉到大赛的艰难和压力,但也增强了自信心,对于用材料力学解决实际问题,有了进一步的认识和体会.

完成好实验报告册,然后,将实验的内容以PPT的形式简练地反映出来则是考验同学们的耐心和细心的工作.为了准备较多的素材,我们在做实验的过程中拍了一些相应的照片,将所比较的理论值与实验值尽量地用表格的形式表现出来,减少文字、图表和公式,尽力将所表达的内容清晰地展示出来.

同学们一致反映,通过近一年的创新实验,大家收获很大.“以材料拉伸压缩试验为例,课上只是对典型的塑性材料低碳钢和脆性材料铸铁做测试,一般只提供标准试件,能够测试出低碳钢弹性模量E、屈服强度σs、抗拉强度σb、延伸率δ和断后伸缩率ψ以及铸铁的抗拉压强度即可,测试要求比较简单,学生只是被动接受,很难有兴趣”【4】.以前看似书本上的大段文字,现在已经活灵活现地变成了生动的知识和经验,并且,大家也提高了解决实际问题的能力.我们小组也体会到了团队精神：只有充分发挥各自的优点互补别人的不足,才能有和谐和力量.我们小组有汉族男生、女生,还有一名维吾尔族男生,作为指导老师,我是只说不做,只是提出问题,尽量少地回答问题,只有对最后较为正确的方法和结论给予肯定.同学们各自分工,完成自己力所能及的工作,有的在现场计算,有的贴应变片,有的测量数据,大家配合得很默契.有的同学说,除了做实验以外,还学到了许多做人的道理,对自己将来的发展和规划有了更为明确的目标和方向.

我觉得,我们的创新性实验才迈出了第一步,我们和内地名牌大学的差距还很大,无论是在规模上还是水平上,还有与内地一流大学的交流机会等方面都较为落后,不是短短的几年所能赶上的.但是,只要我们尽自己的力量,在人力、物力上多投入,一定会缩小之前的差距.材料力学创新实验不仅增强了我的信心,也为同学们更好地学习材料力学课程起到了很好的示范作用.