材料力学小论文圆形薄板小挠度不同约束下的挠度计算分析 12151196 背景在材料力学课程中,第七章主要内容是梁的弯曲变形,通过对梁进行有限元 分析,导出了梁在不同约束、不同受力情况下的小挠度公式。但是在实际的工程 应用中,还有另外一种比较常见的情况——薄板的受力,书中没有讨论。本文将 就一种特殊情况,即圆形薄板受均布载荷情况下的小挠度计算分析。 建模计算分析2.1 圆形薄板的受力模型及其基本假设 查阅相关资料,并结合书本知识,先讨论均布载荷为横向轴对称的情况,并 做出如下基本变形假设: 板弯曲时其中面保持中性,即板中面内各点无伸缩和剪切变形,只有沿中面法线 变形前位于中性面法线上的各点,变形后仍位于弹性曲面的同一法线上,且法线上各点间的距离不变; 平行于中性面的各层材料互不挤压,即板内垂直于板面的正应力较小,可忽略不计。 则据此,使用有限元法可以推得受轴对称横向载荷圆形薄板小挠度弯曲微分 方程为: 为距圆心距离为r处的横向剪力,对D 其中h为圆形薄板的厚度,μ 为材料的泊松比。 2.2 圆形薄板内力计算和挠度、转角方程 将圆形薄板加上集度为q 的均布载荷,如图所示: 则由静力学平衡方程有: 对上式中的变量r连续三次积分得: 由于r=0处的w应该为有限值,则应该有C2=0,最终得到: 其中C1、C3需由边界调节确定。 几种不同约束条件下的计算3.1 圆周处为固定支座 由于圆周处的约束为固定支座,不允许有挠度和转角,则有边界条件 64所以有圆周固定支座的转角、挠度方程为: 3.2圆周处为简单支座(不约束转角) 此时有约束条件: 3.3圆心处为固定或简单支座 若为固定支座,此时有约束条件: 周处为简单支座的情况下,圆周处不限制转角,这与圆心处有约束的情况相同,则用可以得到这两种圆心约束的情况下,挠度、转角方程的值与3.2 中互为相反 分析与总结4.1 受均布载荷的圆形薄板不同约束下的挠度 因为圆心的约束情况可以等效于圆周简单支座约束,所以本部分只讨论前两 种约束的挠度。 固定支座时,最大挠度在中心,为: 64简单支座时,最大挠度在中心,为: 644.2 结果分析 可见固定支座时的最大挠度要小于简单支座时的情况,所以若要减小变形,应采用固定支座的约束形式,工程中一般使用的都是介于固定和简 单之间的约束。 在板材的材料和载荷都确定的情况下,减小半径和增加板的厚度都能够减小挠度,从而减小变形。 4.3 总结 本文通过查阅相关文献得到受均布载荷圆形薄板挠度的相关计算公式,再应 用到两种简单的约束条件下,得到了挠度的计算公式。但是由于模型约束强度选 取不同,简单支座的挠度计算公式与资料中的结果有差别,但误差并不大,在一 定范围内可以得到好的结论。
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钢板材包装木托架的承 载研究和结构优化
目前我国钢产量早已 跃居世界第一位,钢铁企业的工艺和装备水平也已走在世界前列,但钢铁企业对于钢材 的包装技术,基本停留在经验阶段 ,远落后于先进的钢铁生产 制造工艺,从而造成了不必要的资源浪费和安全隐患。 其中薄钢板材在储运过 程中,承载作用 的木托架常有破坏事故发生,给生产使用造成了巨大的安全隐患。本文通过木材的试验和木托架的承载受力情况分析对规范木托架的包装形式提供一定的理 论依据。木托架是 作为钢板材单元负荷用于集装、堆放、搬运和运输的水平平台装置, 它是一 种由纵木和横木联接构成的简易装置。本 文分别通过对常用木材的物理性能分析;木托架承载 性能分析和有限元 分析;对木托架结 构设计进行初探。主要采用足尺寸试样的试验方法对常用木材进 行力学性能试验,确定不同木材的抗弯性能和抗压性能,为不同运输环境选择合适 的木材提供了数据支持。基 于薄钢板材对木托架的合理设计 要求,分析了流通环境中木托架的具体工况 ,采用相 应的工程力学理论,进行典型工况下 木托架的承载分析,建立相应的力学模型。根据力学模型对木 托架的尺寸和结构 进行了优化,初步获得 了兼顾木托架承载性能与成本的设计方法,对木 托架的设计和生产提供了力学分析的初步依据。采用ANSYS有限元分析软件对薄钢板包装用木托 架在吊运工况下的受 力和变形情况进行分析,对典型工况下的木托架进行了承载分析和有限元仿 真。根据理论分析,确定木材为正交异 性的材料,通过承载分析建立了木托架在堆码和吊运工况 下的力学模型 ;通过有限元仿真进一步对承载分析进行验证,并确定不同木托架在吊运时的结构稳定性。在吊 运工况下同等尺寸外伸梁木 托架比田字型木托架结构更稳定,增加横梁的数量可以增加木托架的结构稳定性。对木托架的吊运位置 选取进行了初步分析。本文对木托架的设计和生产应用提供了理论上的 依据。本文对用于钢板 材包装的木托架进行了受力分析及有限元仿真,并对木托架常用木材 的力学性能进行了试验,最 对木托架的结构进行优化。由于木托架的约束理论简化与实际 情况存在一定程度误差,加之 材料力学相对于木材力学分析的局限性,在模型的 建立和有限元的仿真过程中,都对木托架的实际承载情况作了近似的处理和简化, 还需要作 进一步的理论和实验研究 以及实践应用
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(1)联系工作实际
选题要结合我国行政管理实践(特别是自身工作实际),提倡选择应用性较强的课题,特别鼓励结合当前社会实践亟待解决的实际问题进行研究。建议立足于本地甚至是本单位的工作进行选题。选题时可以考虑选些与自己工作有关的论题,将理论与实践紧密结合起来,使自己的实践工作经验上升为理论,或者以自己通过大学学习所掌握到的理论去分析和解决一些引起实际工作问题。
(2)选题适当
所谓选题要适当,就是指如何掌握好论题的广度与深度。选题要适当包括有两层意思:
一是题目的大小要适当。题目的大小,也就是论题涉及内容的广度。确定题目的大小,要根据自己的写作能力而定。如果题目过大,为了论证好选题,需要组织的内容多,重点不易把握,论述难以深入,加上写作时间有限,最后会因力不胜任,难以完成,导致中途流产或者失败。相反,题目太小了,轻而易举,不费功夫,这样又往往反映不出学员通过几年大学阶段学习所掌握的知识水平,也失去从中锻炼和提高写作能力的机会,同时由于题目较小,难以展开论述,在字数上很难达到规定字数要求。此外,论文题目过小也不利于论文写作,结果为了凑字数,结尾部分东拼西凑,结构十分混乱。
二题目的难易程度要适当。题目的难易程度,也就是论题涉及的深度。确定题目的难易,也要根据自己的写作能力而定,量力而为。题目难度过大,学员除了知识结构、时间和精力的限制外,资料搜集方面也有局限。这样,就会带来一些意想不到的困难,致使论文写了一半就写不下去了,中途要求另选题目。所以,在这个问题上的正确态度应该是:既不要脱离实际,好高骛远,去选一些自己不可能写好的论题;又不能贪图轻便,降低要求,去写一些随手可得的论题。
(3)选题要新意
所谓要有新意,就是要从自己已经掌握的理论知识出发,在研究前人研究成果的基础上,善于发现新问题,敢于提出前人没有提出过的,或者虽已提出来,但尚未得到定论或者未完全解决的问题。只要自己的论文观点正确鲜明,材料真实充分,论证深刻有力,也可能填补我国理论界对某些方面研究的空白,或者对以前有关学说的不足进行补充、深化和修正。这样,也就使论文具有新意,具有独创性。
综上所述,智能材料在土木工程中的应用弥补了传统建筑结构适应环境能力弱的缺点,将建筑结构需要人为检测转向建筑结构带自我检测、调整和适应功能。下面是我为大家整理的土木工程材料论文,供大家参考。
摘要:
通过学习“土木工程材料”课程,应该使学生既学到了知识,又锻炼了能力、开阔了视野;既掌握了本课程的知识,又为其他专业课的学习打下了良好的基础。因此,搞好“土木工程材料”的教学,意义十分重大。
关键词:土木工程;材料
一、课堂教学
(一)突出重点
“土木工程材料”较多的课程内容,在有限的学时内不可能全部讲解,应根据专业性质,分清主次,突出重点。以程云虹等主编的《土木工程材料》[1]为例,课堂重点讲解的内容是:绪论,第一章(土木工程材料的基本性质),第二章(无机胶凝材料),第三章(水泥混凝土),第四章(砂浆),第六章(土木工程用钢),第七章(沥青及沥青混合料)。通过绪论的学习,学生对土木工程材料有一个梗概的认识,对“土木工程材料”这门课程有一个大致的了解;第一章让学生了解土木工程材料基本性质,包括物理性质、力学性质及耐久性能等,同时了解材料科学的基本理论,即材料的组成、结构和构造及其与材料性质之间的关系;第二章、第三章、第四章、第六章及第七章分别讲解工程中最常用的几种土木工程材料的性质及应用。而第五章(砌筑材料)、第八章(木材)、第九章(合成高分子材料)及第十章(建筑功能材料)作为学生自主学习的内容,但教师应适时引导和鼓励学生在自主学习过程中积极思考并勇于提出问题。课堂教学中,把重点讲解的内容讲深讲透,让学生扎扎实实地掌握,做到学有所获;避免面面俱到,不求甚解。而且,有了重点讲解的内容作为基础,学生自主学习其他章节才不会感到困难。突出重点的课堂讲解与学生的自主学习有机结合,既有利于学生掌握系统的理论知识,又给予了学生自主学习的空间,有益于培养学生的质疑精神和解决实际问题的能力,发展学生的想象力和探索意识。
(二)科学讲解
“土木工程材料”课程的内容比较松散,讲解时容易产生平铺直叙的感觉,甚至索然无味;如能精心安排、科学讲解,效果会大不一样。比如,通用硅酸盐水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥,如果按照教材一种水泥接着一种水泥地讲,学生学起来会感到重复、堆砌、凌乱,甚至不知所云。因此,对于这部分内容要进行科学整合,重点把硅酸盐水泥的矿物组成、水化及凝结硬化过程、技术性质等等讲解透彻;而在介绍掺混合材料的硅酸盐水泥时,抓住活性混合材料的潜在活性及掺活性混合材料水泥的二次水化反应,然后用对比的方法给出各种水泥的共性和个性,这样内容紧凑了,脉络清楚了,学生掌握起来也就轻松了。了解了技术性质的异同点,进一步掌握各种水泥的工程应用就会很容易。再比如,在现代水泥混凝土技术中,外加剂已经成为水泥混凝土的一个重要组成成分,因此,为了内容的系统和完整,一般教材(如文献)都将“外加剂”放在“普通混凝土的组成材料”中来介绍。但外加剂是用来改善混凝土性能的,如果不了解混凝土的性能,很难深入理解外加剂的作用,因此,在讲授时,应作适当调整,把“外加剂”放到“混凝土拌和物的主要性能”和“硬化混凝土主要性能”的后面来讲,这样会更加方便学生对相关课程内容的理解和记忆。总之,科学地组织和讲解课程内容,对于做好“土木工程材料”课堂教学起到事半功倍的作用。
(三)理论联系实际
首先,从最熟悉的生活实际出发。土木工程材料与实际生活密切相关,其实,每个人在实际生活中都积累了很多相关经验,只是由于不具备专业知识,而不知道其中的道理。比如,某一水泥砂浆地面破损了,用水泥砂浆修补以后,需要浇水覆盖一段时间。相信很多人都见过这种做法,但不一定每个人都知道这是为什么。在讲解水泥的水化、凝结及硬化过程时,提到这一现象,学生一定会恍然大悟,原来这就是养护,并及时让学生了解养护需要一定的温度、湿度及时间。这样,把学生来自于生活的直接经验与书本上的理论知识结合起来,消除学生对课程的陌生感,激发了学生的学习兴趣。其次,大量列举工程实例。典型的工程实例是理解和消化理论知识的最有效方法,注重材料的工程应用背景,避免脱离工程孤立地讲解材料。比如,在讲到混凝土耐久性问题时,实例之一:北京三元立交桥桥墩,建成后不到两年,个别地方发生“人字形”裂纹,经分析认为主要原因是发生了碱-骨料反应;实例之二:乌克兰境内的切尔诺贝利核电站,由于钢筋混凝土结构的泄漏,造成大面积放射性污染,生态环境遭到严重破坏等。另外,还可以用数字来说明,“在工业发达国家,建筑工业总投资的40%以上用于现存结构的修理和维护,60%以下用于新的设施”。通过大量实例,使学生认识到混凝土耐久性的重要性,了解到很多混凝土结构的过早破坏不是由于强度不足,而是由于耐久性不足。最后,重视实验教学。实验课是“土木工程材料”课程的一个十分重要的教学环节,实验教学是课堂教学的一个很好的补充。实验课上,学生对从书本上学到的材料有了直观的认识,对材料的性能进一步了解,在自己动手做实验过程中,提高应用材料的能力。同时,通过实验验证基本理论,学习实验方法,培养科学研究的能力和严谨的科学态度。
(四)关注学科新进展
教材是教学的依据和根本,但教材的更新需要时间,而土木工程材料的发展非常迅速,因此,在教学过程中,应密切关注土木工程材料研究和工程应用的最新进展,并适时补充到教学中。同时,随着新材料及新技术的不断问世,有关材料的质量标准及相关设计和施工的规范也会随之更新,亦应将这部分内容及时补充到教学中。这样,有利于学生及时了解学科发展动态,拓宽专业视野,培养创新意识,激发探索精神,提高学生的工程素质及工程意识
二、课后作业
课后作业对课堂教学起到很好的巩固和补充作用。通过课后作业,学生能够更好地消化和理解课堂上学到的内容,并能对所学内容活学活用。本课程中,一部分课后作业来自于教材每章后面的复习思考题,需要教师紧扣课堂教学的重点和难点,从中精选,比如,混凝土骨料颗粒级配,普通混凝土配合比设计等。教师要对作业认真批改,并总结,使学生不是为了做作业而做作业,而是做到真正掌握。另一部分课后作业是综合性、讨论性的。比如,程云虹等主编的《土木工程材料》中的“开放讨论”部分,这部分内容具有一定的前瞻性,可以引导和启发学生做一些探索性的工作。即让学生从中选择自己感兴趣的内容,并围绕这一内容查阅文献,深度思考,自由讨论。拓宽了学生的视野,培养了学生科学研究的意识。
三、结束语
通过学习“土木工程材料”课程,应该使学生既学到了知识,又锻炼了能力、开阔了视野;既掌握了本课程的知识,又为其他专业课的学习打下了良好的基础。因此,搞好“土木工程材料”的教学,意义十分重大。
参考文献
1、国际大型土木工程承包项目投标风险定量评估刘睿天津大学2003-06-0155
2、土木工程中锚杆支护机理研究现状与展望贾颖绚,宋宏伟岩土工程界2003-08-3053
摘要:
关键词:
1智能材料在土木工程中的应用
1.1光导纤维在混泥土材料的监控
光导纤维材料,是一种光通信介质,其最大优点是传输速度快、信号衰减低和并行处理能力较强,经常被用于高要求的通信传输中。光导纤维和光纤传感器在土木工程中,主要用于对混泥土固化的监控。混泥土结构最大的缺点是抗拉强度弱、内部钢筋容易被腐蚀等,在大面积浇筑过程中由于混泥土结构内部和外部温度差异而导致混泥土块体出现裂缝。这种情况下,将光纤作为传感元件埋入混泥土结构中,对结构的强度、温度、变形、裂缝、振动等可能引起混泥土结构损伤的危险因素进行检测、诊断、预报。更进一步,如果控制元件能接入信息处理系统,并引入形状记忆类金属等智能材料,形成完整的控制系统,将能实现混泥土材料的自适应功能———这正是目前智能材料结构系统在土木工程中应用的前沿课题。
1.2压电材料
压电材料一般是指在收到压力后,材料两端会出现电压的晶体材料。压电材料在土木工程中的应用主要包括对于结构的静变形控制、噪声控制和抗震抗风等领域。传统的压电材料使用方法是通过压电传感元件对结构的震动进行感知,利用传感器输出结果,从而实现对于震动的感知和预警。在此基础上,采取合适的控制算法对压电体的输入进行控制和定量,从而实现对于结构震动的控制,这是目前压电类智能材料的研究前沿。随着研究的深入和技术的进步,压电类的智能结构土木工程中的应该越来越广泛。
1.3压磁材料
压磁材料在土木工程中的应用主要包括磁流变材料和磁致伸缩材料。基于磁流变材料的原理,当磁场的强度高于临界强度时,磁流变在极短时间内从液态向固态转化。在介于固液体之间可根据磁流变液特点具有的快速、可控及可逆性质,控制流体特性实施时需要较低的能量,因此在智能结构中通常将磁流变液作为动器件的主要材料。基于这点,磁流变材料可用于高层建筑的结构中,实现对地震的半主动控制。因为潜在应用前景的广阔,使得磁致伸缩材料近年来得到很大关注。磁致伸缩材料具有强烈的磁致伸缩效应,这种材料可以在电磁和机械之间进行可逆转换,这种特性使其可以用于大功率超声器件、声纳系统、精密定位控制等很多领域。
1.4形状记忆合金
形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的智能材料。形状记忆合金的形状被改变后,在一定条件下能激发其形状记忆效应,这一过程中,材料产生高于700兆帕的回复应力及8%左右的回复应变,同时具有较强的能量传输储存能力。基于这一特性,形状记忆合金在土木工程中最大的用处是用于各种结构中来实现结构的自我诊断、增加材料的韧性和强度等、增强材料的适应控制。形状记忆合金还可以被研制成智能驱动器,用于对结构变形、裂缝和振动方面的控制。形状记忆合金具有较高相变回复力,结合该特性能够研制开展形状记忆合金被动耗能控制系统,该系统可实现相变伪弹性性能,可在土木工程结构中用于耗能抗震的被动控制。目前的土木工程实践中,通常在结构层间或底部等受地震作用较大的位置安置形状记忆合金被动耗能控制系统,用于实现耗能系统对结构的层间变形的感知,进而起到消耗地震能量的作用。
2智能材料的优点局限性
土木工程中应用的智能材料具有反馈信息、自我诊断、自我修复、自适应能能力,实践也表明,智能材料在实际土木工程中的应用使得工程结构具有高强度和耐久性等特点,同时能智能化地执行指令,能较好的适应外部环境的变化。但上述的光纤、形状记忆合金、压电和压磁等材料,本质上属于高智能复合材料,其最大的局限性在于使用成本很高,造价太贵。这一缺点,使得目前对于智能材料的应用智能局限于档次较高、标准较高的建筑工程,智能材料在普通民居建筑中的应用还遥遥无期。另外,智能材料的应用需要相应的技术和配套材料设备的配合支撑,在施工中对于施工技术和工艺的要求较高。因此,但就目前看,对智能材料的应用还不可能实现全方位的广泛普及,但是,智能材料可能是未来土木工程材料的研究和发展方向。
3结束语
综上所述,智能材料在土木工程中的应用弥补了传统建筑结构适应环境能力弱的缺点,将建筑结构需要人为检测转向建筑结构带自我检测、调整和适应功能。目前智能材料的应用还局限在少部分高要求和高标准的建筑项目,科学界对于智能材料以及相关技术和配套设备的研究,是未来智能材料能广泛应用与土木工程结构的前提和基础。
参考文献
1、土木工程专业实践性教学环节改革的思考胡秀兰;祝明桥;刘锡军;程火焰;高等建筑教育2006-03-2556
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工程力学、材料力学以及流体力学都是物理系很好的专业。
一切教学设置都离不开培养目标,按照国家教委90年代关于物理人才规格的规定,物理系培养的人才分3种规格,即物理、应用物理和物理教育。物理专业设在过去的综合大学,应用物理是在过去的工科院校的基础物理教研室的基础上建立起来的。数量比物理专业还多。物理教育则是师范院校的物理系,数量最大。从理论上讲,他们各有各的从业去向。但是由于教育事业发展很快,毕业生数量增多,又由于市场经济的导向,应该说物理系的毕业生毕业后从事物理的研究和教学工作是少数,而且正如宋菲君先生所说的将越来越少。基于这一点,90年代国家教委在10个左右的重点综合大学里建设了“理科物理人才培养基地”,“基地班”的培养方式可以各有创新,但必须给学生以比较坚实的物理基础,以保护物理学科人才的来源。虽然这些毕业生毕业后也不会都从事物理方面的工作。但是应该说这些学生的培养目标是非常明确的。
以上3个专业在教学内容上都强调普通物理,物理实验是基础。物理专业对理论物理课程也同样高要求,应用物理专业对理论物理课程要求可适当放低。这些毕业生即使以后不一定从事物理有关工作,但是按照教委“物理人才培养规格”的精神,他们还应该按照物理人才的规格进行培养,并且认为这些具有物理学科素质的毕业生,在其他专业或岗位工作,也可以不同方式发挥自己的特长,符合社会对人才的需求,所以也是符合国家的培养目标的。