基于不同梁模型的弯曲变形分析与实验教学探讨

摘要：

梁的弯曲变形是基础力学的核心内容之一,以往实验教学中的变形分析通常基于Euler-Bernoulli梁模型进行,而对工程中常见的Timoshenko梁涉及较少,这种变形模式的单一性和局限性教学无疑落后于当前力学学科人才培养的发展趋势.为了使本科生深入理解梁弯曲行为并掌握更为全面的实验技术,本文通过理论分析和模型优化,研发并搭建了一套可同时验证两种梁模型(即Euler-Bernoulli梁和Timoshenko梁)的高精度实验平台.通过位移校准和精确变形测量,验证了两种梁模型的精度和适用条件.实验发现,加载处的跨高比小于5时,实测值与Timoshenko梁的理论解非常吻合;加载处的跨高比大于5时,两种梁模型的差异可以忽略,Eul-er-Bernoulli梁模型可用于描述弯曲变形.基于该实验平台,编排设计了力学教学实验并进行了初步实践和评估,该课程阐明了剪切变形对梁弯曲变形的影响,使学生对梁模型的类型与相应假定的理解得到了加深;互动式教学和自主设计测量全方位提高了学生解决实际问题的能力.

关键词：基础力学;梁模型;悬臂梁;实验平台;教学实验

所属期刊栏目：36

分类号：G423.07;G642.0(教学理论)

资助基金：国家自然科学基金;湖北省自然科学基金

在线出版日期：2021-10-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：617-626