基于有限元数值模拟技术的教材力学新策略
来源:本站原创    发布日期:2019-10-07 12:04    

数值模拟技术也称为计算机模拟。基于电子计算机的有效使用,它与有限元概念相结合。通过数值计算和图像显示,实现了工程,物理和自然问题的实现。在材料力学教学过程中,基于有限元数值模拟技术,积极创新材料力学新的教学策略,为研究课题的开发提供可靠的前提,促进材料力学教学质量的提高。

一,数值模拟技术综述

建立反映问题本质的数学模型(工程问题,物理问题等)。具体而言,是建立反映问题的各种数量和解决方案的相应条件的微分方程。没有完善的数学模型,数值模拟是不可能谈论的。建立数学模型后,要解决的问题是找到一种高效准确的计算方法。由于人类的努力,已经开发了许多数值计算方法。该计算方法不仅包括微分方程的离散化方法和求解方法,还包括体坐标的建立和边界条件的处理。一旦确定了计算方法和坐标系,就可以开始编程和计算。计算完成后,只能通过图像直观显示大量数据。因此,数字图像显示也是一项非常繁重的工作。

有限元数值模拟技术在材料力学教学中的有效应用可以与教学内容相结合进行系统分析,然后积极选择合适的数值模拟实例,向学生展示实际的结算结果,增强学生的逻辑思维能力和实践能力。应用能力。为了介绍新材料力学概念和基础理论知识,为提高材料力学教学质量提供可靠依据。为了有效提高材料力学教学质量,促进有限元数值模拟技术实际应用价值的有效应用,我们可以从以下几个方面入手:

就材料力学教学的实际情况而言,主要课程分为两个部分:课堂教学和实验教学。新课程标准对材料力学教学的实验部分提出了严格要求,涉及低碳钢和铸铁的拉伸。压缩和扭转实验。有限元数值模拟技术的有效应用提高了物理实验的有效性,加深了学生对物质变形和损伤力学现象的感知,帮助学生形成感性知识,激发学生的自我思考和自我探索意识。

例如,在“材料拉伸力学性能”的教学过程中,教师可以通过丰富的动画形式显示低碳钢试样的拉伸过程,并通过不同的颜色显示等高线图。通过多种教学方法吸引学生的注意力,充分调动学生的兴趣和积极性,鼓励学生了解和改变标本拉伸过程中的应力,准确把握材料应力变化的相位特征。特别是在有限元数值模拟技术的有效应用之后,学生很容易理解非线性材料分析模式,然后准确判断材料试件的颈缩现象。在解释圆轴扭转的应力和变形问题时,教师可以通过图示唤醒学生对材料拉伸试验和扭转实验的记忆,并根据以前的知识快速输入新的主题内容。基础。方便学生准确掌握材料力学的新知识,从而提高材料力学的教学质量。

基于有限元数值模拟技术的教材力学新策略

(2)合理利用有限元数值模拟技术激发学生的逻辑思维

基于有限元数值模拟技术的教材力学新策略

在材料力学的教学过程中往往存在许多公式定理,材料力学知识具有一定的抽象性。学生很难理解新知识。针对这种情况,教师应充分考虑学生的知识水平和综合特征,合理运用有限元数值模拟技术,通过分层教学方法,分层次提出材料力学知识的关键点和难点,容易困难。引导学生积极思考,培养学生的逻辑思维能力,最后展示数值模拟计算的结果。就物质力学教学的实际情况而言,这种教学方法有助于充分调动学生的学习积极性,增强学生的提问能力,从而引入新的物质力学知识,提高物质教学质量。力学。

例如在讲授“组合变形构件的强度问题”时,教师先向学生展示两块带槽钢板,开槽情况分别为单侧开槽和两边对称开槽。第一种情况属于弯曲与拉伸的组合变形问题,第二种情况属于轴向对称问题。课堂上教师向学生提问“哪块钢板所受的拉应力更大”,求学生讨论之后回答并说明原因,评价学生的回答情况之后教师给出数值模拟的计算结果,计算结果显示第二种情况钢板所受拉应力小于第一种情况,学生对此反应热烈。此时教师引出“弯曲-拉伸组合变形问题”,学生记忆深刻。上述导入方式有效启发了学生思维,课堂实施效果良好。

(三)通过实例导入,深化学生认知

实例式导入材料力学是解决工程实际问题的基础,部分概念性知识的内容需通过工程实例导入,为了让学生了解更多的信息,可通过数值模拟将工程实际中的力学问题展现在学生眼前。在讲授“交变应力”的基本概念时,往往会引用齿轮咬合过程的工程实例。在齿轮咬合过程中轮齿的应力从开始的零值变到最大,然后又从最大变化到脱离咬合的零值叫。笔者在课堂上演示了齿轮咬合过程中轮齿应力变化过程,帮助学生正确理解“交变应力”的概念本质。在课堂上应用数值模拟演示了类似应力集中、压杆失稳等力学现象,实践证明学生对数值模拟结果影响深刻,课堂气氛活跃。

三、结束语

总的来看,材料力学教学具有一定的复杂性和特殊性,其中涵盖较多的概念,具有一定的抽象性,并且材料力学相关理论知识具有较强的理论性,使得学生在学习材料力学相关知识时理解和掌握的难度较大,为切实提高教学质量,相关教学人员应当对有限元数值模拟技术进行科学化运用,加强材料力学教学模式的创新和教学策略的完善,帮助学生最大程度上对本专业知识进行理解和掌握,提高学生在材料力学课堂中的学习兴趣和积极性,拓宽学生的逻辑思维,深化学生认知,进而从整体上提高材料力学教学质量。