基于Inspire的“拉压杆件变形”项目教学研究

孙涛

（泰山职业技术学院，山东泰安271000）

基于Inspire的“拉压杆件变形”项目教学研究

孙涛

（泰山职业技术学院，山东泰安271000）

为了提高高职院校机电专业《材料力学》课程的教学效果，提高学生的专业基础能力，文章结合“拉压杆件变形”这一实例进行讲解，运用计算机Inspire软件技术，直观生动地展现构件受力结果，并进行有效地数据分析，使传统教学模式与计算机辅助教学模式有机结合起来，极大地提高了学生的理解能力与掌握程度，同时也提高了学生的学习兴趣和热情，最终提高了学生的专业知识和技能，改善了课程的教学效果。

力学；Inspire软件技术；位移分析

《材料力学》课程是高职高专机电专业的选修课。该课程对学生的数理认知有一定的要求，而高职生本身在高中阶段数理知识掌握就不牢固，自控能力差，学习水平参差不齐。另从高职院校的人才培养目标出发，学校也不会配置大量的力学实验设备，学生也很难做足够的力学实验，从而导致了学生学习该课程兴趣非常低，课堂气氛不活跃，教学效果不佳，也影响到了后续其他科目的教学。在部分该课程的教学创新文献中，提出了用CAE计算机有限元分析软件替代力学实验的做法。如通过计算机模拟试件的受力，并计算试件的应力与变形，绘制应力图及变形曲线，将试件变形情况形象直观地表达出来，确定最小安全系数，并可对试件进行优化拓扑。通过计算机软件直观地模拟，大大提高了学生的学习兴趣，增加了学生对理论知识的把控能力。

但当下主流CAE软件项目庞大繁琐，设置参数复杂，步骤较多，针对高职学生操作有一定的难度。但这款Inspire软件界面简洁，操作方面，能够实现构件结构仿真，运动分析，优化拓扑等功能。针对高职生的学习能力而言，容易上手，从入门到熟练时间短。从“拉压杆件变形”项目这一实例来介绍Inspire软件在课堂教学中的应用。例：一木柱受力如图1所示。柱的横截面为边长200mm的正方形，材料可认为服从胡克定律，其弹性模量E=10GPa。如不计木柱的自重，试求木柱顶端A截面的位移。

图1 木柱受力示意图

1 分析A截面的位移量的构成

木柱下端固定，故顶端A截面的位移就等于全杆的总变形量。由于AB段和BC段的内力不同，但每段杆内各截面的内力相同，因此可利用别计算各段杆的变形，然后求其代数和，即为全杆的总变形。

2 用Inspire软件进行模拟分析

（1）BC段木柱的位移分析。①新建文件，用“矩形”指令创建边长为0.2m的正方形，并用“推/拉”指令形成木柱的高度1.5m，这样就完成了BC段木柱的基本建模。②用“载荷”指令对BC段木柱底面施加固定约束，对上表面施加260kN的力。如图2所示。并指定木柱的材料，软件系统中不存在“弹性模量E=10GPa”的材料参数，需用户自行创建。③用“分析”指令，进行位移分析，并显示受力变形图，同时还具有动画模拟显示功能。如图3所示，BC段木柱的最大位移是0.972mm。

图2 Inspire BC段木柱受力及分析情况

图3 BC段木柱的分析结果

（2）AB段木柱的位移分析。同理，在BC段木柱之上，建立AB段木柱。并将BC段木柱隐藏。指定AB段木柱的材料，并将下端面施加固定约束，上端面施加100kN的力。通过进行位移分析，如图4所示，BC段木柱的位移是0.3737mm。

图4 AB段木柱的分析结果

图5 木柱整体位移分析结果

（3）木柱整体分析。将AB段木柱底面的固定约束删除，对木柱BC段施加力改为160kN，然后对木柱整体进行位移分析。如图5所示，通过分析可得，木柱的最大位移量在A面，位移量为1.346mm，为两段木柱位移量之和。此分析图还能显示安全系数、屈服百分比、最大切应力等指标。

3 通过胡克定律来计算AB段与BC段的位移量

全杆的总变形为：

公式计算结果与Inspire计算结果是相符的。

综上所述，通过Inspire的教学辅助验证，通过直观地演示，不但提高了学生的学习兴趣，还培养了学生灵活应用计算机解决力学问题的能力，提高了教学质量，实现了传统教学模式和计算机辅助教学模式的完美统一。

［1］李晓靓，刘强.浅谈如何提高材料力学实验教学质量［J］.教育教学论坛，2013，（5）.

［2］赵巍.材料力学教学几点体会［J］.科技视界，2014，（33）.

［3］刘静，汪中厚.浅谈提高材料力学教学质量的几点体会［J］.科技创新导报，2014，（28）.

［4］孔七一.高职工程力学课程建设与教学改革探索［J］.高等建筑教育，2007，（16）.

［5］张春艳.材料工程基础课程建设探讨与实践［J］.重庆科技学院学报，2007，（6）.

Teaching Research on the Project of“Tension and Compression Bar Deformation”Based on Inspire

SUN Tao
（Taishan Vocational and Technical College，Taian，Shandong 271000，China）

In order to improve the teaching effect of the“material mechanics”course of mechanical and electrical major in higher vocational colleges and improve the professional basic ability of the students，the paper explains the example of“deformation of the bar and the bar”，and uses the computer Inspire software technology to show the results of component force，and effectively analyzes data，so that the traditional teaching model and computer-aided teaching model are organically combined to greatly improve the ability of students to understand and master the knowldge，which finally improves the students'interest and enthusiasm，and students'professional knowledge and skills as well as the teaching effect of the course.

mechanics；Inspire software technology；displacement analysis

TH-39

A

2095-980X（2017）03-0194-02

2017-02-14

孙涛（1976-），男，大学本科，讲师，主要研究方向：数控机械加工，UG、inspire软件应用研究及机电数控专业课程的教学工作。