孫先念 劉楊 姚征

摘 ? ?要：“材料力學(xué)”是工科學(xué)生的一門傳統(tǒng)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課。如何在“材料力學(xué)”教學(xué)過程中既向?qū)W生講解工程結(jié)構(gòu)原理，又恰當(dāng)?shù)匾胨颊?nèi)容，是目前“材料力學(xué)”教學(xué)實(shí)踐中需要探討的問題。文章基于“材料力學(xué)”教材中普遍引用的鋼木結(jié)構(gòu)簡單拉壓超靜定問題，通過系統(tǒng)講解復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的許用應(yīng)變結(jié)構(gòu)原理，并將許用應(yīng)變比擬為個(gè)人能力，從而實(shí)現(xiàn)了“材料力學(xué)”習(xí)題與工程結(jié)構(gòu)原理和課程思政的有機(jī)結(jié)合，為“材料力學(xué)”課程思政建設(shè)提供了有益嘗試。

關(guān)鍵詞：“材料力學(xué)”;課程思政;超靜定;許用應(yīng)變

中圖分類號(hào)：G642.3 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1002-4107（2021）02-0062-02

一、前言

在我國高等學(xué)校的工科專業(yè)培養(yǎng)方案中，一般要在學(xué)生進(jìn)入到二年級(jí)，學(xué)完高等數(shù)學(xué)、工程制圖、大學(xué)物理和理論力學(xué)等先修課程后，才開始向?qū)W生講授“材料力學(xué)”課程。與此前的大多數(shù)課程相比，“材料力學(xué)”是一門從理論到工程實(shí)踐的過渡課程，其知識(shí)點(diǎn)層出不窮，公式繁多，尤為重要的是“材料力學(xué)”的工程實(shí)踐性強(qiáng)。因此，“材料力學(xué)”教學(xué)工作不僅要處理好與理論力學(xué)等先修課程的銜接關(guān)系，還要在培養(yǎng)工程思維模式的過程中，使學(xué)生建立合理的工程倫理思想，為“材料力學(xué)”知識(shí)服務(wù)于工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，這是“材料力學(xué)”課程教學(xué)過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

“材料力學(xué)”是結(jié)構(gòu)工程的基礎(chǔ)，“材料力學(xué)”課程內(nèi)的大部分習(xí)題是通過對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化而提出的，許多習(xí)題的演算過程與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是同步的。因此，在“材料力學(xué)”教學(xué)過程中，結(jié)合習(xí)題來講解部分結(jié)構(gòu)原理是可行的。

針對(duì)“材料力學(xué)”課程特點(diǎn)和課程思政建設(shè)需求，本文基于“材料力學(xué)”課程中一個(gè)簡單拉壓超靜定問

題，提出通過拓展對(duì)“材料力學(xué)”習(xí)題的理解，將部分習(xí)題與結(jié)構(gòu)原理和課程思政有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生在加深對(duì)“材料力學(xué)”理解的基礎(chǔ)上，全面了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，并基于結(jié)構(gòu)原理來分析個(gè)人對(duì)國家建設(shè)的貢獻(xiàn)與作用，從而激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

二、鋼木結(jié)構(gòu)簡單拉壓超靜定問題中的許用應(yīng)變結(jié)構(gòu)原理

在機(jī)械類和土木類兩類“材料力學(xué)”主要教材中[1-2]，均選取了以等邊角鋼與短木柱組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)承受壓縮荷載的簡單拉壓超靜定問題，具體問題表述與求解如下。

在向?qū)W生講解此題目之前，教師一般會(huì)邀請(qǐng)學(xué)生先通過直覺判斷結(jié)構(gòu)中角鋼和木柱哪一個(gè)先發(fā)生強(qiáng)度破壞（或者先達(dá)到各自的許用應(yīng)力）。學(xué)生選擇角鋼的相對(duì)會(huì)多一些，因?yàn)橄喈?dāng)部分學(xué)生有預(yù)習(xí)的習(xí)慣，他（她）們會(huì)通過教師提供的課件提前知道此題目的計(jì)算結(jié)果。通過計(jì)算，可以看到角鋼先達(dá)到許用應(yīng)力，在壓縮載荷施加過程中，角鋼會(huì)先于木柱發(fā)生強(qiáng)度破壞，也就是說此結(jié)構(gòu)的許可荷載是由角鋼來決定的。

習(xí)題演算結(jié)束時(shí)，教師會(huì)向?qū)W生們提出第二個(gè)問題，如果增加或減小角鋼的橫截面面積，能否改變此結(jié)構(gòu)中的破壞順序，使木柱先發(fā)生破壞呢？此時(shí)，學(xué)生選擇的傾向性變小，能與不能兩種回答人數(shù)接近相等，說明學(xué)生此時(shí)以猜測(cè)為主。

可以看到，由于結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)關(guān)系要求兩種材料的壓縮量相同，壓應(yīng)變也相同，先達(dá)到許用應(yīng)變的材料必然先達(dá)到許用應(yīng)力。因此，無論如何改變角鋼與木柱的橫截面積比，一直是角鋼先達(dá)到許用應(yīng)力，這也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用許用應(yīng)變來評(píng)價(jià)材料間協(xié)調(diào)性的根本原因。例如，在發(fā)展纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的增強(qiáng)纖維時(shí)，就強(qiáng)調(diào)同時(shí)提高纖維的強(qiáng)度和彈性模量，以期保障纖維的許用應(yīng)變，使之更好地與基體互相配合。

三、許用應(yīng)變結(jié)構(gòu)原理中的“柔弱勝剛強(qiáng)”思想

通過上述對(duì)兩種材料許用應(yīng)變與破壞順序的分析，不僅可以向?qū)W生闡明復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中不同材料之間相互配合的許用應(yīng)變結(jié)構(gòu)原理，還有利于提高學(xué)生在工程分析中的參數(shù)識(shí)別能力?；谶@部分的講解，可以進(jìn)一步闡述老子提出的“柔弱勝剛強(qiáng)”思想，將中國傳統(tǒng)文化同工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析結(jié)合起來，展開課程思政教學(xué)。

老子的《道德經(jīng)》中多處提到了“柔弱勝剛強(qiáng)”的思想，如第七十六章“人之生也柔弱，其死也堅(jiān)強(qiáng)。草木之生也柔脆，其死也枯槁。故堅(jiān)強(qiáng)者死之徒，柔弱者生之徒。是以兵強(qiáng)則滅，木強(qiáng)則折。強(qiáng)大處下，柔弱處上”;第七十八章“天下莫柔弱於水。而攻堅(jiān)強(qiáng)者，莫之能勝。以其無以易之。弱之勝強(qiáng)。柔之勝剛。天下莫不知莫能行”。明確提出這一思想則在第四十三章“將欲歙之，必固張之;將欲弱之，必固強(qiáng)之;將欲廢之，必固興之;將欲奪之，必固予之。是謂微明。柔弱勝剛強(qiáng)，魚不可脫于淵，國之利器不可以示人”。

木材無論是剛度（彈性模量）還是強(qiáng)度（許用應(yīng)力）均遠(yuǎn)小于鋼，即剛度“柔”強(qiáng)度“弱”，然而，當(dāng)兩者共同承受載荷時(shí)，木材卻能晚于“剛強(qiáng)”的鋼材發(fā)生破壞，其原因就是木材有著更大的許用應(yīng)變。材料的許用應(yīng)變與人在社會(huì)中的適應(yīng)能力是對(duì)應(yīng)的。社會(huì)（載荷）隨著時(shí)間不斷發(fā)生變化，每個(gè)人的角色與作用（變形）也發(fā)生著相應(yīng)變化。然而，如同孔子提出的“三十而立”那樣，無論世界如何變化，人必須堅(jiān)持合理的核心價(jià)值觀，不會(huì)在外界的影響下而改變自己的價(jià)值觀，否則就會(huì)在外部壓力下產(chǎn)生心理上的扭曲（不可恢復(fù)變形），甚至崩潰（破壞）。因此，適應(yīng)能力如同材料許用應(yīng)變一樣，只有不斷提高個(gè)人的適應(yīng)能力，才能更好地堅(jiān)持自己的核心價(jià)值觀，才能更好地適應(yīng)變化的世界（更大的彈性變形能力——許用應(yīng)變）。

自2020年初COVID-19疫情爆發(fā)以來，全世界人民承受了巨大的壓力。截止本文撰稿時(shí)，尚不清楚此次疫情何時(shí)可以完全可控。但是，在疫情面前，我們每一個(gè)人要主動(dòng)適應(yīng)生活上的一些改變，才能盡快迎來戰(zhàn)勝疫情的那一天。如果把工作在疫情一線的英雄醫(yī)護(hù)人員比作剛強(qiáng)的鋼材的話，大多數(shù)的非一線人群則是柔弱的木材。只要我們做好自己的本職工作，保證承受較小壓力的木材不出現(xiàn)問題，就能有力地保障承受大部分載荷的鋼材解決問題。事實(shí)上，如果某一個(gè)人在這種情況下出現(xiàn)問題，其承擔(dān)的壓力將會(huì)傳遞到其他人身上，而且會(huì)因局部應(yīng)力集中導(dǎo)致更多的壓力轉(zhuǎn)移到疫情一線的醫(yī)護(hù)人員。因此，每一個(gè)學(xué)生能夠認(rèn)真學(xué)習(xí)，踏踏實(shí)實(shí)地實(shí)踐自己的使命與職責(zé)，無論貢獻(xiàn)大小，都是我國不斷發(fā)展強(qiáng)大過程中不可或缺的一部分。

四、結(jié)論

本文通過分析“材料力學(xué)”教材中的一個(gè)簡單的鋼木結(jié)構(gòu)壓縮超靜定問題，闡明復(fù)合結(jié)構(gòu)中的許用應(yīng)變結(jié)構(gòu)原理，進(jìn)而以比擬的方法簡要論述了材料許用應(yīng)變與人的適應(yīng)能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并與老子的“柔弱勝剛強(qiáng)”思想相結(jié)合，提高學(xué)生對(duì)提升個(gè)人適應(yīng)能力必要性的認(rèn)識(shí)，從而達(dá)到了通過材料習(xí)題講解結(jié)構(gòu)原理，并加強(qiáng)了學(xué)生思想修為的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉鴻文.材料力學(xué)（I）[M].第5版.北京：高等教育出版社，? ? 2011：43-45.

[2]孫訓(xùn)方，方孝淑，關(guān)來泰.材料力學(xué)（I）[M].第6版.北京：高等? ? 教育出版社，2019：184-188.