孫先念 劉楊 姚征

摘 ? ?要：“材料力學”是工科學生的一門傳統(tǒng)的主要專業(yè)基礎課。如何在“材料力學”教學過程中既向?qū)W生講解工程結(jié)構(gòu)原理，又恰當?shù)匾胨颊?nèi)容，是目前“材料力學”教學實踐中需要探討的問題。文章基于“材料力學”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)講解復合材料結(jié)構(gòu)中的許用應變結(jié)構(gòu)原理，并將許用應變比擬為個人能力，從而實現(xiàn)了“材料力學”習題與工程結(jié)構(gòu)原理和課程思政的有機結(jié)合，為“材料力學”課程思政建設提供了有益嘗試。

關(guān)鍵詞：“材料力學”;課程思政;超靜定;許用應變

中圖分類號：G642.3 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）02-0062-02

一、前言

在我國高等學校的工科專業(yè)培養(yǎng)方案中，一般要在學生進入到二年級，學完高等數(shù)學、工程制圖、大學物理和理論力學等先修課程后，才開始向?qū)W生講授“材料力學”課程。與此前的大多數(shù)課程相比，“材料力學”是一門從理論到工程實踐的過渡課程，其知識點層出不窮，公式繁多，尤為重要的是“材料力學”的工程實踐性強。因此，“材料力學”教學工作不僅要處理好與理論力學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，使學生建立合理的工程倫理思想，為“材料力學”知識服務于工程應用奠定基礎，這是“材料力學”課程教學過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

“材料力學”是結(jié)構(gòu)工程的基礎，“材料力學”課程內(nèi)的大部分習題是通過對工程結(jié)構(gòu)進行簡化而提出的，許多習題的演算過程與結(jié)構(gòu)設計是同步的。因此，在“材料力學”教學過程中，結(jié)合習題來講解部分結(jié)構(gòu)原理是可行的。

針對“材料力學”課程特點和課程思政建設需求，本文基于“材料力學”課程中一個簡單拉壓超靜定問

題，提出通過拓展對“材料力學”習題的理解，將部分習題與結(jié)構(gòu)原理和課程思政有機結(jié)合，使學生在加深對“材料力學”理解的基礎上，全面了解結(jié)構(gòu)設計原理，并基于結(jié)構(gòu)原理來分析個人對國家建設的貢獻與作用，從而激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

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

在機械類和土木類兩類“材料力學”主要教材中[1-2]，均選取了以等邊角鋼與短木柱組成的復合結(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，教師一般會邀請學生先通過直覺判斷結(jié)構(gòu)中角鋼和木柱哪一個先發(fā)生強度破壞（或者先達到各自的許用應力）。學生選擇角鋼的相對會多一些，因為相當部分學生有預習的習慣，他（她）們會通過教師提供的課件提前知道此題目的計算結(jié)果。通過計算，可以看到角鋼先達到許用應力，在壓縮載荷施加過程中，角鋼會先于木柱發(fā)生強度破壞，也就是說此結(jié)構(gòu)的許可荷載是由角鋼來決定的。

習題演算結(jié)束時，教師會向?qū)W生們提出第二個問題，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，學生選擇的傾向性變小，能與不能兩種回答人數(shù)接近相等，說明學生此時以猜測為主。

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，壓應變也相同，先達到許用應變的材料必然先達到許用應力。因此，無論如何改變角鋼與木柱的橫截面積比，一直是角鋼先達到許用應力，這也是復合材料結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用許用應變來評價材料間協(xié)調(diào)性的根本原因。例如，在發(fā)展纖維增強復合材料結(jié)構(gòu)中的增強纖維時，就強調(diào)同時提高纖維的強度和彈性模量，以期保障纖維的許用應變，使之更好地與基體互相配合。

三、許用應變結(jié)構(gòu)原理中的“柔弱勝剛強”思想

通過上述對兩種材料許用應變與破壞順序的分析，不僅可以向?qū)W生闡明復合材料結(jié)構(gòu)中不同材料之間相互配合的許用應變結(jié)構(gòu)原理，還有利于提高學生在工程分析中的參數(shù)識別能力?；谶@部分的講解，可以進一步闡述老子提出的“柔弱勝剛強”思想，將中國傳統(tǒng)文化同工程結(jié)構(gòu)設計與分析結(jié)合起來，展開課程思政教學。

老子的《道德經(jīng)》中多處提到了“柔弱勝剛強”的思想，如第七十六章“人之生也柔弱，其死也堅強。草木之生也柔脆，其死也枯槁。故堅強者死之徒，柔弱者生之徒。是以兵強則滅，木強則折。強大處下，柔弱處上”;第七十八章“天下莫柔弱於水。而攻堅強者，莫之能勝。以其無以易之。弱之勝強。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，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）還是強度（許用應力）均遠小于鋼，即剛度“柔”強度“弱”，然而，當兩者共同承受載荷時，木材卻能晚于“剛強”的鋼材發(fā)生破壞，其原因就是木材有著更大的許用應變。材料的許用應變與人在社會中的適應能力是對應的。社會（載荷）隨著時間不斷發(fā)生變化，每個人的角色與作用（變形）也發(fā)生著相應變化。然而，如同孔子提出的“三十而立”那樣，無論世界如何變化，人必須堅持合理的核心價值觀，不會在外界的影響下而改變自己的價值觀，否則就會在外部壓力下產(chǎn)生心理上的扭曲（不可恢復變形），甚至崩潰（破壞）。因此，適應能力如同材料許用應變一樣，只有不斷提高個人的適應能力，才能更好地堅持自己的核心價值觀，才能更好地適應變化的世界（更大的彈性變形能力——許用應變）。

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，尚不清楚此次疫情何時可以完全可控。但是，在疫情面前，我們每一個人要主動適應生活上的一些改變，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)護人員比作剛強的鋼材的話，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。事實上，如果某一個人在這種情況下出現(xiàn)問題，其承擔的壓力將會傳遞到其他人身上，而且會因局部應力集中導致更多的壓力轉(zhuǎn)移到疫情一線的醫(yī)護人員。因此，每一個學生能夠認真學習，踏踏實實地實踐自己的使命與職責，無論貢獻大小，都是我國不斷發(fā)展強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”教材中的一個簡單的鋼木結(jié)構(gòu)壓縮超靜定問題，闡明復合結(jié)構(gòu)中的許用應變結(jié)構(gòu)原理，進而以比擬的方法簡要論述了材料許用應變與人的適應能力的對應關(guān)系，并與老子的“柔弱勝剛強”思想相結(jié)合，提高學生對提升個人適應能力必要性的認識，從而達到了通過材料習題講解結(jié)構(gòu)原理，并加強了學生思想修為的目的。

參考文獻：

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

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