Undervisningsmaterial inom hållfasthetslära

Abstract

Detta kandidatarbete har inneburit design och utveckling av fysiska undervisningsmodeller inom hållfasthetslära vid Chalmers tekniska högskola. Bakgrunden till projektet är att traditionell undervisning ofta vilar på abstrakta matematiska modeller, vilket för studenter kan vara utmanande utan fysisk visualisering av komplexa mekaniska fenomen.Syftet har varit att skapa modulära system som kan underlätta studenternas intuitiva inlärningsprocess och öka förståelsen av sambandet mellan teorin och praktiken. Genom att följa det internationella ingenjörsramverket CDIO (Conceive, Design, Implement, Operate) har projektet omfattat hela utvecklingskedjan från behovsanalys till färdiga prototyper. Arbetet har resulterat i tre olika delprojekt: • Eulers knäckningsfall: Vidareutveckling av existerande modeller från föregående års arbete, för att parallellt kunna visualisera hur en stångs kritiska knäcklast och tillhörande utböjningsform förändras beroende på olika upplagsvillkor. Modellen har anpassats för montering på en standardiserad förvaringsvägg med namnet ”SKÅDIS” från IKEA. • Ram- och fackverksstrukturer: Ett modulärt system med specialdesignade knutpunkter som medger växling mellan momentstyva och momentfria förband. Detta möjliggör modellering av strukturer som rena ram- och fackverk samt konkretiserar skillnaderna mellan hur dessa strukturer tar upp laster. • Upplagsvillkor: Modeller framtagna för att visualisera hur olika typer av randvillkor direkt påverkar en balks utböjning och rotation. Produktionen av modellerna har utförts genom additiv tillverkning (3D-skrivning) i plasterna PLA, PETG och TPU med stort fokus på att skapa hållbara komponenter med god tillverkningsbarhet. En central del i projektet var att göra modellerna mobila och lättanvända. Utvärdering av delprojekten genomfördes kontinuerligt i samråd med handledare och förväntas uppfylla syftet att brygga gapet mellan komplexa ekvationer och fysisk verklighet. Projektet visar att de framtagna modellerna utgör ett effektivt och flexibelt komplement till teoretiska kurser inom hållfasthetslära.