對于研究生固體力學基礎理論課程的幾點拙見.ppt

對于研究生固體力學基礎理論課程的幾點拙見,姚振漢 清華大學航天航空學院工程力學系,引言 力學專業(yè)研究生的固體力學基礎理論課程 工程專業(yè)研究生的固體力學基礎理論課程 結(jié)束語,提 綱,為什么是拙見 雖然曾經(jīng)負責研究生固體力學基礎理論課程教學 18年，也曾主講工程專業(yè)固體力學基礎理論課程 多年，但已經(jīng)離開這個崗位多年。 雖然曾經(jīng)在名師指導下作為研究生刻苦攻讀，但 那還是在遙遠的文革之前。 因此下面的意見僅供參考。,引 言,固體力學基礎理論課程的重要性 它是固體力學專業(yè)最重要的基礎理論課程之一， 其教學要求、教學內(nèi)容的確定和整個人才的培養(yǎng) 有密切關(guān)系，也和學科的發(fā)展密不可分。 對于和力學密切相關(guān)的工程專業(yè)，也是必 須掌握 的基礎理論，其教學要求、教學內(nèi)容的確 定與他 們將來在重大工程中發(fā)揮的作用密切相關(guān)。,引 言,要重視優(yōu)良學風、以及分析解決問題能力的 培養(yǎng) 無論對于力學專業(yè)或工程專業(yè)，都要重視通過這 門課程培養(yǎng)嚴謹?shù)膶W風。 要重視培養(yǎng)從建立力學模型和數(shù)學模型、模型的 合理簡化、到問題求解的全面的能力，并建立計 算結(jié)果需要驗證的思想。,引 言,課程設置的出發(fā)點 國際上沒有很力學系，力學界許多國際權(quán)威都在 相關(guān)的工程系?？紤]到國家的需求，工科力學專 業(yè)培養(yǎng)的大多數(shù)人才顯然應該和工程密切結(jié)合。 國家需要的高水平力學人才也是多種多樣的，他 們對于基礎理論的要求也有所不同，固體力學基 礎理論課程應該首先保證最基本的共同要求。,力學專業(yè)的固體力學基礎,課程教學內(nèi)容 根據(jù)力學學科特點，要通過力學的基礎理論和方 法，培養(yǎng)學生從實際問題經(jīng)合理簡化建立力學模 型、由此建立相應的數(shù)學模型，進而對數(shù)學問題 求解，包括解析解或數(shù)值解，直到解的驗證，這 一整套分析問題、解決問題的能力。其中合理簡 化、求解析解或數(shù)值解都是基本功，需要驗證屬 于基本理念。,力學專業(yè)的固體力學基礎,課程教學內(nèi)容 線性彈性靜力學是基礎，但是首先要了解在什么 條件下問題可以簡化為線性問題。對應變理論、 應力理論、彈性材料的應力應變關(guān)系，以及由此 建立的彈性理論的微分提法、變分提法和積分提 法的基本理論都要熟練掌握。對于建立的基本方 程除了解對于一些簡單問題的解析解法之外，更 要了解由此建立的各種數(shù)值解法。,力學專業(yè)的固體力學基礎,課程教學內(nèi)容 在彈性靜力學基礎上，介紹彈性動力學的基本概 念，同時介紹彈性波和彈性體振動之間的關(guān)系。 接著介紹熱彈性等耦合場問題的基本概念。 然后是非線性問題，包括：幾何非線性引起的彈 性穩(wěn)定問題、材料非線性中的彈塑性問題。 最后簡單介紹粘彈性、粘塑性問題。,力學專業(yè)的固體力學基礎,幾點教學理念 課程并不試圖給同學們展現(xiàn)一個完美的封閉的理 論系統(tǒng)，而要把一系列的簡化假設交待清楚。正 像我們當老師的不可能對力學的各個分支都十分 熟悉一樣，在一門課程中也不可能把一切講解清 楚。重要的是讓同學們知道，一些簡化假設不能 滿足時會出現(xiàn)非線性等更復雜的情況。,力學專業(yè)的固體力學基礎,幾點教學理念 隨著計算力學的發(fā)展，力學在解決各種工程問題 中已經(jīng)發(fā)揮了越來越大的作用。但是要讓同學們 了解，如果沒有堅實的力學基礎，用先進的軟件 得到錯誤結(jié)果的案例經(jīng)常都在發(fā)生。另一方面， 如今對一般研究生來說，在學時有限的情況下， 求解析解的要求不得不適當降低，而與數(shù)值分析 相關(guān)的力學基本理論方法將作為重點內(nèi)容之一。,力學專業(yè)的固體力學基礎,優(yōu)良學風和自學能力的培養(yǎng) 力學的基本規(guī)律是充分公式化的，要牢固掌握這 些規(guī)律必須對其有充分的理解。學習力學基礎課 程必須對這些公式學會推導。必須要求學生獨立 完成一定數(shù)量的作業(yè)。 即使國際著名出版社出版的書籍，出現(xiàn)印刷錯誤 或其它錯誤也是經(jīng)常發(fā)生的。精度文獻或書籍對 重要公式要親自進行推導。,力學專業(yè)的固體力學基礎,優(yōu)良學風和自學能力的培養(yǎng) 講課要照顧大部分同學能夠聽懂。小部分同學可 能會嫌難度不夠，這種情況是不可避免的。如果 讓相當部分同學堂上聽不懂，結(jié)果將會更糟。 對于部分有余力的學生，在每章可以推薦進一步 自學的內(nèi)容，通過自學寫出自學報告，可以得到 加分，予以鼓勵。,力學專業(yè)的固體力學基礎,考試題型的改革 與教學內(nèi)容和重點相匹配，考題分成四大部分： 基本概念題、建模題、推導證明題，求解題。 基本概念題大多采用多選題，個別輔以填充，用 于提高同學對于力學基本概念的重視程度。這部 分題目的標準答案要由主講教師親自給出，若有 可能還要親自判卷。,力學專業(yè)的固體力學基礎,考試題型的改革 建模題針對給出的問題建立力學模型，并寫出相 應的數(shù)學模型，包括方程和定解條件。 數(shù)學推導和證明是必須掌握的基本功。每次考試 都宣布，彈性力學變分原理的推導證明必考。因 此同學們對此重點內(nèi)容必須做充分的準備。 通常習題集中份量最大的求解題，降到30。,力學專業(yè)的固體力學基礎,課程設置的出發(fā)點 彈塑性力學也是64學時，難度應該比力學專業(yè)的 固體力學基礎要低一些。在某種程度上相當于力 學系給外系研究生開設一門“少學時”課程。 工程專業(yè)研究生除力學外還要掌握本門學科必須 的其它方面的基礎理論課程，因此能夠用來學習 力學基礎理論課程的學時是比較有限的。,工程專業(yè)的彈塑性力學,課程設置的出發(fā)點 有限元商用軟件已經(jīng)深入到各個工程部門的設計 制造之中。如果不掌握固體力學的基礎理論，很 難避免計算出錯，原因往往是計算模型不合理。 工程專業(yè)研究生畢業(yè)后常常在相應的工業(yè)部門成 為骨干人才，也往往成為許多重大工程項目的拍 板人，使他們掌握堅實寬廣的固體力學理論基礎 十分重要。,工程專業(yè)的彈塑性力學,課程教學內(nèi)容和幾點教學理念 工程專業(yè)研究生雖然學過的力學課程不多，也不 應把課程開成封閉性的簡化版課程。例如彈性力 學部分不應介紹為完全封閉的線性理論。考慮到 他們將來可能成為重大工程項目的負責人，應該 對力學模型的建立、線性化的條件，不滿足這些 條件時會出現(xiàn)更復雜的非線性問題等一一交待清 楚。將來遇到可以深入再學，或找人合作 。,工程專業(yè)的彈塑性力學,課程教學內(nèi)容和幾點教學理念 彈性力學分六章，分別為應力與平衡、運動與變 形、彈性材料的廣義胡克定律、彈性力學的基本 方程與解法、彈性力學平面問題，以及彈性力學 的能量原理與變分方法。教學中特別強調(diào)基本概 念、力學模型的建立與簡化。充實了作為數(shù)值計 算的理論基礎之一的能量變分原理的內(nèi)容。,工程專業(yè)的彈塑性力學,課程教學內(nèi)容和幾點教學理念 塑性力學分四章，分別為塑性力學的基本方程與 解法、塑性力學平面問題、結(jié)構(gòu)的塑性極限分析 與安定性、金屬塑性成型的力學分析。 在塑性力學的應用專題方面，不同專業(yè)的差別很 大。因此在本課程最后幾周布置學生通過向本專 業(yè)高班同學學習和文獻調(diào)研寫出報告。,工程專業(yè)的彈塑性力學,課程教學內(nèi)容和幾點教學理念 考慮到目前工程設計分析中已廣泛應用有限元分析軟件，針對學時比較緊張的問題，在求解析解方面的訓練適當降低。要求掌握求解析解的基本方法，但并不花費過多時間去求許多相對比較簡單的問題的解析解。有興趣者有習題集、各種手冊等可供參考。但對于學習有余力有興趣的同學鼓勵他們按力學專業(yè)的要求進行一些自學。,工程