工程力學(xué)課程總論-Shi

1、工程力學(xué)(I)清 華 大 學(xué)范 欽 珊Monday, August 29, 2022返回主目錄工程力學(xué)課程總論 工程力學(xué)研究方法 工程與工程力學(xué) 面向21世紀(jì)的工程力學(xué)課程 工程力學(xué)研究對(duì)象 工程力學(xué)研究模型工程力學(xué)課程總論 工程與工程力學(xué) 20世紀(jì)以前,在力學(xué)知識(shí)的積累、應(yīng)用 和完善的基礎(chǔ)上，逐漸形成和發(fā)展起來(lái)的蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路、橋梁、艦船、兵器等大型工業(yè)推動(dòng)了近代科學(xué)技術(shù)和社會(huì)的進(jìn)步。 20世紀(jì)中，一些高科技及其在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與力學(xué)特別是工程力學(xué)的指導(dǎo)密不可分。高層建筑與大型橋梁橋面結(jié)構(gòu)纜索與立柱橋墩上海南浦大橋橋面結(jié)構(gòu)澳 門(mén) 橋高速公路直道與彎道的連接海洋石油鉆井平臺(tái)航空航天器長(zhǎng)

2、征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射成功Space Shuttle Discovery美國(guó)發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)升空載人飛船 (Manned Spacecraft) 對(duì)接（Docking) ABva 交會(huì)（Rendezvous) 和平號(hào)空間站高速列車(chē)車(chē) 頭車(chē)身大型水利工程設(shè)施長(zhǎng)江三峽工程荷蘭攔海大壩高壓輸電線路20世紀(jì)產(chǎn)生的另一些高新技術(shù)雖然是在其他學(xué)科指導(dǎo)下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，但也都對(duì)工程力學(xué)提出了各式各樣、大大小小的問(wèn)題。例如：核電站的熱核反應(yīng)堆核反應(yīng)堆容器計(jì)算機(jī)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器給定不變的角加速度，從啟動(dòng)到正常運(yùn)行所需的時(shí)間以及所需經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)。已知轉(zhuǎn)臺(tái)的質(zhì)量及其分布，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器到達(dá)正常運(yùn)行所需角速度時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功率如何確

3、定? 雷達(dá)跟蹤目標(biāo)怎樣在不同的時(shí)間間隔內(nèi)通過(guò)測(cè)量目標(biāo)與雷達(dá)之間的距離和雷達(dá)方位角才能準(zhǔn)確地測(cè)定目標(biāo)的速度和加速度 艦載飛機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)和彈射器推力作用下從甲板上起飛若已知推力和跑道可能長(zhǎng)度，則需要多大的初速度和一定的時(shí)間隔后才能達(dá)到飛離甲板時(shí)的速度。若已知初速度、一定的時(shí)間間隔后飛離甲板時(shí)的速度，則需要彈射器施加多大推力，或者確定需要多長(zhǎng)的跑道。爆破時(shí)煙囪怎樣倒蹋 非工業(yè)工程中的工程力學(xué)問(wèn)題 棒球在被球棒擊打后，其速度的大小和方向發(fā)生了變化。如果已知這種變化即可確定球與棒的相互作用力。賽車(chē)起跑為什么賽車(chē)運(yùn)動(dòng)員起跑前要將車(chē)輪與地面摩擦生煙？ 賽車(chē)結(jié)構(gòu)為什么賽車(chē)結(jié)構(gòu)前細(xì)后粗；車(chē)輪前小后大？日常生活中的

4、工程力學(xué)問(wèn)題 面向21世紀(jì)的 工程力學(xué)課程 大學(xué)生制造的賽車(chē)經(jīng)典內(nèi)容更加簡(jiǎn)練引進(jìn)新的科學(xué)技術(shù)成果，內(nèi)容更加豐富新材料復(fù)合材料、聚合物等；新概念失效、壽命等；新理論損傷、混沌等；新方法數(shù)值方法、工程力學(xué)建模方法。教學(xué)方法與訓(xùn)練方法要突出培養(yǎng)創(chuàng)新精神實(shí)行啟發(fā)式教學(xué)，為學(xué)生的獨(dú)立思 維留出足夠的時(shí)間和空間。提倡研究式的學(xué)習(xí)方法。改革考試考核方法。 學(xué)科內(nèi)的綜合與學(xué)科間的交叉將更加強(qiáng)烈 力學(xué)課程的貫通、滲透與綜合。 學(xué)科間的交叉。老師在教學(xué)過(guò)程中 要引導(dǎo)思維； 不要代替思維； 更不要窒息思維。同學(xué)在學(xué)習(xí)過(guò)程中 要積極思維； 不要被動(dòng)思維； 更不要拒絕思維。 工程力學(xué)研究對(duì)象力學(xué)是研究物體宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的

5、學(xué)科機(jī)械運(yùn)動(dòng)物體空間位置的改變； 物體的運(yùn)動(dòng)和變形； 氣體和流體的流動(dòng)。自然界以及工程技術(shù)過(guò)程都包含機(jī)械運(yùn)動(dòng)。 工程力學(xué)研究自然界以及各種工程中機(jī)械運(yùn)動(dòng)的最普遍、最基本的規(guī)律，以指導(dǎo)人們認(rèn)識(shí)自然界，正確從事工程技術(shù)工作。工程力學(xué)研究的兩大類(lèi)機(jī)械運(yùn)動(dòng)：研究物體的運(yùn)動(dòng)，研究作用在物體上的力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；研究物體的變形，研究作用在物體上的力與變形之間的關(guān)系。 兩類(lèi)問(wèn)題互相交叉、滲透和融合 研究運(yùn)動(dòng)物體變形時(shí)，必須首 先分析運(yùn)動(dòng)； 研究某些運(yùn)動(dòng)（例如振動(dòng)）問(wèn)題時(shí)也必須考慮變形。 工程力學(xué)研究模型 模 型實(shí)際物體的合理抽象與簡(jiǎn)化;實(shí)際工作狀態(tài)的合理抽象與簡(jiǎn)化;實(shí)際問(wèn)題的合理抽象與簡(jiǎn)化。 物體模型質(zhì)點(diǎn)

6、與質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)當(dāng)所研究的物體運(yùn)動(dòng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其本身的幾何尺寸時(shí)，物體的形狀和大小對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響很小，這時(shí)可以將其抽象為只有質(zhì)量而無(wú)體積的質(zhì)點(diǎn)。例如：研究衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道時(shí),衛(wèi)星可視為質(zhì)點(diǎn)；但研究衛(wèi)星姿態(tài)控制時(shí)，則不能視為質(zhì)點(diǎn)。工作狀態(tài)的模型剛體與變形體 研究運(yùn)動(dòng)時(shí)忽略極小的變形剛體; 研究物體的變形和內(nèi)部受力規(guī)律時(shí)，則必須考慮變形變形體問(wèn)題模型 - 視所研究的問(wèn)題性質(zhì)而定例如，船舶設(shè)計(jì)中，船體各部分涉及的問(wèn)題一般各不相同。但在總體設(shè)計(jì)中可將巨浪中的船體視為兩個(gè)浪峰上的梁。 工程力學(xué)研究方法 理論分析方法20世紀(jì)初，探索新設(shè)計(jì)、新結(jié)構(gòu)。 實(shí)驗(yàn)方法具體設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證大型結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)靜載試驗(yàn)現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用。計(jì)算機(jī)方法汽車(chē)碰撞碰撞時(shí)氣囊與人的相互作用豪華游艇戰(zhàn)斗機(jī)的振動(dòng)模態(tài)分析飛鳥(niǎo)與空中客車(chē)機(jī)翼相撞運(yùn)動(dòng)中的乒乓球尾流人