對(duì)于研究生固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程的幾點(diǎn)拙見.ppt

對(duì)于研究生固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程的幾點(diǎn)拙見,姚振漢 清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系,引言 力學(xué)專業(yè)研究生的固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程 工程專業(yè)研究生的固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程 結(jié)束語,提 綱,為什么是拙見 雖然曾經(jīng)負(fù)責(zé)研究生固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程教學(xué) 18年，也曾主講工程專業(yè)固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程 多年，但已經(jīng)離開這個(gè)崗位多年。 雖然曾經(jīng)在名師指導(dǎo)下作為研究生刻苦攻讀，但 那還是在遙遠(yuǎn)的文革之前。 因此下面的意見僅供參考。,引 言,固體力學(xué)基礎(chǔ)理論課程的重要性 它是固體力學(xué)專業(yè)最重要的基礎(chǔ)理論課程之一， 其教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容的確定和整個(gè)人才的培養(yǎng) 有密切關(guān)系，也和學(xué)科的發(fā)展密不可分。 對(duì)于和力學(xué)密切相關(guān)的工程專業(yè)，也是必 須掌握 的基礎(chǔ)理論，其教學(xué)要求、教學(xué)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(xué)風(fēng)、以及分析解決問題能力的 培養(yǎng) 無論對(duì)于力學(xué)專業(yè)或工程專業(yè)，都要重視通過這 門課程培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)。 要重視培養(yǎng)從建立力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型、模型的 合理簡(jiǎn)化、到問題求解的全面的能力，并建立計(jì) 算結(jié)果需要驗(yàn)證的思想。,引 言,課程設(shè)置的出發(fā)點(diǎn) 國(guó)際上沒有很力學(xué)系，力學(xué)界許多國(guó)際權(quán)威都在 相關(guān)的工程系?？紤]到國(guó)家的需求，工科力學(xué)專 業(yè)培養(yǎng)的大多數(shù)人才顯然應(yīng)該和工程密切結(jié)合。 國(guó)家需要的高水平力學(xué)人才也是多種多樣的，他 們對(duì)于基礎(chǔ)理論的要求也有所不同，固體力學(xué)基 礎(chǔ)理論課程應(yīng)該首先保證最基本的共同要求。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),課程教學(xué)內(nèi)容 根據(jù)力學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，要通過力學(xué)的基礎(chǔ)理論和方 法，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問題經(jīng)合理簡(jiǎn)化建立力學(xué)模 型、由此建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對(duì)數(shù)學(xué)問題 求解，包括解析解或數(shù)值解，直到解的驗(yàn)證，這 一整套分析問題、解決問題的能力。其中合理簡(jiǎn) 化、求解析解或數(shù)值解都是基本功，需要驗(yàn)證屬 于基本理念。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),課程教學(xué)內(nèi)容 線性彈性靜力學(xué)是基礎(chǔ)，但是首先要了解在什么 條件下問題可以簡(jiǎn)化為線性問題。對(duì)應(yīng)變理論、 應(yīng)力理論、彈性材料的應(yīng)力應(yīng)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(duì)于建立的基本方 程除了解對(duì)于一些簡(jiǎn)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(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),課程教學(xué)內(nèi)容 在彈性靜力學(xué)基礎(chǔ)上，介紹彈性動(dòng)力學(xué)的基本概 念，同時(shí)介紹彈性波和彈性體振動(dòng)之間的關(guān)系。 接著介紹熱彈性等耦合場(chǎng)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(jiǎn)單介紹粘彈性、粘塑性問題。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),幾點(diǎn)教學(xué)理念 課程并不試圖給同學(xué)們展現(xiàn)一個(gè)完美的封閉的理 論系統(tǒng)，而要把一系列的簡(jiǎn)化假設(shè)交待清楚。正 像我們當(dāng)老師的不可能對(duì)力學(xué)的各個(gè)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(xué)們知道，一些簡(jiǎn)化假設(shè)不能 滿足時(shí)會(huì)出現(xiàn)非線性等更復(fù)雜的情況。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),幾點(diǎn)教學(xué)理念 隨著計(jì)算力學(xué)的發(fā)展，力學(xué)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(xué)們 了解，如果沒有堅(jiān)實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)，用先進(jìn)的軟件 得到錯(cuò)誤結(jié)果的案例經(jīng)常都在發(fā)生。另一方面， 如今對(duì)一般研究生來說，在學(xué)時(shí)有限的情況下， 求解析解的要求不得不適當(dāng)降低，而與數(shù)值分析 相關(guān)的力學(xué)基本理論方法將作為重點(diǎn)內(nèi)容之一。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),優(yōu)良學(xué)風(fēng)和自學(xué)能力的培養(yǎng) 力學(xué)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(duì)其有充分的理解。學(xué)習(xí)力學(xué)基礎(chǔ)課 程必須對(duì)這些公式學(xué)會(huì)推導(dǎo)。必須要求學(xué)生獨(dú)立 完成一定數(shù)量的作業(yè)。 即使國(guó)際著名出版社出版的書籍，出現(xiàn)印刷錯(cuò)誤 或其它錯(cuò)誤也是經(jīng)常發(fā)生的。精度文獻(xiàn)或書籍對(duì) 重要公式要親自進(jìn)行推導(dǎo)。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),優(yōu)良學(xué)風(fēng)和自學(xué)能力的培養(yǎng) 講課要照顧大部分同學(xué)能夠聽懂。小部分同學(xué)可 能會(huì)嫌難度不夠，這種情況是不可避免的。如果 讓相當(dāng)部分同學(xué)堂上聽不懂，結(jié)果將會(huì)更糟。 對(duì)于部分有余力的學(xué)生，在每章可以推薦進(jìn)一步 自學(xué)的內(nèi)容，通過自學(xué)寫出自學(xué)報(bào)告，可以得到 加分，予以鼓勵(lì)。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),考試題型的改革 與教學(xué)內(nèi)容和重點(diǎn)相匹配，考題分成四大部分： 基本概念題、建模題、推導(dǎo)證明題，求解題。 基本概念題大多采用多選題，個(gè)別輔以填充，用 于提高同學(xué)對(duì)于力學(xué)基本概念的重視程度。這部 分題目的標(biāo)準(zhǔn)答案要由主講教師親自給出，若有 可能還要親自判卷。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),考試題型的改革 建模題針對(duì)給出的問題建立力學(xué)模型，并寫出相 應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，包括方程和定解條件。 數(shù)學(xué)推導(dǎo)和證明是必須掌握的基本功。每次考試 都宣布，彈性力學(xué)變分原理的推導(dǎo)證明必考。因 此同學(xué)們對(duì)此重點(diǎn)內(nèi)容必須做充分的準(zhǔn)備。 通常習(xí)題集中份量最大的求解題，降到30。,力學(xué)專業(yè)的固體力學(xué)基礎(chǔ),課程設(shè)置的出發(fā)點(diǎn) 彈塑性力學(xué)也是64學(xué)時(shí)，難度應(yīng)該比力學(xué)專業(yè)的 固體力學(xué)基礎(chǔ)要低一些。在某種程度上相當(dāng)于力 學(xué)系給外系研究生開設(shè)一門“少學(xué)時(shí)”課程。 工程專業(yè)研究生除力學(xué)外還要掌握本門學(xué)科必須 的其它方面的基礎(chǔ)理論課程，因此能夠用來學(xué)習(xí) 力學(xué)基礎(chǔ)理論課程的學(xué)時(shí)是比較有限的。,工程專業(yè)的彈塑性力學(xué),課程設(shè)置的出發(fā)點(diǎn) 有限元商用軟件已經(jīng)深入到各個(gè)工程部門的設(shè)計(jì) 制造之中。如果不掌握固體力學(xué)的基礎(chǔ)理論，很 難避免計(jì)算出錯(cuò)，原因往往是計(jì)算模型不合理。 工程專業(yè)研究生畢業(yè)后常常在相應(yīng)的工業(yè)部門成 為骨干人才，也往往成為許多重大工程項(xiàng)目的拍 板人，使他們掌握?qǐng)?jiān)實(shí)寬廣的固體力學(xué)理論基礎(chǔ) 十分重要。,工程專業(yè)的彈塑性力學(xué),課程教學(xué)內(nèi)容和幾點(diǎn)教學(xué)理念 工程專業(yè)研究生雖然學(xué)過的力學(xué)課程不多，也不 應(yīng)把課程開成封閉性的簡(jiǎn)化版課程。例如彈性力 學(xué)部分不應(yīng)介紹為完全封閉的線性理論?？紤]到 他們將來可能成為重大工程項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人，應(yīng)該 對(duì)力學(xué)模型的建立、線性化的條件，不滿足這些 條件時(shí)會(huì)出現(xiàn)更復(fù)雜的非線性問題等一一交待清 楚。將來遇到可以深入再學(xué)，或找人合作 。,工程專業(yè)的彈塑性力學(xué),課程教學(xué)內(nèi)容和幾點(diǎn)教學(xué)理念 彈性力學(xué)分六章，分別為應(yīng)力與平衡、運(yùn)動(dòng)與變 形、彈性材料的廣義胡克定律、彈性力學(xué)的基本 方程與解法、彈性力學(xué)平面問題，以及彈性力學(xué) 的能量原理與變分方法。教學(xué)中特別強(qiáng)調(diào)基本概 念、力學(xué)模型的建立與簡(jiǎn)化。充實(shí)了作為數(shù)值計(jì) 算的理論基礎(chǔ)之一的能量變分原理的內(nèi)容。,工程專業(yè)的彈塑性力學(xué),課程教學(xué)內(nèi)容和幾點(diǎn)教學(xué)理念 塑性力學(xué)分四章，分別為塑性力學(xué)的基本方程與 解法、塑性力學(xué)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(xué)分析。 在塑性力學(xué)的應(yīng)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(xué)生通過向本專 業(yè)高班同學(xué)學(xué)習(xí)和文獻(xiàn)調(diào)研寫出報(bào)告。,工程專業(yè)的彈塑性力學(xué),課程教學(xué)內(nèi)容和幾點(diǎn)教學(xué)理念 考慮到目前工程設(shè)計(jì)分析中已廣泛應(yīng)用有限元分析軟件，針對(duì)學(xué)時(shí)比較緊張的問題，在求解析解方面的訓(xùn)練適當(dāng)降低。要求掌握求解析解的基本方法，但并不花費(fèi)過多時(shí)間去求許多相對(duì)比較簡(jiǎn)單的問題的解析解。有興趣者有習(xí)題集、各種手冊(cè)等可供參考。但對(duì)于學(xué)習(xí)有余力有興趣的同學(xué)鼓勵(lì)他們按力學(xué)專業(yè)的要求進(jìn)行一些自學(xué)。,工程