工程力學教學中的一些生活和工程實例

1、工程力學教學中的一些生活和工程實例工程力學是工程類專業(yè)的支柱課程，具有理論性強、系統(tǒng)性強、邏輯嚴密、比較抽象、與工程實際有一定的聯(lián)系等特點1。在本校新能源專業(yè)，工程力學是學生最早接受工程和基本理論知識的課程，使學生在學習力學知識的同時接受工程意識的啟蒙和培養(yǎng)是工程力學課程的重要任務之一。在教學過程中重視工程實例對于工科專業(yè)學生的實踐能力培養(yǎng)尤其重要，筆者在多年的實踐教學中認識到教學中應該廣泛聯(lián)系工程實例，在課堂講授過程中實例的應用容易激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生運用所學的理論和方法分析解決工程實際問題的能力。下面列舉一些和工程力學相關的生活和工程實例。實例1將包裝食品的塑料袋封口后，袋的邊緣常

2、做成鋸齒形，或做出一個小缺口；易拉罐如何實現(xiàn)“易拉”功能（應力集中的應用）。實例2美國哥倫比亞電影公司在1990年錄制的電影MiracleLanding（九霄驚魂），電影講述了1988年4月28日下午，美國阿羅哈航空公司243航班從夏威夷起飛前往檀香山，途中緊急迫降的故事。飛機客艙中段上方一大塊天花板由一個小裂紋進而引發(fā)大破壞，飛機變成了“敞篷跑車”圖1所示。（這個案例主要說明了“應力集中”的危害）實例3竹子、蘆葦、鳥的肢干骨的中空結構特點，這種結構既能滿足生存需要，又減輕了自重，是大自然的造化，同時空心圓管狀具有較強的抗彎抗扭等力學性能。（彎曲理論和扭轉理論指出空心桿的抗彎能力和抗扭能力比同

3、樣截面面積的實心桿大多的）實例4英國航空5390航班事故，空難情況是駕駛艙前擋風玻璃被突然噴出，機長大半個身子被吸出。事故原因是安裝在擋風玻璃里的90顆螺絲釘中，84顆的直徑為0.026英寸（1毫米），要比標準的??；其余的6顆的長度是0.1英寸（3毫米），則比標準的短。（這個案例說明了固定前擋風玻璃的螺釘小了半號，必然會造成應力過大或安全系數(shù)降低，因此發(fā)生了事故，可用來說明安全系數(shù)的重要性。）實例5在暴風驟雨中，有些參天大樹被連根拔起，但是竹子雖然其枝條狂舞，主干卻屹立不倒，竹子中的竹節(jié)起到了很重要的作用。（根據(jù)歐拉公式，受壓桿件的臨界壓力跟桿長的平方成反比，竹子的竹節(jié)相當于給竹子多加了約束，

4、縮短了桿的長度，從而提高了竹子的抗失穩(wěn)能力）實例6云岡石窟第13窟如圖2所示，是“五華洞”的最后一窟，洞內有著名的超高大佛像，又稱“大佛窟”。在大佛的右臂和腿之間有一托臂力士，氣定神閑的托起大佛近兩噸重的右臂。托臂力士的應用，既巧妙地產生了力學作用，又起到了美觀裝飾效果。（大佛的手臂簡化成材料力學模型就是一個受均布載荷的懸臂梁，托臂力士相當于在懸臂梁的自由端多加一個約束，采用這個措施減小了手臂固定端的彎曲正應力，提高了大佛手臂的彎曲強度）實例7如圖3、圖4所示，單雙杠、龍門吊車、油罐車和鍋爐筒體的支座在什么位置最合理？（通過合理布置支座位置可以降低梁的最大彎矩以提高梁的彎曲強度）實例8蘭州的中

5、山橋（黃河第一大橋）在1956年加固時安裝的弧形拱架的下面立柱的是由槽鋼組成的，槽鋼為什么沒有集中放置，而是分散放置？（立柱承受壓力作用，存在壓桿穩(wěn)定問題，槽鋼放置時分散放置并且使得橫截面對形心主軸的慣性矩基本相等，這種放置方式，提高了截面的慣性矩，進而提高了受壓桿件的抗失穩(wěn)能力）實例91907年8月9日加拿大魁北克地區(qū)圣勞倫斯河上的魁北克大橋在施工過程中發(fā)生坍塌，1?f9千噸鋼材墜落河中，事故造成75人死亡，事故的原因是懸臂桁架的下弦桿失穩(wěn)。實例102000年10月25日10時，在南京電視臺演播中心建造過程中，由于腳手架穩(wěn)定性不滿足，造成屋頂模板坍塌，6人死亡，34人受傷；1960年，羅馬尼

6、亞不加勒斯特的一座直徑為90m的圓球面單層網(wǎng)殼因失穩(wěn)發(fā)生倒塌事故，1988年加拿大一停車場的屋蓋結構坍塌，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這些事故都和受壓桿件的穩(wěn)定性問題有關。實例112015年7月6日，沈陽市大東區(qū)合作街某樓七樓和六樓兩層陽臺發(fā)生坍塌；2015年10月23日下午13時40分左右，吉林省遼源市龍山區(qū)一居民樓突發(fā)陽臺坍塌事件。事故原因一般是陽臺內的鋼筋鋪設位置不合理。（陽臺屬于懸挑構件，承受的外載荷主要是自重，陽臺發(fā)生的主要變形形式是彎曲變形，根據(jù)學習的彎曲理論知識，陽臺的上部受拉下部受壓。鋼筋是塑性材料適合承受拉力，水泥沙子是脆性材料適合承受壓力，根據(jù)材料的力學性能，對于陽臺，雨棚等懸臂板，鋼筋應該配置在截面上部，若鋼筋位置配置不對，則陽臺容易坍塌）實例12我們坐火車時候為什么能聽到“咣當、咣當”聲？連接暖氣片的管道為什么要彎曲的？鐵路線路由很多條鋼軌組成，鋼軌的接軌處留有空隙是便于鋼軌在溫度變化時能夠自由伸縮；暖氣的管道做成彎曲的，也是因為管道溫度變化是可以自由伸縮（超靜定結構中的溫度應力）。實例13為什么扁擔要做成中間粗，兩頭細？（等強度梁的思想）實例141985年8月2日，日本航空公司一架波音747巨型客機，滿載著包括日本著名歌星坂本九和一對新婚夫婦在內的524名旅客和和機組人員，由東京飛往大阪。起飛后不久，隨著機尾的一聲巨響