“材料力學(xué)”精品課程建設(shè)第2講-新挑戰(zhàn)課件

1、材料力學(xué)課程教學(xué)所面臨的新挑戰(zhàn)第 2 講 新體系材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容與體系（1）張少實哈爾濱工業(yè)大學(xué)二OO九年七月第 2 講工程師的任務(wù)與使命的歷史變遷上世紀(jì)五十年代建國初期，人民政權(quán)剛剛建立，需要醫(yī)治戰(zhàn)爭創(chuàng)傷，經(jīng)濟建設(shè)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)正處于恢復(fù)時期，可謂百廢待興。工程師的主要任務(wù)是診斷和修理已破損的設(shè)備，使設(shè)備運轉(zhuǎn)起來，盡快恢復(fù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。上世紀(jì)六十七十年代貫徹“獨立自主”、“自力更生”政策。自行設(shè)計與制造，不需要參考文獻，最高的目標(biāo)就是在產(chǎn)品上打上“中國制造”的標(biāo)牌。工程師的任務(wù)與使命的歷史變遷上世紀(jì)八十九十年代改革開放，建設(shè)中國特色社會主義。引進國外先進技術(shù)和大型裝備，并消化與吸收。工程師的主

2、要任務(wù)是消化與吸收國外先進技術(shù)，當(dāng)然也有創(chuàng)造，但不是主要的。仍然停留在“中國制造”階段。但此階段，工程師們已經(jīng)有了些國際化視野，需要參考文獻。進入本世紀(jì)提升國際競爭力，建設(shè)創(chuàng)新型國家。追求科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新、產(chǎn)品的創(chuàng)新；要求掌握核心技術(shù)和渴求核心技術(shù)的創(chuàng)新。第 2 講工程師的任務(wù)與使命的歷史變遷進入本世紀(jì)我們不再滿足在產(chǎn)品上打上“中國制造”的標(biāo)牌。最高的目標(biāo)是要在產(chǎn)品上打上“中國創(chuàng)造”的標(biāo)牌。即從“中國制造” 升華到“中國創(chuàng)造”。提升國際競爭力，建設(shè)創(chuàng)新型國家。追求科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新、產(chǎn)品的創(chuàng)新；要求掌握核心技術(shù)和渴求核心技術(shù)的創(chuàng)新。第 2 講工程師的任務(wù)與使命的歷史變遷進入本世紀(jì)創(chuàng)新型國家，要求具有

3、自主知識產(chǎn)權(quán)和掌握核心技術(shù)以及核心技術(shù)的創(chuàng)新。當(dāng)代工程師所肩負(fù)的任務(wù)和歷史使命是：必須站在時代的高度，張開國際化視野，瞄準(zhǔn)國際最先進的科學(xué)與技術(shù)，不斷的創(chuàng)造、創(chuàng)新，實現(xiàn)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”這一歷史性跨躍。第 2 講工程設(shè)計、分析、制造理念和方法的深刻變革CAD、CAE可交替進行。這樣，那種快捷、周密、詳實、準(zhǔn)確、復(fù)雜地計算機分析、計算與仿真，完全取替了以往那樣靠查表、靠用經(jīng)驗公式估算的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的優(yōu)化設(shè)計。2. 結(jié)構(gòu)的累計損傷、允許構(gòu)件或結(jié)構(gòu)局部進入塑性狀態(tài)等的強度分析思想，已代替以往那種以構(gòu)件內(nèi)一點進入危險狀態(tài)，整個構(gòu)件就失效的過于保守的強度分析思想。極限載荷法極限應(yīng)力

4、法主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第 2 講工程設(shè)計、分析、制造理念和方法的深刻變革3. 強度的統(tǒng)計分析、結(jié)構(gòu)的可靠性分析等已受到工程師們的普遍關(guān)注。4. 運用彈塑性理論、斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)、非線性力學(xué)、有限元分析等力學(xué)知識，已經(jīng)成為大型、復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)分析的熱點問題。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：5. 新型結(jié)構(gòu)材料的不斷涌現(xiàn)和廣泛使用，復(fù)合材料力學(xué)也成為工程設(shè)計與分析的理論依據(jù)。5. 結(jié)構(gòu)動力學(xué)、多剛體動力學(xué)等，也廣泛地應(yīng)用到高速運動結(jié)構(gòu)的設(shè)計、分析中。第 2 講工程師力學(xué)新知識的現(xiàn)狀1997年到2000年間，我們曾與國內(nèi)一家著名的車輛廠的工程師們合作，研究鐵路巨型載重車輛的結(jié)構(gòu)分析課題（算是一次社會調(diào)查）

5、。當(dāng)時，合作單位擁有雄厚的計算機硬件和軟件條件。尤其是ANSYS、ADINNA、Super Sap等原版的大型結(jié)構(gòu)分析軟件應(yīng)有盡有。參加課題的工程師們都是具有十幾年工齡的國內(nèi)著名鐵道院校的優(yōu)秀畢業(yè)生，他們在校期間曾主修多學(xué)時材料力學(xué)課程。但是除理論力學(xué)、材料力學(xué)外，沒修過其它力學(xué)課程。應(yīng)該說，完成這項研究工作已萬事俱備了。第 2 講工程師力學(xué)新知識的現(xiàn)狀但是，待到研究工作開始不久，卻發(fā)生了意想不到的事情，他們不能勝任這項工作，感到應(yīng)力、應(yīng)變分析工作是件很棘手的事情：面對復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，他們不會抽象力學(xué)模型，更談不上選取單元類型。2.不知邊界條件該如何給出。甚至不懂什么叫應(yīng)力邊界條件，什么叫位移

6、邊界條件，什么叫混合邊界條件。更甚者連結(jié)構(gòu)存在的對稱關(guān)系都看不出來。第 2 講工程師力學(xué)新知識的現(xiàn)狀但是，待到研究工作開始不久，卻發(fā)生了意想不到的事情，他們不能勝任這項工作，感到應(yīng)力、應(yīng)變分析工作是件很棘手的事情：3. 更糟糕的是，既便是計算工作一切順利，并得到了計算結(jié)果，但面對那些色彩斑斕的應(yīng)力、變形云圖，卻不會分析計算結(jié)果的正確與否。第 2 講后續(xù)課程的變革與學(xué)生的需求材料力學(xué)最直接的后續(xù)課程是“機械設(shè)計” （多學(xué)時）或“機械設(shè)計基礎(chǔ)”（少學(xué)時）（原稱“機械零件”）。據(jù)我所知，目前哈工大“機械設(shè)計”課程教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)改革。表現(xiàn)在：那里不再滿足研究諸如軸類、螺栓等桿件零件；對一些非桿件類零件（

7、像齒輪、箱體等）的設(shè)計與分析、計算，也不再滿足以往那樣設(shè)計（經(jīng)驗）公式估算或查手冊。用有限元對齒輪、箱體進行精細(xì)的應(yīng)力分析，已經(jīng)代替了以往經(jīng)驗公式的估算，并作為課程設(shè)計的一個重要內(nèi)容。第 2 講后續(xù)課程的變革與學(xué)生的需求例如，傳統(tǒng)機械零件中齒輪設(shè)計（分析計算）公式將齒輪作為懸臂梁，引用梁的彎曲公式，再加上修正系數(shù)第 2 講后續(xù)課程的變革與學(xué)生的需求哈工大機械專業(yè)畢業(yè)設(shè)計時學(xué)生的新需求作為“機械設(shè)計”課程的先修課程“材料力學(xué)”，理所當(dāng)然地要提供給后續(xù)課程以最強有力的基礎(chǔ)知識支撐。后續(xù)課程的改革和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計的需求，材料力學(xué)應(yīng)提供怎樣的基礎(chǔ)知識，這是向傳統(tǒng)材料力學(xué)課程教學(xué)的又一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。第 2 講計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)的影響計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)，給材料力學(xué)課程教學(xué)思想與理念帶來了根本性影響，使課程面貌煥然一新。多媒體教學(xué)系統(tǒng)、多媒體電子教案、網(wǎng)絡(luò)課程與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)等層出不窮，使得紙質(zhì)教材與電子教材渾然一體，構(gòu)成了立體化教材。用計算機繪制的二維、三維圖形以及動畫、圖像、視頻與音頻等，使得材料力學(xué)的知識表述變得更形象、更生動、更逼真、更有趣。課堂教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等相輔相成，實現(xiàn)了真正意義上的多層次、多環(huán)節(jié)、多時空、個性化的教學(xué)。為學(xué)生創(chuàng)造性