工程力学教学中的一些生活和工程实例-教育文档

1、工程力学教学中的一些生活和工程实例工程力学是工程类专业的支柱课程， 具有理论性强、 系统性 强、逻辑严密、比较抽象、与工程实际有一定的联系等特点 1 。 在本校新能源专业， 工程力学是学生最早接受工程和基本理论知 识的课程，使学生在学习力学知识的同时接受工程意识的启蒙和 培养是工程力学课程的重要任务之一。 在教学过程中重视工程实 例对于工科专业学生的实践能力培养尤其重要， 笔者在多年的实 践教学中认识到教学中应该广泛联系工程实例， 在课堂讲授过程 中实例的应用容易激发学生的学习兴趣， 培养学生运用所学的理 论和方法分析解决工程实际问题的能力。 下面列举一些和工程力 学相关的生活和工程实例。实例

2、 1 将包装食品的塑料袋封口后，袋的边缘常做成锯齿 形，或做出一个小缺口；易拉罐如何实现“易拉”功能（应力集 中的应用）。实例 2 美国哥伦比亚电影公司在 1990 年录制的电影 MiracleLanding （九霄惊魂），电影讲述了 1988 年 4 月 28 日 下午，美国阿罗哈航空公司 243 航班从夏威夷起飞前往檀香山， 途中紧急迫降的故事。 飞机客舱中段上方一大块天花板由一个小 裂纹进而引发大破坏，飞机变成了“敞篷跑车”图 1 所示。（这 个案例主要说明了“应力集中”的危害）实例 3 竹子、芦苇、鸟的肢干骨的中空结构特点，这种结构既能满足生存需要，又减轻了自重，是大自然的造化，同时空

3、 心圆管状具有较强的抗弯抗扭等力学性能。 （弯曲理论和扭转理 论指出空心杆的抗弯能力和抗扭能力比同样截面面积的实心杆 大多的）实例 4 英国航空 5390 航班事故，空难情况是驾驶舱前挡风 玻璃被突然喷出， 机长大半个身子被吸出。 事故原因是安装在挡 风玻璃里的 90 颗螺丝钉中，84 颗的直径为 0.026 英寸（1 毫米）， 要比标准的小；其余的 6 颗的长度是 0.1 英寸（ 3 毫米），则比 标准的短。（这个案例说明了固定前挡风玻璃的螺钉小了半号，必然会造成应力过大或安全系数降低， 因此发生了事故， 可用来 说明安全系数的重要性。）实例 5 在暴风骤雨中，有些参天大树被连根拔起，但是竹

4、 子虽然其枝条狂舞， 主干却屹立不倒， 竹子中的竹节起到了很重 要的作用。（根据欧拉公式，受压杆件的临界压力跟杆长的平方 成反比，竹子的竹节相当于给竹子多加了约束， 缩短了杆的长度， 从而提高了竹子的抗失稳能力）实例 6 云冈石窟第 13 窟如图 2 所示，是“五华洞”的最后 一窟，洞内有著名的超高大佛像，又称“大佛窟”。在大佛的右 臂和腿之间有一托臂力士，气定神闲的托起大佛近两吨重的右 臂。托臂力士的应用，既巧妙地产生了力学作用，又起到了美观 装饰效果。（大佛的手臂简化成材料力学模型就是一个受均布载 荷的悬臂梁，托臂力士相当于在悬臂梁的自由端多加一个约束，采用这个措施减小了手臂固定端的弯曲正

5、应力， 提高了大佛手臂 的弯曲强度）实例 7 如图 3、图 4 所示，单双杠、龙门吊车、油罐车和锅 炉筒体的支座在什么位置最合理？ （通过合理布置支座位置可以 降低梁的最大弯矩以提高梁的弯曲强度）实例 8 兰州的中山桥（黄河第一大桥）在 1956 年加固时安 装的弧形拱架的下面立柱的是由槽钢组成的， 槽钢为什么没有集 中放置，而是分散放置？（立柱承受压力作用，存在压杆稳定问 题，槽钢放置时分散放置并且使得横截面对形心主轴的惯性矩基 本相等，这种放置方式，提高了截面的惯性矩，进而提高了受压 杆件的抗失稳能力）实例 9 1907 年 8 月 9 日加拿大魁北克地区圣劳伦斯河上的 魁北克大桥在施工过

6、程中发生坍塌， 1?f9 千吨钢材坠落河中， 事故造成 75人死亡，事故的原因是悬臂桁架的下弦杆失稳。实例 10 2000 年 10 月 25 日 10 时，在南京电视台演播中心 建造过程中，由于脚手架稳定性不满足，造成屋顶模板坍塌， 6 人死亡，34 人受伤； 1960 年，罗马尼亚不加勒斯特的一座直径 为 90m 的圆球面单层网壳因失稳发生倒塌事故，1988 年加拿大一停车场的屋盖结构坍塌， 1 985 年土耳其某体育场看台屋盖塌 落，这些事故都和受压杆件的稳定性问题有关。实例 11 2015 年 7 月 6 日，沈阳市大东区合作街某楼七楼和 六楼两层阳台发生坍塌； 2015 年 10 月

7、 23 日下午 13 时 40 分左 右，吉林省辽源市龙山区一居民楼突发阳台坍塌事件。 事故原因 一般是阳台内的钢筋铺设位置不合理。 （阳台属于悬挑构件，承 受的外载荷主要是自重，阳台发生的主要变形形式是弯曲变形，根据学习的弯曲理论知识， 阳台的上部受拉下部受压。 钢筋是塑 性材料适合承受拉力， 水泥沙子是脆性材料适合承受压力， 根据 材料的力学性能，对于阳台，雨棚等悬臂板，钢筋应该配置在截 面上部，若钢筋位置配置不对，则阳台容易坍塌）实例 12 我们坐火车时候为什么能听到“咣当、咣当”声？ 连接暖气片的管道为什么要弯曲的？铁路线路由很多条钢轨组 成，钢轨的接轨处留有空隙是便于钢轨在温度变化时能够自由伸 缩；暖气的管道做成弯曲的， 也是因为管道温度变化是可以自由 伸缩（超静定结构中的温度应力）。实例 13 为什么扁担要做成中间粗，两头细？（等强度梁的 思想）实例 14 1985 年 8 月 2 日，日本航空公司一架波音 747 巨型 客机，满载着包括日本著名歌星坂本九和一对新婚夫妇在内的 524 名旅客和和机组人员，由东京飞往大阪。起飞后不久，随着 机