“材料力学”精品课程建设第2讲-新挑战课件

1、材料力学课程教学所面临的新挑战第 2 讲 新体系材料力学的教学内容与体系（1）张少实哈尔滨工业大学二OO九年七月第 2 讲工程师的任务与使命的历史变迁上世纪五十年代建国初期，人民政权刚刚建立，需要医治战争创伤，经济建设和工农业生产正处于恢复时期，可谓百废待兴。工程师的主要任务是诊断和修理已破损的设备，使设备运转起来，尽快恢复工农业生产。上世纪六十七十年代贯彻“独立自主”、“自力更生”政策。自行设计与制造，不需要参考文献，最高的目标就是在产品上打上“中国制造”的标牌。工程师的任务与使命的历史变迁上世纪八十九十年代改革开放，建设中国特色社会主义。引进国外先进技术和大型装备，并消化与吸收。工程师的主

2、要任务是消化与吸收国外先进技术，当然也有创造，但不是主要的。仍然停留在“中国制造”阶段。但此阶段，工程师们已经有了些国际化视野，需要参考文献。进入本世纪提升国际竞争力，建设创新型国家。追求科学技术的创新、产品的创新；要求掌握核心技术和渴求核心技术的创新。第 2 讲工程师的任务与使命的历史变迁进入本世纪我们不再满足在产品上打上“中国制造”的标牌。最高的目标是要在产品上打上“中国创造”的标牌。即从“中国制造” 升华到“中国创造”。提升国际竞争力，建设创新型国家。追求科学技术的创新、产品的创新；要求掌握核心技术和渴求核心技术的创新。第 2 讲工程师的任务与使命的历史变迁进入本世纪创新型国家，要求具有

3、自主知识产权和掌握核心技术以及核心技术的创新。当代工程师所肩负的任务和历史使命是：必须站在时代的高度，张开国际化视野，瞄准国际最先进的科学与技术，不断的创造、创新，实现从“中国制造”向“中国创造”这一历史性跨跃。第 2 讲工程设计、分析、制造理念和方法的深刻变革CAD、CAE可交替进行。这样，那种快捷、周密、详实、准确、复杂地计算机分析、计算与仿真，完全取替了以往那样靠查表、靠用经验公式估算的方法，能够实现真正意义上的优化设计。2. 结构的累计损伤、允许构件或结构局部进入塑性状态等的强度分析思想，已代替以往那种以构件内一点进入危险状态，整个构件就失效的过于保守的强度分析思想。极限载荷法极限应力

4、法主要表现在以下几个方面：第 2 讲工程设计、分析、制造理念和方法的深刻变革3. 强度的统计分析、结构的可靠性分析等已受到工程师们的普遍关注。4. 运用弹塑性理论、断裂力学、损伤力学、非线性力学、有限元分析等力学知识，已经成为大型、复杂工程结构分析的热点问题。主要表现在以下几个方面：5. 新型结构材料的不断涌现和广泛使用，复合材料力学也成为工程设计与分析的理论依据。5. 结构动力学、多刚体动力学等，也广泛地应用到高速运动结构的设计、分析中。第 2 讲工程师力学新知识的现状1997年到2000年间，我们曾与国内一家著名的车辆厂的工程师们合作，研究铁路巨型载重车辆的结构分析课题（算是一次社会调查）

5、。当时，合作单位拥有雄厚的计算机硬件和软件条件。尤其是ANSYS、ADINNA、Super Sap等原版的大型结构分析软件应有尽有。参加课题的工程师们都是具有十几年工龄的国内著名铁道院校的优秀毕业生，他们在校期间曾主修多学时材料力学课程。但是除理论力学、材料力学外，没修过其它力学课程。应该说，完成这项研究工作已万事俱备了。第 2 讲工程师力学新知识的现状但是，待到研究工作开始不久，却发生了意想不到的事情，他们不能胜任这项工作，感到应力、应变分析工作是件很棘手的事情：面对复杂的工程结构，他们不会抽象力学模型，更谈不上选取单元类型。2.不知边界条件该如何给出。甚至不懂什么叫应力边界条件，什么叫位移

6、边界条件，什么叫混合边界条件。更甚者连结构存在的对称关系都看不出来。第 2 讲工程师力学新知识的现状但是，待到研究工作开始不久，却发生了意想不到的事情，他们不能胜任这项工作，感到应力、应变分析工作是件很棘手的事情：3. 更糟糕的是，既便是计算工作一切顺利，并得到了计算结果，但面对那些色彩斑斓的应力、变形云图，却不会分析计算结果的正确与否。第 2 讲后续课程的变革与学生的需求材料力学最直接的后续课程是“机械设计” （多学时）或“机械设计基础”（少学时）（原称“机械零件”）。据我所知，目前哈工大“机械设计”课程教学内容已经改革。表现在：那里不再满足研究诸如轴类、螺栓等杆件零件；对一些非杆件类零件（

7、像齿轮、箱体等）的设计与分析、计算，也不再满足以往那样设计（经验）公式估算或查手册。用有限元对齿轮、箱体进行精细的应力分析，已经代替了以往经验公式的估算，并作为课程设计的一个重要内容。第 2 讲后续课程的变革与学生的需求例如，传统机械零件中齿轮设计（分析计算）公式将齿轮作为悬臂梁，引用梁的弯曲公式，再加上修正系数第 2 讲后续课程的变革与学生的需求哈工大机械专业毕业设计时学生的新需求作为“机械设计”课程的先修课程“材料力学”，理所当然地要提供给后续课程以最强有力的基础知识支撑。后续课程的改革和学生毕业设计的需求，材料力学应提供怎样的基础知识，这是向传统材料力学课程教学的又一严峻挑战。第 2 讲计算机技术和现代信息技术的影响计算机技术和现代信息技术，给材料力学课程教学思想与理念带来了根本性影响，使课程面貌焕然一新。多媒体教学系统、多媒体电子教案、网络课程与网络教学系统等层出不穷，使得纸质教材与电子教材浑然一体，构成了立体化教材。用计算机绘制的二维、三维图形以及动画、图像、视频与音频等，使得材料力学的知识表述变得更形象、更生动、更逼真、更有趣。课堂教学、网络教学等相辅相成，实现了真正意义上的多层次、多环节、多时空、个性化的教学。为学生创造性