材料力學與結(jié)構(gòu)力學課程的相互滲透與融合

賈培強

【摘 要】本文通過材料力學和結(jié)構(gòu)力學兩門課程的對比，已完成教學上兩門課程的融會貫通。

【關(guān)鍵詞】材料力學；結(jié)構(gòu)力學；融會貫通

0 前言

材料力學是許多工科專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課，是一門為設(shè)計工程實際構(gòu)件提供必要理論基礎(chǔ)、理論與實驗相結(jié)合的課程，主要研究桿件在拉、壓、扭、彎等基本變形以及組合變形形式下構(gòu)件的強度、剛度以及穩(wěn)定性的計算，而且還為結(jié)構(gòu)力學、混凝土結(jié)構(gòu)等課程奠定良好的基礎(chǔ)。

結(jié)構(gòu)力學則是力學以及土木工程等專業(yè)的更為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，是一門為設(shè)計實際工程結(jié)構(gòu)提供理論依據(jù)和計算數(shù)據(jù)的課程。材料力學和結(jié)構(gòu)力學這兩門課程在土木工程專業(yè)中占有非常重要的地位，同時又是該專業(yè)碩士研究生的考試課程之一，課程中許多地方有著幾乎相似的知識體系內(nèi)容，但又因研究的結(jié)構(gòu)體系的復(fù)雜程度不同而有差異，若能將兩門課程深入研究，在講解結(jié)構(gòu)力學課程的同時將兩門課程知識內(nèi)容相互滲透與融合，完成課程間的銜接過渡、交叉與融合，完成在學習新的知識內(nèi)容的同時又能進一步理解原有基礎(chǔ)知識的內(nèi)容，實現(xiàn)兩門課程的融會貫通，從而可以取得良好地教學效果。

1 材料力學與結(jié)構(gòu)力學課程的不同與相似之處

材料力學主要研究簡單構(gòu)件的強度、剛度以及穩(wěn)定性的計算原理和方法而結(jié)構(gòu)力學則是研究復(fù)雜構(gòu)件體系相同方面的計算，所以結(jié)構(gòu)力學要研究結(jié)構(gòu)的幾何組成分析。

材料力學是基礎(chǔ)課程，它為更多的不同工科專業(yè)奠定基礎(chǔ)，如機械設(shè)計與制造、材料成型、機械電子工程、土木工程、化工機械、軌道交通等眾多專業(yè)都以此課程為基礎(chǔ)，因此該課程內(nèi)容涉及范圍廣泛，變形桿件的變形復(fù)雜，相應(yīng)的不同變形下的內(nèi)力以及位移計算復(fù)雜，甚至包括各種組合變形形式下的內(nèi)力和位移計算，雖然構(gòu)件體系簡單，但變形復(fù)雜多樣。因此不同變形形式下的內(nèi)力、應(yīng)力以及位移計算各有不同。

結(jié)構(gòu)力學是工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，只有少數(shù)專業(yè)開設(shè)結(jié)構(gòu)力學課程，如：土木工程、橋梁隧道、水工工程等專業(yè)，由于它更注重于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系在彎曲、剪切、拉壓這三種變形形式下的強度、剛度以及穩(wěn)定性的計算，相對于材料力學，涉及到的變形簡單，基本不涉及組合變形的計算，相應(yīng)的計算彎曲、剪切、拉壓變形形勢下的內(nèi)力以及位移的方法則更加具體靈活，相應(yīng)的方法也更加簡單多樣，所以應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學的方法來解決材料力學的某些彎曲及拉壓問題則顯得非常簡單，特別是材料力學中由于彎曲或拉壓引起的位移計算尤為簡單。

2 材料力學課程與結(jié)構(gòu)力學課程的相互融通

材料力學課程是結(jié)構(gòu)力學課程的基礎(chǔ)，盡管材料力學所提供的各種計算方法與結(jié)構(gòu)力學的方法相比顯得較為麻煩，但如果沒有這些最基礎(chǔ)的方法的奠定，后面的方法在學習的過程中理解起來會有一定的難度。如在材料力學中所提供的計算位移的方法雖然很多：（1）變形位移比較法；（2）實功方程法；（3）撓曲線微分方程法；（4）疊加法；（5）能量法的卡氏第二定理，雖然方法很多，但這些方法更具基礎(chǔ)性，分析和計算都較為繁瑣，有些還有一定的局限性。而在結(jié)構(gòu)力學課程中由變形體系虛功原理的虛功方程導(dǎo)出的計算位移的單位荷載法，則無論是任何因素引起的位移也無論變形體系的變形在什么變形范圍都可以解決。特別是應(yīng)用單位荷載法莫爾積分的圖乘法可以較為輕松的解決線彈性范圍內(nèi)荷載作用下的位移計算問題。不僅如此，各種廣義荷載因素如：溫度變化、基礎(chǔ)沉陷、材料收縮、制造誤差等眾多因素引起的位移計算都變得非常簡單。如果能夠掌握結(jié)構(gòu)力學中桿系結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算，那么解決單個桿件的內(nèi)力那也將易如反掌。所以學習好結(jié)構(gòu)力學對更好的理解和掌握材料力學的教學內(nèi)容起到很好的促進作用。只要老師在講解結(jié)構(gòu)力學的同時，與材料力學的知識內(nèi)容相互結(jié)合并比較，就可以完成兩門課程知識內(nèi)容上的融會貫通，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，還可以充分理解以往所學材料力學課程的知識內(nèi)容，使得兩門課程的知識內(nèi)容銜接自然流暢，完成材料力學和結(jié)構(gòu)力學兩門課程的完美結(jié)合，知識內(nèi)容的融會貫通。

【參考文獻】

[1]龍馭球，包世華，袁駟.結(jié)構(gòu)力學Ⅰ——基本教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2012.

[2]楊茀康，李家寶.結(jié)構(gòu)力學[M].4版.北京：高等教育出版社，1998.

[3]孫訓(xùn)芳，方孝淑，關(guān)來泰.材料力學Ⅰ[M].高等教育出版社.

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