固体力学范文10篇

固体力学范文篇1

关键词：工程力学；工程建设；实践应用

在我国的工程技术研究中，基础理论性研究占据着较为重要的作用。其中作为工程建设技术研究最为基础与核心的技术理论，力学知识特别是工程力学基础知识的应用，为我国的工程技术发展提供了不可替代的支持作用。因此我们结合当前工程建设的实践技术，以及工程力学的应用理论，开展了工程力学在工程建设中的实践应用研究。

1工程力学在当前工程建设中的实践应用研究

工程力学是力学知识在工程建设中最为常用与基础的学科知识，因此在当前我国的各类工程建设中得到了广泛应用。因此我国的工程建设技术研究人员，结合工程建设中的力学应用特征，将工程力学知识在工程建设中的实践利用进行了系统化研究。目前就实践应用而言，工程力学知识在以下工程建设中得到了广泛应用。（1）高层与超高层工程建设。随着我国城市建设的开展，各类高层与超高层建筑建设数量，正在不断地增加中。而在高层与超高层建筑施工与使用过程中，工程力学的应用对于工程安全与质量保障起到了不可忽视的作用。（2）能源工程。能源工程建设是我国未来发展的重点工程，也是决定国计民生的重点工程。在能源工程应用中我们发现，无论是电力、石油、风力，甚至是核能工程建设中，工程力学知识都得到了广泛应用。如核电厂工程施工中，工程力学技术的应用，极大地提高电厂反应堆外壳的稳定性与坚固性，进而很好地提高了核电厂工程安全性。（3）水利工程建设。水利工程在我国电力与农业发展中，起到了不可忽视的作用。在我国大中小型水利工程技术研究中，工程力学也得到了有效应用。其中长江三峡水利枢纽工程建设中，就广泛的应用了水工力学、通航水力学、河流动力学问题、岩基力学等各类力学与工程力学基础知识，确保这一伟大工程的顺利完成。（4）国防工程。在我国的国防工程建设中，无论是武器基地、机场等国防基础建设，还是各类导弹、飞机、舰船等武器研究建设中，工程力学都发挥了不可忽视的作用。因此力学与工程力学知识基础探究，将会为我国各类工程建设质量提升，提供有效的理论支持，这也是我们此次研究开展的基础。

2工程建设中常用的工程力学内容

工程力学是一门历史悠久、构成复杂的力学学科，其所包含的副学科理论对在工程建设中可以起到不同的技术支持作用。（1）土力学与岩体力学。土力学与岩体力学是工程力学研究的两个重要基础学科。在工程建设实践过程中，两门学科主要应用于工程地基、钻探、地下开挖以及地下交通等各类工程的应用中。如在当前高层与超高层建筑施工中，深基坑施工技术得到了广泛应用。在深基坑挖掘与支护过程中，土力学公式发挥着重要作用。技术人员需要根据不同土质力学特点，进行计算，进而确定挖掘与支护方案，确保深基坑稳定性。而在地下挖掘施工中，技术人员需要根据地下岩体结构特征，进行其力学特征分析，提高地下工程岩体稳定性，避免塌方、渗漏等事故的出现。特别是在地下轨道交通工程施工中，技术人员需要很好的结合土力学与岩体力学工程，在地下交通隧道、车站以及地下配套设施工程施工中，发挥其技术支持作用。（2）连续体力学到理性力学的发展。连续体力学是研究工程中各结构物理力学特点的力学理论，如建筑中梁结构刚度与强度；柱结构力学稳定性；建筑各结构变形问题产生和力学的关系等，都是这一学科研究的重要内容。但是随着连续体力学研究的推进，这一学科中各类结构模型与公式都出现了不自然的问题，影响了其技术理论作用。因此物理力学研究者以现代数学为基础，在上世纪中页提出了理性力学观点，并将其与连续体力学进行结合，提出了理性连续体力学的新体系。这一体系对于建筑结构整体以及各结构间力学特性与稳定性研究提供了有力的支持作用。（3）固体力学研究的发展。固体力学是工程力学的一个重要组成部分，也是工程建设中应用最为广泛的力学知识体系。其主要组成包括了材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、复合材料力学以及断裂力学等基础学科。其中以材料力学、结构力学、弹性力学为基础的建筑力学，是当前土木工程建设中应用最广，研究最多的工程力学内容。如在工程建设技术研究中，材料力学的研究可以确保施工材料韧性、抗压强度、稳定性等数据符合建筑设计方案与实际使用要求，进而保证建筑施工与使用的质量。而结构力学则是在建筑结构设计中，利用力学原理确保建筑结构稳定安全。弹性力学则是在材料弹性基础上，为建筑的抗震、抗压性能提供保障。（4）计算力学理论的提出与应用。计算力学是建立在计算机计算技术与工程力学基础上的一门力学学科。其主要包括了基础计算力学与工程计算力学两个分支。其中后者是对于工程建设起到了主要的技术理论支持作用。其构架包括了建筑力学、离散化技术、数值分析和计算机软件技术。其主要作用就是通过计算机软件，使用离散化技术和数值分析方法，对建筑结构进行分析、检测以及优化的技术手段。（5）其他工程力学学科简述。随着力学研究以及工程技术研究的不断进步，工程力学中还产生了一些其他的学科理论，如静力学与动力学、可靠性力学、概率有限元法等分支理论，都在工程技术研究中起到了一定作用。如在静力学与动力学研究中，我们形成了静结构力学与动结构力学概念，进而为建筑结构稳定研究提供了新的力学理论基础。（6）工程力学实验室研究。工程力学作为一项重要的技术理论学科，其在工程技术中的应用与实验室研究有着不可分割的关系。如材料力学实验室研究，可以验证建筑材料是否达到建筑技术要求，进而确保建筑材料的使用质量。

作者:李磊 单位:成都理工大学环境与土木工程学院

参考文献：

固体力学范文篇2

摘要：水沙流泥沙悬浮动理学

1影响泥沙扩散系数的因素

在基于传统的连续介质假说的各种理论中，泥沙扩散系数的确定仍依靠半经验处理。然而，这种近似不足以给出令人满足的物理解释。例如，实验结果表明[53～55，颗粒的物理属性(如颗粒直径和密度等)都对颗粒扩散系数εs有明显影响，但以前的理论都不能将这些影响直接地考虑在内。颗粒物理属性的影响经常被含糊不清地归结于不同的颗粒沉降速度。事实上，沉降速度的变化大多反映的是颗粒物理属性对颗粒确定性运动的影响，而不是颗粒在紊流中的随机运动。在探究一个协振圆柱系统中的颗粒垂线分布紊动影响时，Rouse发现当格栅振动频率f相应变化时，泥沙颗粒扩散系数εs随颗粒直径变化[53。颗粒直径越大，泥沙颗粒扩散系数(见图1)也就越大。Coleman从他的水槽实验中也得到了同样的结论[54。所有这些结果表明，颗粒扩散过程或多或少地和紊动交换过程有所区别。看起来似乎更大的颗粒对应更大的沉降速度，并因此而有更大的扩散系数εs。然而，后来更精确的测量并不支持这种观点。用和Rouse相似的设备[53，邵学军发现[55，虽然在紊动较强时，εs随粒径增大而增大，但在紊动较弱时恰恰相反，εs随粒径增大而减小。图2和3的实验结果表明，在颗粒物理属性如何影响颗粒悬浮这个新问题上也许存在更深刻的机理。例如，颗粒群的存在将影响整个紊流结构，而不仅仅是单个颗粒的沉降速度。

建立颗粒群对紊流场影响的清楚图画依靠于对紊流自身的合理理解。紊动可以看成是许多具有不同特征频率的微小扰动的叠加，或者是不同特征尺寸的涡漩的叠加。然而，不能期望所有的脉动(或频率)都会影响颗粒的运动。换句话说，不同物理属性的颗粒会影响不同频率的涡漩。实际上，甚至在单相液流中，Philips也认为并不是在所有频率范围的率动都对雷诺应力的产生有贡献[56。假如以雷诺应力为例，则的大小取决于满足沿平均流速方向的速度分量恰好和当地平均速度一致条件的脉动。

对流体和颗粒脉动速度(v''''和vp'''')进行傅立叶转换并定义颗粒和流体振幅间的比例，Hjelmfelt和Mockros发现颗粒只受具有较小特征频率涡漩引起的随机力的影响[57。颗粒越大，它们响应的频率越小。Murphy和Aguirre以及Lee和Durst在分析紊流中颗粒的频率响应时也采用了同样的方法[58，59。从这些探究可以看出，颗粒仅响应特征长度L大于或等于颗粒直径的涡漩，也就是说，颗粒速度的特征频率依靠于涡漩特征频率的某一非凡部分。因此，前文(Ⅰ)中公式(1)中的tm可以解释为相应于和颗粒具有相同尺寸D的涡漩的特征时间尺度，也就是特征频率的倒数。看来当单独讨论颗粒时，尺寸L＜D的涡漩的功能可以忽略。因此，新问题变成了怎样把泥沙扩散系数εs和颗粒物理属性关联起来，这正是在以前的探究中最困难的也是被忽略了的方面。

为了解释这种耦合和颗粒悬浮机制，Zhou和Ni在对基本的动量方程和连续方程进行系统分析的基础上作了考察[60。悬浮颗粒对紊流的影响被视为对具有相同深度的等价清水紊流的扰动，并用扰动分析对紊流和悬浮颗粒间的物理过程进行了定量描述，结果从运动方程直接获得了颗粒垂线分布统一公式。对于一级扰动，液相和清水紊流一样遵守雷诺方程；对二级扰动，可以得到一个支配浓度分布的运动方程，它是一级紊流影响的直接结果；并且在二级扰动时可以得到一个控制方程，用以描述浓度对平均速度剖面的影响。分析中扰动参数取为接近床面的参考层y=a处的体积浓度。由于分析中的一些泰勒级数展开只在a＜y＜H范围内有效，所有Zhou和Ni得到的结论都应限制在此范围之内[60。

2两种类型的垂线颗粒浓度分布

实测资料表明，颗粒垂线分布最少有两种模式(Ⅰ型和Ⅱ型)，Ⅰ型就是最常见的分布形式，颗粒浓度从流体表面的最小一直增加到床面的最大[61；Ⅱ型分布则显示最大浓度值出现在床面的上方。尽管传统的探究都集中在Ⅰ型，但许多实验测量都表明了Ⅱ型分布形式的存在[62～67。图4和5列出了Ⅱ型的一些分布形式。有关哪种模式是普遍的，哪种模式是测量错误引起的争论看来已无必要。Ⅱ型已经被普遍接受，只是还有如下新问题存在摘要：(1)是什么原因引起含沙水流中存在Ⅰ型或Ⅱ型两种分布形式?(2)怎样描述Ⅱ型的分布?一般说来，影响因素可能包括颗粒属性、流体特征和边界条件。困难是怎样才能把所有这些因素综合进一个合理的理论框架。不幸的是，上述那些基于连续概念的理论几乎没有一个能解释这样的物理过程。此外，Ⅱ型浓度分布也并不是只出现于某些跃移过程和高含沙水流中。事实上，在不同的条件中，Ⅰ型和Ⅱ型都可能找到。两种颗粒浓度垂线分布类型的分类和解释不仅在学术上有很大意义，对于工程上非常关注的泥沙输移率的计算也非常重要。Ⅱ型分布和近壁区的单颗粒运动有很大联系，因此应该有潜在的方法能适当地描述这样的过程。

以前的理论和模型大多都建立在连续介质理论的基础上[68，69。连续介质理论，正如它定义的那样，要求把许多的颗粒包含在一个微元体中。对液体来说，由于它由小尺度的分子组成，这种假设基本上是合理的。过去，这种理论也广泛用于含沙水流的探究中，这时假设离散的颗粒相仅仅改变连续相的流动特征，这意味着大部分的流体力学相关结果能在稍作修改后直接应用。然而，必须注重的是，假如是尺度较大的离散颗粒，在低浓度固液两相流中存在很少颗粒时，连续介质假定几乎不可能保证合理。此外，连续介质理论也不足以解释稠密固液两相流中颗粒间的相互影响。

由于连续介质理论在描述离散颗粒运动方面存在的缺陷，对固液两相流系统又发展了其它的方法。作为一个微观方法，动理学方法被成功地应用于气固两相流的探究，在这里固体颗粒和气体分子是主要考虑的对象。Boltzmann方程描述了颗粒的运动[8，9，70，宏观特征可直接从微观信息的统计平均获得[5。

动理学方法从微观角度着手，考虑颗粒的随机运动(包括气体分子和固体颗粒)。一旦颗粒的速度分布函数被确定，即可获得各方面详尽的信息。一般说来，分子和固体颗粒的主要区别是摘要：(ⅰ)分子有热运动并且它的温度能表征它的动能，而固体颗粒不能自己移动，它们的温度也不代表其动能；(ⅱ)分子是具有相同弹性的球体，在碰撞过程中没有能量损失，而固体颗粒则完全不同；(ⅲ)固体颗粒的尺寸经常比分子大好几个数量级，也就是说颗粒体积的影响必须考虑。

含沙水流经常按照单一流体的模式[71，72或两种流体的模式[73，74进行探究。对实际工程新问题单一流体模型比较简单，但在含沙水流中用于描述颗粒和紊流的相互功能不大合适。在双流体模型中，颗粒相被假定为第二种流体，依靠一些闭合模型如颗粒剪应力、离散、动能扩散等辅助求解。从连续介质理论的观点来看，流体和离散的固体颗粒都被视为连续介质，各有其相应的密度。尽管如此，有时很难从稀相流体中的固体颗粒间找到连续介质中流元间所具有的那种密切联系。因此，应该对颗粒相发展更为高级的模型[21。一种在描述两相流方面很有潜力的方法是，类比气体分子运动论，基于颗粒运动的速度分布函数求解颗粒浓度分布。这种方法也许能导致精确解的获得，但目前仅限于简单的流动[12，75～77。

固液两相流的动理学方法建立在Boltzmann方程的基础上[11。注重到一般的气体运动理论的平衡状态是相应于分子碰撞的统计平均平衡，王光谦和倪晋仁为固液两相流中的颗粒平衡态假设了一个相似的定义，描述了颗粒运动的稳定态以及颗粒和四周流体的相互功能[11。对于稀相稳定的固液两相流，颗粒间的碰撞很少发生，可以视其为稳定态。这种环境中，在颗粒运动的稳定条件下，可从Boltzmann方程解得剪切流的颗粒速度分布函数[11。通过对固气系统中颗粒运动速度均方值和固液系统中摩阻速度均方值的简单类比，可得到颗粒速度分布函数和相互功能力的关系。由于考虑到颗粒和颗粒碰撞及粒壁碰撞的复杂性，引入综合升力的办法从而推导出颗粒浓度的垂线分布。在不同的受力条件下，Ⅰ型和Ⅱ型分布都可以得到很好的描述。对该理论曾用相关的实测Ⅱ型分布作了专门的比较，此理论以合理的方式给出了当前存在的两种浓度分布类型的机理说明。不同的分布形成主要和流体对颗粒施加的不同升力、颗粒和颗粒的碰撞以及边界条件有关。

一般情况下，精确的分子描述将碰到更多的数学困难。因此，数值模拟将成为获得微观信息的主要方法。以往在这方面已经作了一些努力，有人用离散Boltzmann方程的方法直接分析颗粒的悬浮[78～80。综合连续介质理论在流体力学中的成功应用和动理论对固体颗粒的具体描述，王光谦和倪晋仁提出对不同相结合连续介质理论和动理学方法来描述固液两相流系统[12。这时，数值方法将可能建立在分别对流体和固体颗粒进行欧拉描述和拉格朗日描述的基础上。

动理学的其它有潜力的应用是在稠密固液两相流(或高含沙水流)探究方面。这种流体中，颗粒间的碰撞对悬浮颗粒的支持功能比来自流体脉动的支持功能更大。颗粒运动的本质改变不可能通过对稀固液两相流探究结果的简单修正来识别。流体的流变特征将被极大地改变，并且一些非牛顿体的特征必须合理考虑。迄今为止，高浓度固液两相流的探究进程并不令人鼓舞。可以相信，动理学方法的引入将有益于加深对颗粒垂线分布细节的理解。同时也应该注重到，考虑大量颗粒的相互功能也会带来新的困难。

4结语

1.在对含沙水流中悬浮颗粒垂线分布的探究中经常用到传统的连续介质假设和对离散颗粒的类似于气体分子运动的描述。前者成功地应用于流体力学中，但不适于描述颗粒间的相互功能，因为颗粒的尺度比液体分子的尺度大得多。后者恰好适于处理单个颗粒的运动，颗粒间以及相间的相互功能。一个描述固液两相流的有潜力的方法是，液相仍基于连续介质进行描述，而固相则基于动理学方法，只是应合理地考虑两相的相互功能。

2.颗粒垂线分布至少有两种典型剖面。Ⅰ型已经被普遍接受并基本上能被一般的理论解释，但Ⅱ型几乎被忽略并且很难由以前的理论作出解释。对Ⅱ型分布的合理描述有赖于对单颗粒运动、颗粒间相互功能以及紊流近壁动力学的充分理解，这对将来的探究有很大意义。

3.动理学方法的一个有潜力的应用领域是高浓度固液两相流，在这种流体运动中颗粒之间的相互功能成为主要的机制。

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[77Coimbra,F.M.,andRangel,R.H.,GeneralsolutionoftheparticlemomentumequationinunsteadyStokesflows,J.FluidMech.,Vol.370,1998,53-72.

[78Ladd,A.J.C.,NumericalsimulationsofparticulatesuspensionsviaadiscretizedBoltzmannequation,Part1摘要:Theoreticalfoundation,J.FluidMech.,Vol.271,1994,285.

固体力学范文篇3

关键词：工程流体力学；线上线下混合模式；富媒体教学；专业认证

“工程流体力学”是石油工程学科油气储运工程、石油工程、海洋石油工程专业的基础课程[1]，其学科的应用价值愈来愈广泛，渗透性越来越强，与所有石油工程专业基础和专业学科之间都存在交叉，在学生知识能力培养和知识体系结构中起着承上启下的作用。该课程理论性较强且涉及实际复杂工程问题较少。传统的满堂灌式教学缺乏对学生能力的针对性培养，造成毕业后对复杂工程问题的分析能力欠缺，而在工程教育认证背景下，学生应在课程学习中逐渐具备分析复杂工程问题的能力，这对教师教学提出了更高的要求。针对这一问题，为满足石油学科各专业培养学生实践能力的需要，东北石油大学将理论基础和工程实际问题相结合，以培养高水平石油工程师为目标，完善优化工程流体力学的教学内容和授课方式[2-5]。“工程流体力学”是一门理论性较强的工程应用基础课程，主要教学目的是使学生掌握流体力学的基础知识，并能利用流体的流动规律解决石油工程等方面的实际工程问题。由于石油工程中流体流动类问题在实际工程中包含了微观、介观和宏观多个尺度，所以在教学内容把握上，教师要以宏观常识为基础，再切入介观和微观，以防学生只理解数学模型，而不懂如何应用。同时，在教学方式上，教师要采用线上线下混合式教学；重视基本理论与工程实践相结合，运用富媒体技术和手段，激发学生学习和创造的热情，进而优化教学效果，促进学生对流体力学专业知识的理解，为日后从事工程和科研工作打下坚实的基础。

一、线上线下混合式教学

随着“互联网+”的日益发展，现代社会已经进入信息化与数字化时代。对现代高等教育来说，目前传统教学模式中的教学理念、教学方式、教学手段、教学方法等都已经受到了严峻的挑战。线上资源主要以视频、音频、课件为主，资源丰富，对于某个问题可以多次反复学习，直到学会为止；学习之后有对应的章节测试，用于检测学习效果，针对性较强；另外学习不受时间、地点的限制，节省时间；同时锻炼了学生的自学、独立思考、分析问题、解决问题的能力。该课程于2019年年底在超星学习通平台已经建成慕课。该慕课共包含7章49个视频98个任务点，单个视频时长在5~15分钟之间，视频总时长超过400分钟，每个视频对应有章节测试，测试题型包括选择、判断和填空。2020年上半年东北石油大学充分利用超星学习通平台开展线上教学，并配合腾讯课堂开展直播教学。在课下，学生利用业余时间观看视频并进行课后测试，课上教师主要概括总结知识点，对于难点和重点着重讲解，并有针对性地做一些习题以巩固基本知识点，加深学生对基本理论和思想的理解，起到了答疑解惑的作用。但是线上学习通存在一些不足，比如：缺少教与学的互动（虽然线上学习有讨论环节，但是提问与回答不能保证同步，也不能保证所有学生参与进去）；缺少实践性环节（动手亲自做实验需要线下实验课来弥补）；线上信息量大，学生抓不住重点；缺少同学间的竞争等。这些问题在线下课堂教学中得到弥补。学生普遍反映线上教学和线下直播有机结合效果特别好。由于线上学习时间较长，所以需要调整课程成绩构成。经课题组商讨，总成绩构成如下：平时成绩占60%，期末试卷成绩占30%，实验成绩占10%。平时成绩构成：超星学习通观看视频时长占20%，超星学习通小节习题测验占10%，期中测验占20%，单元作业占20%，课程讨论占10％，其他表现占20%，按百分制计分。期末考试题型包括选择题、判断题、填空题和计算题，由超星学习通平台题库随机组卷，通过腾讯会议开展监考以完成期末测试。期末测试完成后，主观题由任课教师单独批阅，客观题由慕课平台自动批阅，这样做保证了批阅过程的准确性和时效性。线上学习与线下课堂相结合的混合式教学模式是当今高等教育发展的必然趋势。通过优秀教学资源的建设，达到建设优秀教师团队的目的，使教师能够逐步深入了解学生对于课程重点和难点的掌握情况，也使教师逐渐适应多样化、个性化的学习要求，逐步完善教学资源，满足众多不同专业学生的需求。

二、基本理论与工程实践相结合

理论就是用于指导实践、解决工程问题的，“工程流体力学”的理论在石油工程领域的应用是非常重要的。由于油气水从井底到井口、从井口进入到管线，不同集油流程流体的流型、流态，流体在管道中流动的流速、流量的计算，在联合站油水分离以及储油罐静压力和总压力的计算，外输管路水头损失的计算，泵站位置的确定等都少不了“工程流体力学”知识。所以教师在授课过程中，将“工程流体力学”理论与现场应用结合起来，让学生明白所学知识的重要性、针对性、关联性和应用性。比如：在讲解流体静力学时，利用静压和总压计算公式，计算井筒内井底压力，计算油气储罐壁面和底面压力用于储罐的强度校核，油气管道上阀门受力等工程实际问题。在讲解流体运动学时，主要分析流体在井筒内流动规律、管道内油水两相或者油气水多相流动形态和状态等，为管路设计中压降的计算奠定基础。对于流体动力学这块，主要以输油管道中的泵和流量计算为研究对象，结合伯努利方程和实际工况计算选泵功率和流量，为长输管路设计中泵站的选取提供依据。在讲解孔口和管嘴出流时，用于计算储罐泄漏时的瞬态和稳态流量、泄流放空时间等。另外，课程理论的讲解不仅要与工程实际结合，而且还要适当增加思政元素，例如当讲解水击现象时，可以以课程思政的方式介绍米勒德冷藏服务公司制冷系统水击导致液氨泄漏事故的原因及带来的危害，从而让学生提高安全、环保以及职业规范意识。在讲解流体力学发展史时，通过介绍达芬奇，使学生了解更多关于流体力学相关的趣闻，从更多的维度来重新认识达芬奇，激发学生的学习兴趣，使学生树立正确的世界观、人生观、价值观。另外，单纯讲解也不直观，有时难免枯燥、乏味，这就需要添加更多的富媒体在里面，使之生动具体，让学生容易理解，印象深刻。同时教学过程中，任课教师可以拿出几个实例，例如可通过设计开放性作业、调查报告等手段实现。让学生分组设计，设计形式和结果由学生课下分组讨论共同完成，课上由一名学生单独讲解，其他学生也可以补充说明，最后由教师作点评和拓展，这样不仅锻炼了学生的自学能力、语言表达能力，同时还活跃了课堂氛围，发挥了学生的主观能动性，加深了学生对知识点的掌握。

三、教学过程引入计算流体动力学软件

随着工程仿真软件的发展，许多流体力学问题更加直观、逼真地展现在我们面前，其视觉效果好，便于理解流动机理。教学中适时引入计算流体动力学软件，可以增强学生的学习兴趣，使其将注意力集中在课堂上，大大提高教学质量。“工程流体力学”课程本身概念多，而且内容抽象，公式推导复杂，学习起来较其他学科难。例如，讲解流线是描述流场流动方向的曲线，流体流经圆管突然扩大管、突然缩小管、弯管以及三通中流体流动流线的形状、疏密，画法等均可以通过Fluent软件模拟出来。卡门涡街也是Fluent模拟中具有代表性的一个，随着时间的变化，流体流经不同形状固体物时后面产生的涡在不断变化。同样流体在两个平行平板中的纯剪切流、泊谡叶流和库特流的流场也可以在Fluent软件中实现。从数学模型的建立、网格的划分、物性参数和边界条件的确定，再到最后数值计算，结果的后处理，操作简单，学生课下可以自己尝试，变换初始条件和边界条件，观察流场的变化规律，分析问题解决问题，让学生逐渐对流体流动产生兴趣，养成独立思考的好习惯。流体计算仿真软件不仅仅有Fluent软件，还有Comsol、polyflow、Xflow等，每一种软件有自身的优点和适用性，针对不同问题选用不同类型软件，例如polyflow软件适用于模拟粘弹性流体的流动。作为一线教师，本文给出了“工程流体力学”课程在石油工程专业教学过程中的几点建议。并针对不同的专业，对“工程流体力学”的教学内容进行适当调整，使学生在熟练掌握“工程流体力学”相关知识的基础上，掌握系统性思维等逻辑思维方法,掌握实验设计、工程推理、数学建模、工程经验提炼的技能与方法，应用“工程流体力学”的基本原理表达、识别和分析石油工程领域相关的复杂工程问题，同时培养学生认知实际油田工程中复杂的流体流动的工程问题，使他们具备分析问题、解决问题的能力，为学习后继课程和从事石油工程领域专业技术工作奠定基础。

四、结论

1.采用线上线下混合式教学，将学生课下自学与教师课上精讲相结合，锻炼学生自学能力和自我约束能力，真正体现以学生为中心，以产出为导向的工程教育认证理念。课程体系设置更为合理，教学的设计、内容的取舍、教学环境的安排及部署，每一部分都经过充分的考虑。2.将理论与实践相结合，将工程领域实际问题融入到日常的授课讲解过程中，让学生明白如何应用理论去指导实践，如何将理论与工程实践相结合，如何在实践中校正理论结果。3.线上和线下课程中多引入一些计算流体动力学软件模拟的内容，给学生视觉冲击，用科学的魅力吸引学生的注意力，激发学生的学习热情和兴趣。

参考文献：

[1]杨树人,汪志明,何光渝,等.工程流体力学[M].北京：石油工业出版社,2006:1-162.

[2]谢翠丽,倪玲英.《工程流体力学》本科课程引入CFD教学的探讨[J].力学与实践,2013(3).

[3]张引弟,廖锐全,李元凤,等.《工程流体力学》课程考核方式的教学改革与实践[J].西南师范大学学报(自然科学版),2015(4).

[4]朱智莹.《工程流体力学》教学方法探讨[J].教育教学论坛,2017(2).

固体力学范文篇4

关键词：力学；航空航天；发展前景；具体作用

力学是物理学中重要的课程之一，对于人们科技的发展提供了很多重要的理论，对于航空航天事业的发展来说也是一样，在这方面力学是发展的基础，它们之间相互帮助共同发展,力学的发展可以促进航空航天事业的不断进步，而航空航天事业的不断发展可以对力学理论进行不断的完善。二者在不断探索的过程中，发现问题然后解决问题，最终二者都得到了发展。

1力学在航空航天事业中的发展前景

1.1力学是航空航天事业的技术支撑。力学在物理学课与科学技术领域的发展过程中都发挥了难以替代的作用，是能源领域、材料学领域、以及航空航天事业领域的重要基础学科。值得注意的是力学在航空航天事业发展中的地位更是难以表达的，可以说没有力学理论的不断发展，就没有当今的航空航天事业，力学理论的不断发展和完善，促进了航空航天事业的不断发展与进步，对航空航天的事业发展有着非常重要的意义。同样的在促进航空航天事业不断发展的同时，力学也能在这样的过程中，发现问题，解决问题，发现自身理论的不足之处然后进行完善，这也是对力学理论的促进与发展。在航空航天事业整体的发展规划中，得到了力学分支理论的大力支持，总体的来说对力学的分支进行分类主要包括一下几个部分：材料力学、空气动力学、结构力学、振动力学、气动动力学、损伤力学、复合材料力学等等。在航空航天事业的不断发展过程中，也促进了力学几门分支学科的产生，这样是对力学的不断完善，让其更好的为人们事业的发展提供帮助。1.2力学与航天航空技术之间相互促进相互发展。力学的不断发展离不开航空航天技术在不断发展过程中，对问题的研究与分析。在实践中发现问题然后解决问题能够最快的对理论成果进行完善和改进。对于航空航天的技术发展来说是一个非常复杂的过程，涵盖了目前已知的工程类别，目前所有力学理论成果在这门技术的发展过程中都可以得到验证和应用。随着航空航天技术的不断发展，力学的理论成果必然会进行不断的完善，然后为航空航天的事业发展提供更多的科学研究领域。

2空气动力学对航空航天事业发展前景的影响

2.1空气动力学的具体内容。我们都知道，人是离不开空气的，人们的生活方面都和空气有所联系，对于空气动力学的研究，目前的很多人都不是特别了解。对于空气动力学来说是力学的一个分支，而这门学科在航空航天领域的应用非常广泛，正式因为这门学科的发展和完善，才有了后来航空航天事业的发展和成功。自控飞机成功问世之后，空气动力学就受到了相关工作技术人员的高度重视，工作技术人员们也是加强了对空气动力学的探索研究力度。在对空气动力学进行探索和研究的过程中，工作技术人员们遇到了很多的难题，但是经过工作技术人员们的不断努力，这些问题都被一一的解决了，在这样的过程中空气动力学的相关理论也是被不断的改进和完善。空气动力学者所以被飞机的研究人员高度的重视，那是因为这和飞机在飞行的过程自身的状况有关，飞机的飞行的过程中飞机周围的气流状况和飞机机身的受力状况对飞机的稳定飞行来说非常的重要。为了让飞机的飞行状况变得更加稳定，还有就是让飞机的发展领域变得更加广泛，相关的工作技术人员就加深了对空气动力学的研究，这不仅促进了力学的发展和完善，同时也促进了流体力学的发展和完善。2.2空气动力学的具体研究成果。随着相关的工作人员的不断努力，航空航天领域的研究和力学理论以及相应的分支学科都得到了很大程度的完善和发展，还有就是随着国家和人们需求的不断增加，对航空航天事业方面的发展需求也是不断增加，国家需要先进的航空航天技术来保证国家的强大，只有这样国家才能够在世界中站稳脚步。对于人们来说需求稳定的飞行交通来方便他们出行，随着人们生活的不断提升，乘坐飞机的频率也是越来越高，为了满足国家和人们在航空航天领域的不断需求，相关的工作技术人员进行了不断的努力。经过人们的不断努力在航空航天技术方面取得了非常大的成就，在四十年代中期到五十年代这一时间段，相关的研究人员在可压缩空气动力学这一领域取得了喜人的成就，同时根据这一理论成就，相关的技术研究人员实现了超音速飞行这一技术，突破了声屏障，具体的来说在美国和苏联研究的喷气式飞机中MIG-15和F86中都应用了这样的理论技术。然后就是后来的、法国魅影3、美国的F4、以及苏联的MIG21都应用了最先进的超音速飞行技术。

3结束语

综上所述，力学对于航空航天事业的发展来说起到了至关重要的作用，在航空航天技术应用的各个方面都有体现。随着航空航天技术的不断发展，给国家还有人们都带来了巨大的好处，所以说航空航天技术的不断发展对国家和人们来说非常重要，而要想航空航天技术发展的更好，那么就要不断加强力学理论和其相应的学科分支在这一领域中的应用。

参考文献：

[1]冀潇.浅谈航空航天飞船在太空行驶及返回地面的力学原理[J].科技风,2018(03):183.

[2]卢萍,孙凡,郝颖.固体力学的发展及其在航空航天工程中的运用解析[J].中国新技术新产品,2016(18):96-97.

固体力学范文篇5

一、国际化教育存在的问题

综合现状分析，目前高校推进本科阶段工程学科国际化教育普遍存在以下问题：1．因为有工作量系数的增加或其他激励措施，教师争相开设双语教学课，但往往名不符实，课件中出现几个英文单词，用中文讲解。2．为了评职称，教师争相写双语教材，但使用的却是中文式的英语，甚至还有很多错误。3．学生听不懂，干脆找本中文教材自学。4．培养体系不完整，只有零星几门用英语开设的专业课，普遍没有接收留学生的能力。英语作为国际通用语言，在国际化交流合作中作为媒介，有着很重要的地位。因此国际化教学应尽可能采用全英文或双语教学，有利于构建学生的英语思维模式、培养听说能力及用英文分析问题的能力。采用原版教材方便教师学习借鉴国外完善的课程体系，原版教材中还包含大量实例数据材料，这些内容不仅可以辅助学生理解深奥的知识原理，更能提升学生的创新能力、扩展国际视野并掌握分析方法[7]。为解决以上问题，推进重庆大学本科阶段工程学科国际化教育，我们针对性地提出了机械类高水平本科生国际化实验班教学计划，并采用加强与国外一流大学的交流与合作等方式推动教育改革与发展。

二、机械类高水平本科生国际化培养的创新措施

我们可以从国外直接把最先进的教学体系、教材、多媒体课件、作业、实验、考试全盘复制，再把我们的教师送出去培训，这样肯定可以快速实现国际接轨。但为什么不能直接照搬英美的本科教学呢？因为中国学生经过多年的传统应试教育，理解力、自学能力、动手能力都不适合英美教学模式；并且与英美国家文化上有差别，语言上也有障碍。新加坡国立大学是华人文化，制图也大都与中国一样是第一角画法（英美大都使用第三角画法），本科教育源于英国并根据华人的特点进行改良，更适合华人学生并已证明是成功的：他们用了不到50年时间就办成了国际一流大学（英国TIMES排名36）。更为重要的是新加坡的同行可以无私提供帮助（教师培养、教材等全部无私支持）。作为回报，我们可以提供优秀毕业生，教师可以在科学研究上相互合作。机械类高水平本科生国际化实验班主要完成如下计划：1．10%毕业生推荐去新加坡国立大学及国际一流大学攻读研究生，50%推免重庆大学的研究生，30%推免国内其他高水平学校研究生，10%进入国际公司或高水平研究机构；2．有条件的学生去新加坡实习；3．改革毕业设计（采用导师制、模块化）；4．实现全员奖学金（企业提供的奖学金面向实验班全体60名学生，并实行淘汰制）；5．完成传统培养体系与国际化培养体系的融合和匹配。

三、与现有的培养方案融合及匹配

机械类高水平本科生国际化培养方案必须与现有传统培养方案匹配和衔接。培养方案既满足教育部对政治理论课、文化素质选修课、军事训练课等的要求，又结合学分收费改革试点总学分不超过170及总学时不超过2100、实践性环节40学分左右（40周左右）的现状，还兼顾硕士研究生全国统一考试的课程，并参照国外著名大学机械类人才培养方案，最大限度地成建制、成体系引入国外课程体系、教学内容、教材、实验、多媒体课件、课程设计及毕业设计等。因为实验班大部分学生本科毕业后从事研究性工作，如10%左右的学生到国外著名大学（如新加坡国立大学）攻读研究生，80%左右的学生推荐免试攻读校内外硕士研究生，其余10%左右的学生到国际公司或研究所、设计院从事研发工作，因此必须掌握扎实、深厚的机械学科基础理论知识，如数学、固体力学、流体力学、热力学、材料学、计算机基础、机械基础及机械学科的前沿技术，并具有创新能力。与现有的机械设计制造及其自动化专业人才培养方案相比，实验班人才培养方案增加了数学课程，如“复变函数”和“数学物理方程”；加强了力学知识的学习，增加了“固体力学”、“应用力学”、“振动理论及应用”等课程；计算机应用能力进一步加强，增加了“计算机硬件基础”课程；强化了材料知识基础，如增加了“材料工程基础”和“工程材料”两门课程；扩充热力学知识，开设了“工程热力学”和“传热学”；引入了机械学科的前沿技术，如增加了“微系统设计与应用”。同时，在培养计划中，有22门课程体系引入了新加坡国立大学工学院机械系的课程设置，并与新加坡国立大学协商，每年派4名教师到新加坡国立大学工学院机械系进行了相关课程进修学习。同时新加坡国立大学派这些课程中的部分教师来我校讲授示范课程。作为补充，对22门之外引入的其余课程，采用英文教材，并结合学校的教师出国培训计划，到欧美著名大学机械系进修培养。在实践性教学环节的设置上，将原来的“毕业设计”改为“综合论文训练”，从而注重了创新思维、研究能力的培养。另外，实验班采用配备导师制，进一步强化了学生的科研工作能力。下图中字体为加粗斜体的课程是与现行传统培养方案相比所增加的课程。其中，26门课程引入国外高水平大学原版教材，采用英文教学。总之，实验班人才培养方案的突出特色是：具有扎实的机械学科基础，按专业大类培养（口径宽），从真正意义上实现了“厚基础、宽口径、研究型和创新型”的人才培养目标。

四、高水平本科生国际化实验班学生选拔

根据机械类本科生公共课、基础课的开课时间要求，一年级的课程设置主要为政治理论课、高等数学、物理、英语、军事训练等。因此，实验班培养计划中第一年所修的课程与其他平行班的课程设置完全一致。实验班学生的选拔工作将在第二学期考试结束后进行。以“机械设计制造及其自动化”专业学生为主（该专业每年招生370多名），并欢迎学院其他专业（如机械电子工程、车辆工程、材料成型及控制工程、工业工程）的同学参加。主要参考一年级所学的主要课程成绩，并加试英语听力、口语、阅读和写作。最后通过专家综合考评选择60名品学兼优的学生进入实验班（需要学校教务处给予支持和配合，因为可能涉及少部分学生转专业、学生行政班调整、组建新的实验班等问题）。

固体力学范文篇6

1有限元法的概念及发展

有限元法是在20世纪诞生的。有限元法的概念就是通过应用比较简单的问题来代替比较复杂的问题之后再进行求解，将求解域看作是由很多比较小的有限元连接而成的并且具有一定联系的互连子域组成的，用一个比较合适的近似解来进行推算和演绎，得出总域的满足条件。但最后得出的结果不是准确解，而是近似值。因为很多实际问题都不能通过一定的解决方法得出非常准确的结果，有限元法相对能够准确计算问题的解，并且对各种各样复杂的情况都能够适应，因此，有效元法在工程分析手段中是一个比较有效的方法[2]。随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法已经在计算力学和计算工程领域中广发应用，解决了许多工程分析的难题，在给出的定边界条件下解决控制方程的问题。比如，最常见的固体力学中位移场和应力场问题的分析、电磁学中的电磁场分析以及流体力学的流畅分析都能够应用有限元法进行解决。有限元法在机械设计中做出了一定的贡献，对机械企业的发展有很大的促进作用，能够更好地促进社会的发展，推动我国经济的可持续发展。

2有限元法在机械设计中的应用

2.1模型简化和单元格划分。模型简化是在一定程度和范围内对不会给模型整体造成非常大变化的部分进行去除。例如，机械设备中的圆角或者倒角都可以用这种方法进行去除。而进行模型简化的根本目的就是防止这些因素对机械单元格的整体质量造成不良的影响，特别是在运算比较大的情况下这些影响因素会使分析结果比较难收敛。模型简化在计算过程中是有一定意义的，还能够提高计算的效率，使计算过程更加简洁，同时对计算结果的准确性也没有很大的影响。例如在对橡胶衬套的径向裁剪的过程中，对其固定和形变进行分析，增加径向不带孔的方向适当地增加力度，并且保持加载速度。而单元格划分就是对整个机械模型进行离散处理，这样做的好处是能够帮助技术人员将模拟研究的规律从离散的数据中找出，并且依据不同机械模型需求来创建有限集合，从而确定设计结束后的采取和边界条件的确定[3]。2.2机械几何属性。设计人员应该对制造出的产品的几何属性进行分析，而几何属性也是创建相应的模型的依据。设计人员在制作模型之前应该对产品的几何属性进行定性分析。例如，机械中某些零件里的变化和热属性的研究。但不同的机械模型对创建条件也是不同的，因此设计人员应该根据实际情况，在最大限度内制造出最适宜的机械模型。已经制造出的机械模型应该创建才来参数，必要的情况可以借助电脑的拟合确定相对应的参数。2.3接触条件和载荷情况。机械模型中各个部分所构成的接触情况是对接触条件进行定义的依据。例如，在橡胶衬套的研究过程中，橡胶会因为受到力的压迫之后产生形变，这就是橡胶之间的接触。但是在压迫中，外衬套和内衬套作为一种刚体不会很容易地出现形变。模型材料和受力情况基本确定是接触条件进行定义的前提条件，并且随着边界条件和载荷条件的确立，有限元法的定义收敛发也应该进行确定。并且在已经完成定义的载荷情况，设计人员应该更加地严谨，将其带入作业中更仔细地处理也是不可缺少的一个步骤。同时，也应该利用现代的电脑技术定义单元类型。

3结束语

有限元法是一种比较高效率、准确度比较高的并且已经被机械设计领域广泛应用的计算方法，为一些比较难解决的问题提供了良好的解决途径，为机器实现高效、高速、高温、低耗和低成本的现代化发展提供了可借鉴的经验和前提条件，并且还能够提高机器的寿命和安全程度。在一定程度上推进了我国机械制造业的改头换面，推动了我国成为制造强国的进程。

作者:常豆豆 单位:运城职业技术学院

参考文献：

[1]潘伟,安鹏,车军平.机械设计制造及其自动化的设计原则及发展趋势[J].南方农机,2017,48(1):100+108.

固体力学范文篇7

大家好！

在春光明媚、樱花灿烂的四月，迎来了亲爱的学校一百一十周年华诞和交通大学西迁50周年的庆典。我很荣幸能参加这个纪念交大西迁50周年的座谈会。首先请允许我代表在校三万多名学生向各位领导和嘉宾的到来表示热烈的欢迎和衷心的感谢。

2002年，我以优异的成绩考入了××交通大学工程力学系。漫步在交大校园，我常能感受到一种浓郁的学习和学术氛围；原创：徜徉在钱学森图书馆，我更为母校的历史、学长们杰出的成就而感到自豪；自豪之余，我也在思索，究竟什么是××交通大学的精神？当年的交通大学，历经50年代初期院系大调整，尤其是从繁华的黄浦江畔搬迁到相对落后的大西北后，为什么能历经沧桑而不衰？为什么能在50年间建设起一所规模宏大、设备齐全、质量一流，在国内外具有较高声誉的国家重点大学？我想靠的就是交通大学的优良传统和这种“胸怀大局、无私奉献、弘扬传统、艰苦创业”的“西迁精神”。

在交大四年的求学经历，给我以最深刻影响的，是交大的老师们。从他们身上，依然可以看到代代相传的交大西迁精神，在他们身上，我深刻体会到了交大“起点高，基础厚，学风严，重实践”的优良办学传统。忘不了教高等数学的祝相荣老师，虽年过花甲，却在寒冬的早晨无视风雪，驱车数十里，谈笑课间；忘不了教理论力学的韩省亮老师，既诙谐幽默，又要求甚严，他在第一堂课上要求大家做作业时，画图解答要规范工整，并把自己上学时的作业拿出来作为示范，让我们第一次见识了原来作业真的可以像艺术品；更忘不了朱正威老师，他在教授我们的“中国传统文化精义”时，赠给我们两句格言铁肩担道义，妙笔著文章，西迁精神，早已由老师们的言传身教传承给了我们。

古人告诉我们：“大学之道，在明明德、在亲民、在止于至善”，就是说，大学不仅是传授知识，更重要的是培养一种人文的精神（即道德）。在交大四年的学习，我不单单得到了一种知识的积累，原创：更受到了一种综合素质和人格的培养。入学之初，恰逢我校张勇同学获得非英语国家演讲比赛冠军，这对我产生了很大的震动。我对学长们过硬的素质、积极拚搏的人生态度和扎实的专业技能感到由衷的敬佩。正是在这种良好氛围的熏陶下，我奋发努力，积极参与到学习和丰富多彩的社会活动中。功夫不负有心人，我先后获得了新生奖学金、思源奖学金，因成绩优异，热心社会公益活动，连续四年获得唐仲英奖学金。除此之外，我还担任过学校的爱心社理事长、航天学院本科生党支部书记等职务，并获得了“优秀学生干部”、“优秀共产党员”等荣誉称号。因成绩优秀，我在去年被保送到我校固体力学专业攻读硕士研究生。

固体力学范文篇8

一、我校教职工教学档案的现状

目前我校的教学档案收集管理中存在许多不足之处。不可否认，各个学院各自做过一些这方面的工作，但是也存在着许多问题。如：有些文献资料即使收集了，但内容填写有遗漏，书写不符合要求等。究其原因，主要是对教学档案作用的认识和了解不够，意识薄弱，远远落后于现代化发展的要求。为了更好地发挥教学档案在教学中的作用，为了切实提高教学档案的质量，逐步实现教学档案管理的标准化、规范化和现代化，在高校教学档案管理工作中应重视以下问题。

长期以来，我校即未设立过管理教职工教学资料的专业机构和人员(基本是各个学院各自保存)，也没有任何机构把它有价值的文献当作一种信息源来揭示信息内涵的工作。以至多年来，许多优秀的教学档案没有发挥出它应有的作用。例如，已故的化学专家朱景梓教授五六十年代的圆弧齿轮方面的教学资料；已故的化学专家徐文肠教授在承担国际863重点科研项目催化剂方面的教学资料；固体力学专家杨桂通在固体力学方面的教学资料；煤化工专家谢克昌院士在煤化工方面的教学资料。现在有31位，2003-2010年的部级、省级教学名师的教学资料；24门，2003-2010年的部级、省级精品课程的教学资料；21个，2004-2010年的部级、省级特色专业的教学资料。这些宝贵的、反映学校不同时期的、不同领域内的教学资料，都没有很好的保存、重视、宣传。有部分原件，现在可能已经很难收藏完整，所以尽快开展整理我校教职工教学资料的工作，并且应该引起学校和档案馆领导的重视。

二、整理我校教职工教学档案的范围和方法

收藏范围：由于我校历史悠久，人才众多，各个历史时期的教师教学档案种类繁多。如果我们对所有教职工的教学档案不分主次地兼收，那样就太繁杂，不会显示出收藏的最高水平。所以我们要根据建校以来各个历史时期，针对影响较大的、反映个人教学水平高的教学档案，去粗取精，进行收藏。具体的收藏范围，需要认真研究再定。但对于教学名师、精品课程、特色专业的教学资料文献要重点收集。收藏方法：教职工的教学档案资料和其他的文献有不同之处，它属于非卖品，因此收集教师教学档案资料的方法和途径不能照搬图书、期刊等文献的方法。笔者认为主要有以下两种方式收集：(1)建立严格的校内教师教学资料档案保存制度，尤其是教学名师、精品课程、特色专业和高级职称以上教师的教学档案。以前，对于保存教师教学资料档案保存的重要性认识不足，因此学校没有明确的呈交制度，现在，既然我们已经认识到它的重要性，就应由学校颁发专门文件，就校内教师教学资料档案的缴送数量、缴送方式、缴送期限、接收单位、奖惩的内容做出明确的规定，校内所有教师教学资料档案，都应当严格按规定的要求，在教学任务完成后的一定期限内，向学校接收单位缴送规定的资料文献。学校应当建立各学院、档案馆两级组成的管理委员会，监检查教师教学资料的缴送与接收等工作的进行情况。(2)广泛宣传收藏本校教师教学资料档案的重要性，积极动员广大教师，尤其是教学名师、精品课程、特色专业的教师，要积极、主动、按时缴纳个人的教学资料档案。

三、建立我校教师教学资料档案数据库

随着信息社会的不断进步和各种学术成果的迅速发展，档案馆对学术文献应该改变原有的传统管理模式，可以考虑建立我校教师教学资料档案数据库来管理我校教师教学资料。围绕教师教学资料档案数据库的建设，谈谈我个人的一些设想。

有关文献数据库方面，我国截至目前已陆续建成了中国学术期刊全文数据库(CNKI远程)、中国优秀硕士学位论文全文数据库(CNKI)、中国博士学位论文全文数据库(CNKI)、中国重要报纸全文数据库(CNKI远程)、学术会议论文全文数据库(万方)、学术会议论文全文数据库(万方)、专利文献数据库(万方)、外文文献数据库(万方)、中外标准文献数据库(万方)、科技成果数据库(万方)、法律法规数据库(万方)11个不同行业类型的文献库。对于高校教师教学资料档案建立数据库，还不多见。同时，粗略统计我校高级职称以上教师教学资料每年都在200篇以上，以上这些条件给档案馆开展这项工作创造了十分有利的条件，档案馆要抓住有利时机开展这项工作。

固体力学范文篇9

关键词：土木工程；力学理论；应用研究

1前言

近年来，在现代化科学技术的推动下，人们社会生活中土木工程不断给人们创造新的物质环境，已经成为现代文明的重要组成部分。土木工程建筑构造的主要基础就是力学原理，同时也是所有建筑项目必须考虑的核心因素。在现实生活中，我们经常可以看到一些神奇的建筑结构，例如比萨斜塔、空中花园等，通过对力学原理进行深入分析，能够将其应用到土木工程中，进而赋予建筑更加丰富多彩的体现形式。

2力学概述

力学本身就是物体之间产生的相互作用，也就是当一个物体受到力的作用时，其自身的整体情况会产生相应的变化，同时会将这个力转移给另一个物体。对于施加这个力的物体而言，前者主要为受力物体，后者主要为施力物体，根据力学的性质与效果将其分成两类，其中前者主要有重力、摩擦力及电磁力等；后者主要包括压力、支持力及阻力等。在力学原理中，最为主要的内容就是力的合成、分解及平衡作用，这部分内容贯穿力学，也是相关学习的基础。力学本身来源自生活，因此实际中可以用力学方法简化生活问题，并采取有效解决措施。通过将力学理念应用到土木工程中，不仅能够对具体环节的施工质量作出保证，同时也能够很好的解释工程项目中的力学现象。

3土木工程建筑力学内容

土木工程中的建筑力学内容需要围绕实际项目展开，同时可以将其分为理论力学、材料力学以及结构力学。其中结构力学指的是物体在受力情况下会对自身的平衡状态造成影响，而采取相应的处理措施能够使这种状态重新回到平衡，这样也是对整体力学结构的维系。材料力学主要指的是施工材料的应力应变关系以及综合强度，通过对传统力学理念进行分析，能够根据材料特质进行相应的优化处理，这样可以对土木工程项目的整体结构进行强化。理论力学指的是在理论基础上进行延伸，结合工程实际情况作出分析，并且在设计环节制定相应的针对性措施。此外，土木工程的建筑力学内容可以对工程项目的施工质量与进度作出保证，采用专业知识对施工中的工程技术问题进行解决，并且对施工技术与材料进行测定，这样可以通过力学理论的方式对土木工程进行验证，并且在施工实践中不断对力学原理进行验证与丰富完善。然而力学与建筑力学之间存在一定的差异，其中后者主要针对土木工程项目开展的力学理论研究，其本质目的是为了有效保证工程项目整体结构的稳定性。

4土木工程中力学理论的应用分析

4.1土木工程中的力学基本量。由于土木工程中多数的力学理论都体现为静态形式，因此在针对其应用进行分析时还要从力学基本量方面入手，具体如下：首先在土木工程中所使用的基本量为外力形式，理论力学中所包含的外力则需要材料力学理论进行集中分析，这样才能对土木工程中的外力与分布力情况进行准确计算，而且对于不同种类的外力影响而言，在实际施工环节中对力学参数进行计算，也要以静力平衡状态为基础，这样才能体现出面力与体力的综合作用。其次为土木工程中所涉及到的内力形式，例如剪力与正应力，结合材料力学中的理论知识进行综合分析，可以将部分内力转换到不同的研究对象身上，并且在实际工程中也可以借助作用点对内力情况进行计算，这样能够为土木工程的顺利开展提供丰富的力学参考指标。此外，在土木工程中还会包括应变与位移现象，由于不同力学类型的呈现方式存在差异，因此在针对结构力学进行计算时可以选择适当的参考指标。例如在弹性力学中位移分析可以采用坐标的形式进行分析，在材料与结构力学中可以用截面位移情况进行综合分析，其余内在力学特征也可以在土木工程计算机中进行相似处理。4.2土木工程中的力学解析计算方式。由于在土木工程中所涉及的多数力学问题均为平面形式，因此在针对各类力学问题进行分析与计算时，可以将比较复杂的空间问题转化为比较简单的平面处理形式，通过将数据代入到计算模型中，可以使用基本求解方程进行力学解析。例如，通过对土木工程中的力学特征与发展形式进行假设，并且根据动量平衡理论进行计算分析，这样在固体力学计算中能够取得良好的应用效果。此外，考虑到被研究对象的位移、平衡、结构等因素都会对计算结果造成影响，可以在力学方程的基础上构建柯西方程、纳维方程以及物理方程等，这样在计算中可以充分考虑到微元状态的影响，使计算分析结果更加准确。在当前的土木工程力学计算中，通常会涉及到位移法与力法两种形式，其中力法属于比较传统的计算分析形式，需要根据研究对象的实际情况对计算过程进行调整，而位移法则重点针对物体的位移状态与程度进行分析，并且采用应力函数进行求解，这样可以根据几何情况与平衡情况进行联立求解，进而求出方程中的未知量。

5土木工程中力学理论的实际应用

5.1土木工程中的压力应用研究。压力理论是土木工程中基本支撑，压力可以应用于土木工程设计与施工环节，通过对工程项目的实际需求进行分析，进而制定相应的施工方案，在此过程中还要对施工技术与材料进行综合考虑，以此来明确压力在土木工程中的应用价值。例如在实际施工环节，由于建筑材料的选择会涉及到大量的压力知识，这时借助于压力知识对施工材料的广度与宽度进行选择与计算，根据材料压力情况来设计施工步骤，这样不仅能够保证工程项目在压力范围内，同时也可以将压力直接作用于施工质量与效率方面，而压力系数也是衡量土木工程项目综合质量的重要参考因素。5.2土木工程中的摩擦力应用研究。对于摩擦力来说，在土木工程中的应用也比较广泛，其涉及的建设工作具体如下：一方面在土木工程需要大量应用滑轮，通过摩擦力可以对施工材料的运输方向进行调整，并且针对滑轮的受力情况进行综合分析，这样能够计算出阻力因素造成的各类影响，通过对各类不良现象进行规避，可以为土木工程的运输工作提供助力。另一方面为土木工程中多数接触作业也需要涉及到摩擦力，摩擦力会将压力面的受压情况进行放大，并且在实际施工环节中合理借助摩擦力，可以大幅度提升土木工程项目的稳定程度。总而言之，通过对土木工程中摩擦力系数进行调整，可以科学提升施工技术与材料的应用效率，可以对成本控制工作进行强化，保证建筑企业的利润。5.3土木工程中的重力应用研究。重力理论对于土木工程的设计与施工也具有重要作用，通过对重力相关力学知识进行研究，并且结合工程项目的实际建设情况，可以对各阶段开展合理化的调整与完善，这样可以优化土木工程项目的设计内容。此外，重力系数在施工材料质量检测方面也具有一定的作用，通过对材料的综合性能进行检测，可以在源头处保证材料的稳定性，也就是为土木工程人提供核心质量的检测，采用相关公式进行计算与分析，这样可以对土木工程的高效开展提供助力。5.4土木工程的合力应用研究。根据土木工程中力学应用情况能够看出，不同作用力在各自环节中都能够起到良好的应用效果，而合力作为上述各类作用力的综合效果，根据力学中主要的能量守恒定律，能够得知不同作用力在经过分析后可以产生合理作用，这也是土木工程中比较常见的力学理论。通过对合力理论进行合理应用，能够对施工过程中的多数复杂形势进行简化处理。例如采用杠杆装置可以对质量较重的施工材料进行移动，采用科学方式可以减少无用功的消耗程度。此外，还可以借助于合力作用对材料产生直接影响，这样不仅能够对合力效果进行分化处理，而且可以使合力现象趋于平衡，保证施工环节中的各类力学现象可以形成良好的相互制约状态，从而促进土木工程项目的整体稳定程度。

6结论

综上所述，在土木工程建筑行业的发展过程中，通过对现代化施工技术与设备进行引入，能够保证施工质量与效率。因此在行业今后的发展中，要针对土木工程中的力学理论进行研究，通过对力学基本理论知识进行研究，可以将不同力学理论应用到不同的施工阶段，这样不仅能够促进工程项目的稳定性，而且在项目设计与成本控制方面能够取得有效的应用成果。本文针对土木工程中的力学应用情况进行研究，首先阐述力学概念与建筑力学内容，其次对土木工程中的力学基础理论进行分析，最后对力学知识在土木工程中的实际应用情况进行探析，具体从压力、摩擦力、合力以及重力等方面展开研究，能够有效促进土木工程行业的可持续发展。

参考文献：

[1]聂僮.浅谈高中力学知识在土木工程中的应用[J].神州(上旬刊),2018(07):168.

[2]黄培彦,周绪平,赵琛.FRP片材在土木工程中应用的几个关键力学问题[J].华南理工大学学报(自然科学版),2002(11):103-107.

[3]李振浩.浅谈力学在土木工程中的应用与发展[J].科技资讯,2015,13(32):56-57,59.

固体力学范文篇10

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．

结束语