工程力學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文范文
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摘要：工程力學(xué)是力學(xué)的一個(gè)分支，它主要涉及機(jī)械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各種工程與力學(xué)結(jié)合的領(lǐng)域，分為六大研究方向：非線性力學(xué)與工程、工程穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)、應(yīng)力與變形測(cè)量理論和破壞檢測(cè)技術(shù)、數(shù)值分析方法與工程應(yīng)用、工程材料物理力學(xué)性質(zhì)、工程動(dòng)力學(xué)與工程爆破。學(xué)制一般為四年，畢業(yè)后授予工學(xué)學(xué)士。就業(yè)面相當(dāng)廣泛，可以繼續(xù)讀博、從事科學(xué)研究、教師、公務(wù)員，或到國(guó)防單位工作，去外企等等。總的來(lái)說(shuō)，工程力學(xué)專業(yè)具有現(xiàn)代工程與理論相結(jié)合的的特點(diǎn)，有很大的知識(shí)面和靈活性，對(duì)國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)具有重大意義。
關(guān)鍵字：歷史、研究方向、應(yīng)用、學(xué)習(xí)心得
一、工程力學(xué)簡(jiǎn)介
工程力學(xué)是研究有關(guān)物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，及其應(yīng)用的科學(xué)。工程給力學(xué)提出問(wèn)題，
力學(xué)的研究成果改進(jìn)工程設(shè)計(jì)思想。從工程上的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，
工程力學(xué)包括：
質(zhì)點(diǎn)及剛體力學(xué)，固體力學(xué)，流體力學(xué)，流變學(xué)，土力學(xué)，巖體力學(xué)等。
人類對(duì)力學(xué)的一些基本原理的認(rèn)識(shí)，一直可以追溯到史前時(shí)代。在中國(guó)古代及古希臘的著作中，已有關(guān)于力學(xué)的敘述。但在中世紀(jì)以前的建筑物是靠經(jīng)驗(yàn)建造的。
1638年3月伽利略出版的著作《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》被認(rèn)為是世界上第一本材料力學(xué)著作，但他對(duì)于粱內(nèi)應(yīng)力分布的研究還是很不成熟的。
納維于1819年提出了關(guān)于粱的強(qiáng)度及撓度的完整解法。1821年5月14日，納維在巴黎科學(xué)院宣讀的論文《在一物體的表面及其內(nèi)部各點(diǎn)均應(yīng)成立的平衡及運(yùn)動(dòng)的一般方程式》，這被認(rèn)為是彈性理論的創(chuàng)始。其后，1870年圣維南又發(fā)表了關(guān)于塑性理論的論文水力學(xué)也是一門(mén)古老的學(xué)科。
早在中國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期(公元前5～前4世紀(jì))，墨翟就在《墨經(jīng)》中敘述過(guò)物體所受浮力與其排開(kāi)的液體體積之間的關(guān)系。歐拉提出了理想流體的運(yùn)動(dòng)方程式。物體流變學(xué)是研究較廣義的力學(xué)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)新學(xué)科。1929年，美國(guó)的賓厄姆倡議設(shè)立流變學(xué)學(xué)會(huì)，這門(mén)學(xué)科才受到了普遍的重視。
土力學(xué)在二十世紀(jì)初期即逐淅形成，并在40年代以后獲得了迅速發(fā)展。在其形成以及發(fā)展的初期，泰爾扎吉起了重要作用。巖體力學(xué)是一門(mén)年輕的學(xué)科，二十世紀(jì)50年代開(kāi)始組織專題學(xué)術(shù)討淪，其后并已由對(duì)具有不連續(xù)面的硬巖性質(zhì)的研究擴(kuò)展到對(duì)軟巖性質(zhì)的研究。巖體力學(xué)是以工程力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)兩門(mén)學(xué)科的融合而發(fā)展的。
從十九世紀(jì)到二十世紀(jì)前半期，連續(xù)體力學(xué)的特點(diǎn)是研究各個(gè)物體的性質(zhì)，
如粱的剛度與強(qiáng)度，柱的穩(wěn)定性，變形與力的關(guān)系，彈性模量，粘性模量等。這一時(shí)期的連續(xù)體力學(xué)是從宏觀的角度，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與理論分析，研究物體的各種性質(zhì)。它是由質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的定律推廣到連續(xù)體力學(xué)的定律，因而自然也出現(xiàn)一些矛盾。于是基于二十世紀(jì)前半期物理學(xué)的進(jìn)展，并以現(xiàn)代數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了一門(mén)新的學(xué)科——理性力學(xué)。1945年，賴納提出了關(guān)于粘性流體分析的論文，1948
年，里夫林提出了關(guān)于彈性固體分析的論文，逐步奠定了所謂理性連續(xù)體力學(xué)的新體系。隨著結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步，工程學(xué)家也同力學(xué)家和數(shù)學(xué)家一樣對(duì)工程力學(xué)的進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。如在桁架發(fā)展的初期并沒(méi)有分析方法，到1847年，美國(guó)的橋梁工程師惠普爾才發(fā)表了正確的桁架分析方法。電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，新型材料的研究，新的施工技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)的應(yīng)用等，促使工程力學(xué)日新月異地發(fā)展。質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系及剛體力學(xué)是理論力學(xué)的研究對(duì)象。所謂剛體是指一種理想化的固體，其大小及形狀是固定的，不因外來(lái)作用而改變，即質(zhì)點(diǎn)系各點(diǎn)之間的距離是絕對(duì)不變的。
理論力學(xué)的理論基礎(chǔ)是牛頓定律，它是研究工程技術(shù)科學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)。
固體力學(xué)包括材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)以及斷裂力學(xué)等，尤其是前三門(mén)力學(xué)在土木建筑工程上的應(yīng)用廣泛，習(xí)慣上把這三門(mén)學(xué)科統(tǒng)稱為建筑力學(xué)，以表示這是一門(mén)用力學(xué)的一般原理研究各種作用對(duì)各種形式的土木建筑物的影響的學(xué)科。在二十世紀(jì)50年代后期，隨著電子計(jì)算機(jī)和有限元法的出現(xiàn)，逐漸形成了一門(mén)交叉學(xué)科即計(jì)算力學(xué)。計(jì)算力學(xué)又分為基礎(chǔ)計(jì)算力學(xué)及工程計(jì)算力學(xué)兩個(gè)分支，后者應(yīng)用于建筑力學(xué)時(shí)，它的四大支柱是建筑力學(xué)、離散化技術(shù)、數(shù)值分析和計(jì)算機(jī)軟件。其任務(wù)是利用離散化技術(shù)和數(shù)值分析方法，研究結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算機(jī)程序化方法，結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法和結(jié)構(gòu)分析圖像顯示等。如按使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反應(yīng)的作用性質(zhì)分類，工程力學(xué)的許多分支都可以再分為靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)。例如結(jié)構(gòu)靜力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，后者主要包括：結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論、波動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性理論。由于施加在結(jié)構(gòu)上的外力幾乎都是隨機(jī)的，而材料強(qiáng)度在本質(zhì)上也具有非確定性。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)50年代以來(lái)，概率統(tǒng)計(jì)理論在工程力學(xué)上的應(yīng)用愈益廣泛和深入，并且逐漸形成了新的分支和方法，如可靠性力學(xué)、概率有限元法等。力學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史托勒密(Ptolemy,100-170)在《大匯編》(Almagest)中建立了太陽(yáng)系運(yùn)行的托勒密體系。希羅(Hero of Alexandria,約公元60)在《氣體力學(xué)》(Pneumatics)中涉及了真空、水與空氣的壓力、虹吸管、玩具和一種用正氣驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。
在《力學(xué)》(Mechanics)中介紹了運(yùn)動(dòng)、平衡和簡(jiǎn)單機(jī)械的知識(shí)。帕普斯(Pappus
Alexandrinus，300-350)在《數(shù)學(xué)匯編第八卷》(Mathematical Collec-tion Book 8)中匯集了古希臘對(duì)力學(xué)研究的成果。1022 約旦努(Jordanus de Nemore,1220)在《重物的論述》(Liber de ponderibus)中討論了物體的平衡問(wèn)題，包含了虛功原理的萌芽。1533 哥白尼(Nicholas Copernicus,1473-1543)在《天體運(yùn)行論》(De revolutionibus orbium celestium)中提出了太陽(yáng)系的哥白尼系統(tǒng)。1543 開(kāi)普勒(Johannes Kepler,1571-1630)在《宇宙的和諧》(Harmonice mindi)中總結(jié)了行星運(yùn)行的三大定律。1619 斯梯芬(Semon Stevin,1548-1620)的《靜力學(xué)原理》(Staticae
elementis)是靜力學(xué)體系標(biāo)志性著作。1586 默森(Marin Mersenne,1588-1648)在《
宇宙的和諧》(Traite de l’Harmonie Universelle)是最早關(guān)于聲音、音樂(lè)和樂(lè)器的著作。1627 鄧玉函(Joannes Terrens,1576-1630)王徵在《遠(yuǎn)西奇器圖說(shuō)》中最早介紹了西方力學(xué)知識(shí)。1627 伽利略(Galileo Galilei，1564-1642)在《關(guān)于托勒密與哥白尼兩大世界體系的對(duì)話》(The system of the world:in four dialogues where-in the two grand systemes of Ptolemy and Copernicus)中系統(tǒng)地論證了哥白尼系統(tǒng)，提出了慣性運(yùn)動(dòng)的概念。1632 關(guān)于兩門(mén)新學(xué)科的對(duì)話》總結(jié)了材料強(qiáng)度、自由落體和拋物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。1638 托里拆利(Evangelista Torrielli，1608-1647)在《論重物的運(yùn)動(dòng)》(De motu gravium)中證明了孔口出流的速度與液高的平方根成比例
(即托里拆利定理)，還指出位置最低時(shí)平衡得好，是平衡穩(wěn)定性的最早提法。1644
波義耳(Boyle, Hobert,1627-1691)在《關(guān)于空氣的彈性及其效果的物理力學(xué)新實(shí)驗(yàn)》(New experiments physico-mechanicall, tou-ching the spring of the air and its
effects)中以系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)論證了氣體的彈性。1660 科恩(A. Korn)在《關(guān)于彈性理論與轉(zhuǎn)軸彎曲的不等式》(Uber einige ungleichungen welche in der theorie der elastoschen und elektrischen schwingungen eine rolle spoelen)中給出了彈性力學(xué)能量正定性的不等式。1909 索維菲(Arnold Sommerfeld,1868-1951)在《對(duì)流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯慕忉尅?Ein beitrag zur hydrodynamichen erklaung der turbulent flus-sigkeit-sbewegungen)是對(duì)層流穩(wěn)定性的較早研究，得到了非自共軛的Orr-Sommerfeld偏微分方程。1909 馮米賽斯(Richard von Mises,1883-1953)
在《塑性變形固體的力學(xué)》(Mechanik der fes-ten korper in plastisch deformablen)
中提出固體在一定應(yīng)力狀態(tài)下的一種屈服條件，被稱為米賽斯條件。1913
伽遼金( , 1871-1945)在《在某些桿與板平衡問(wèn)題中的級(jí)數(shù)》(俄文)中提出一種直接離散的近似方法，被稱為伽遼金(Galerkin)方法。1915 諾特(Emmy Noether,1882-1935)在《變分問(wèn)題的不變量》(Invariante Variations prob-leme)
中給出了兩個(gè)關(guān)于動(dòng)力系統(tǒng)的不變量定理，對(duì)20世紀(jì)力學(xué)和物理的發(fā)展產(chǎn)生了
深刻的影響。1918 格里菲斯(Alan Arnold Griffith,1893-1963)在《固體的流動(dòng)與斷裂現(xiàn)象》(The phenomena of Rupture and Flow in Solids)是斷裂力學(xué)的最早文獻(xiàn)。1920 從上述簡(jiǎn)單介紹中可以看到以下結(jié)論：16世紀(jì)以前力學(xué)發(fā)展較慢;中國(guó)雖然有很多水利、橋梁、土木等等的偉大工程，卻沒(méi)有發(fā)表過(guò)力學(xué)方面的文獻(xiàn);力學(xué)與數(shù)學(xué)關(guān)系緊密、力學(xué)的發(fā)展與工程的需要密不可分;一輩子能為后人留下有用的寶貴知識(shí)并不容易。
二、研究方向
(一)非線性力學(xué)與工程
主要研究非線性力學(xué)的基礎(chǔ)理論和工程實(shí)用技術(shù)。研究土木建筑、水利水電、采礦、交通等部門(mén)中的地下峒室、采場(chǎng)、隧道、井巷、高層建筑基礎(chǔ)、橋梁與基礎(chǔ)、公路邊坡、礦山邊坡、水利水電壩基與邊坡等工程在普通力場(chǎng)和耦合力作用下發(fā)生變形、位移和破壞的規(guī)律。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬及計(jì)算機(jī)數(shù)值分析等綜合研究，為工程設(shè)計(jì)和施工、實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)優(yōu)化、保證生產(chǎn)和施工安全提供科學(xué)依據(jù)。本研究方向致力于將現(xiàn)代前沿科學(xué)技術(shù)，如人工智能技術(shù)、灰色理論、數(shù)值模擬、非線性力學(xué)和不確定性分析技術(shù)等應(yīng)用到巖土、結(jié)構(gòu)材料力學(xué)分析和工程應(yīng)用研究中來(lái)，不斷提高工程設(shè)計(jì)和施工的科學(xué)水平。
(二) 工程穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)
主要研究建筑結(jié)構(gòu)、建筑地基、地下鐵道、地下隧道、地下峒室、礦山井巷和巖土邊坡、壩坡等結(jié)構(gòu)和巖土工程的穩(wěn)定性和可靠性分析、預(yù)測(cè)及其控制技術(shù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、物理模擬及數(shù)值法計(jì)算，研究各種因素及其耦合作用對(duì)工程穩(wěn)定性的影響，研究符合靜、動(dòng)力學(xué)和耦合特征的穩(wěn)定性控制技術(shù)，特別是研究巖土體加固的作用機(jī)理、參數(shù)確定和新技術(shù)開(kāi)發(fā)，新奧法在巖土工程中的應(yīng)用。
(三) 應(yīng)力與變形測(cè)量理論和破壞檢測(cè)技術(shù)
應(yīng)力和變形狀態(tài)及其分布規(guī)律是一切工程穩(wěn)定性的最基本方法。應(yīng)力和應(yīng)變測(cè)量是了解工程中應(yīng)力、變形與破壞狀態(tài)及其分布規(guī)律的重要手段。本方向研究重點(diǎn)為以下列兩個(gè)方面：
(1)地應(yīng)力測(cè)量理論和技術(shù)。研究地應(yīng)力測(cè)量的原理和方法，特別對(duì)目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的應(yīng)力解除法和水壓致裂法在不連續(xù)、非均質(zhì)、各相異性和非線性巖體中的工作性能進(jìn)行系統(tǒng)的試驗(yàn)和研究。發(fā)展實(shí)用的測(cè)量和分析技術(shù)、儀器，以提高應(yīng)力解除法和水壓致裂法在復(fù)雜巖體和地質(zhì)條件下的測(cè)量精度和可靠性。同時(shí)，發(fā)展新的地應(yīng)力測(cè)量理論和監(jiān)測(cè)技術(shù)、儀器。
(2)在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)�，F(xiàn)代無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、巖土材料和工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷、破壞、壽命評(píng)估、反分析理論和技術(shù)方法。
(四) 數(shù)值分析方法與工程應(yīng)用
數(shù)值分析已經(jīng)成為巖土工程開(kāi)挖與結(jié)構(gòu)建造動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬、工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析的最有利手段。本研究方向主要研究各種數(shù)值分析方法，包括有限元法、邊界單元法、離散單元法、不連續(xù)變形分析法和問(wèn)題反分析方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)等在巖土和結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用。重點(diǎn)在于應(yīng)用上述方法合理、準(zhǔn)確地模擬和分析、解決巖土和結(jié)構(gòu)工程中的實(shí)際問(wèn)題。要求培養(yǎng)的人才必須具有堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)，通曉數(shù)值分析的基本原理和方法，有不斷發(fā)展現(xiàn)有的分析理論和技術(shù)，使之具有更加廣泛的實(shí)用性和更高的精度的能力。同時(shí)還應(yīng)具有編制實(shí)用程序軟件的能力。
(五)工程材料物理力學(xué)性質(zhì)
此研究方向以固體力學(xué)為基礎(chǔ)，運(yùn)用斷裂力學(xué)、損傷力學(xué)和流變力學(xué)的新成就，研究巖土材料和建筑材料的力學(xué)性能。
研究完整巖石的力學(xué)性質(zhì)，在室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上研究巖石的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系、巖石破壞類型及破壞機(jī)制、巖石強(qiáng)度準(zhǔn)則;研究節(jié)理巖體的力學(xué)特性，研究結(jié)構(gòu)面對(duì)巖石強(qiáng)度、變形的影響;研究巖石流變力學(xué)，巖石和巖體的流變特性;研究軟巖的力學(xué)特性，研究膨脹巖的力學(xué)特性、膨脹機(jī)制，研究軟巖、膨脹巖穩(wěn)定性的控制。研究混凝土及人工復(fù)合材料的細(xì)觀破壞機(jī)理與宏觀斷裂與強(qiáng)度，徐變、疲勞以及環(huán)境因素對(duì)材料性能和壽命的影響。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果，運(yùn)用相關(guān)的力學(xué)理論，以及概論統(tǒng)計(jì)、模糊數(shù)學(xué)、灰色理論、人工智能理論和不確定性分析理論等建立巖石、巖體和混凝土等材料的本構(gòu)模型也是本方向的重要研究?jī)?nèi)容。
(六) 工程動(dòng)力學(xué)與工程爆破
研究沖擊和動(dòng)荷載對(duì)巖石的作用及其在巖體和地殼中引起的應(yīng)力、應(yīng)變、位移、裂隙和破壞等效應(yīng)。在工程上主要研究鑿巖、巖石破碎、樁基工程、地下開(kāi)挖工程、巖爆、沖擊地壓、礦震和地震等與巖石動(dòng)力學(xué)與工程有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。
研究炸藥與爆炸的基本理論;現(xiàn)代巖石爆破理論;地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的力學(xué)特征與爆破作用;工程爆破(一般土巖爆破、大爆破、拆除爆破和特種爆破)的設(shè)計(jì)與施工;爆破的量測(cè)技術(shù)和爆破過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬。
三、工程力學(xué)的應(yīng)用
1、 材料力學(xué)
材料力學(xué)在生活中的應(yīng)用十分廣泛。大到機(jī)械中的各種機(jī)器，建筑中的各個(gè)結(jié)構(gòu)，小到生活中的塑料食品包裝，很小的日用品。各種物件都要符合它的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求才能夠安全、正常工作，所以材料力學(xué)就顯得尤為重要。
生活中機(jī)械常用的連接件，如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮其剪切應(yīng)力。汽車的傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機(jī)的主軸等發(fā)生的變形屬于扭轉(zhuǎn)變形�；疖囕S、起重機(jī)大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件在設(shè)計(jì)時(shí)必須同時(shí)考慮幾個(gè)方面的變形，如車床主軸工作時(shí)同時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲及壓縮三種基本變形;鉆床立柱同時(shí)發(fā)生拉伸與彎曲兩種變形。
利用材料力學(xué)中卸載與在加載規(guī)律得出冷作硬化現(xiàn)象，工程中常利用其原理以提高材料的承載能力，例如建筑用的鋼筋與起重的鏈條，但冷作硬化使材料變硬、變脆，是加工發(fā)生困難，且易產(chǎn)生裂紋，這時(shí)應(yīng)采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應(yīng)。
在生活中我們用的很多包裝袋上都會(huì)剪出一個(gè)小口，其原理就用到了材料力學(xué)的應(yīng)力集中，使里面的食品便于撕開(kāi)。但是工程設(shè)計(jì)中要特別注意減少構(gòu)件的應(yīng)力集中。
在工程中，靜不定結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，如桁架結(jié)構(gòu)。靜不定問(wèn)題的另一重要特征是，溫度的變化以及制造誤差也會(huì)在靜不定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力稱為熱應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力。為了避免出現(xiàn)過(guò)高的熱應(yīng)力，蒸汽管道中有時(shí)設(shè)置伸縮節(jié)，鋼軌在兩段接頭之間預(yù)留一定量的縫隙等等，以削弱熱膨脹所受的限制，降低溫度應(yīng)力。在工程中實(shí)際中，常利用預(yù)應(yīng)力進(jìn)行某些構(gòu)件的裝配，例如將輪圈套裝在輪轂上，或提高某些構(gòu)件承載能力，例如預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。[2]
螺旋彈簧是工程中常用的機(jī)械零件，多用于緩沖裝置、控制機(jī)構(gòu)及儀表中，如車輛上的緩沖彈簧，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥與高壓容器安全閥中的控制彈簧，彈簧稱中的測(cè)力彈簧等。
生活中很多結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在工作時(shí)，對(duì)于彎曲變形都有一定的要求。一類是要求構(gòu)件的位移不得超過(guò)一定的數(shù)值。例如行車大量在起吊重物時(shí)，若其彎曲變形過(guò)大，則小車行駛時(shí)就要發(fā)生振動(dòng);若傳動(dòng)軸的彎曲變形過(guò)大，不僅會(huì)使齒輪很好地嚙合，還會(huì)使軸頸與軸承產(chǎn)生不均勻的磨損;輸送管道的彎曲變形過(guò)大，會(huì)影響管道內(nèi)物料的正常輸送，還會(huì)出現(xiàn)積液、沉淀和法蘭結(jié)合不密等現(xiàn)象;造紙機(jī)的軋輥，若彎曲變形過(guò)大，會(huì)生產(chǎn)出來(lái)的紙張薄厚不均勻，稱為廢品。另一類是要求構(gòu)件能產(chǎn)生足夠大的變形。例如車輛鋼板彈簧，變形大可減緩車輛所受到的沖擊;又如繼電器中的簧片，為了有效地接通和斷開(kāi)電源，在電磁力作用下必須保證觸電處有足夠大的位移。
生活中處處都是材料力學(xué)的應(yīng)用，它與我們的生活密切相關(guān)。而我們需要一雙發(fā)現(xiàn)的眼睛，處處留心皆學(xué)問(wèn)，我們需要熟練掌握材料力學(xué)的知識(shí)才能明白其中的奧秘。材料力學(xué)讓我們明白了很多以前生活不能明白的問(wèn)題。我們受益匪淺，而它也是學(xué)習(xí)機(jī)械方面的基礎(chǔ)，是最關(guān)鍵的一門(mén)學(xué)科，以后學(xué)習(xí)工作的一種工具。
2、固體力學(xué)
自然界中存在著大至天體，小至粒子的固態(tài)物體和各種固體力學(xué)問(wèn)題。人所共知的山崩地裂、滄海桑田都與固體力學(xué)有關(guān)。現(xiàn)代工程中，無(wú)論是飛行器、船舶、坦克，還是房屋、橋梁、水壩、原子反應(yīng)堆以及日用家具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都應(yīng)用了固體力學(xué)的原理。
固體力學(xué)研究的內(nèi)容既有彈性問(wèn)題，又有塑性問(wèn)題;既有線性問(wèn)題，又有非線性問(wèn)題。在固體力學(xué)的早期研究中，一般多假設(shè)物體是均勻連續(xù)介質(zhì)，但近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的復(fù)合材料力學(xué)和斷裂力學(xué)擴(kuò)大了研究范圍，它們分別研究非均勻連續(xù)體和含有裂紋的非連續(xù)體。
固體力學(xué)的研究對(duì)象按照物體形狀可分為桿件、板殼、空間體、薄壁桿件四類。薄壁桿件是指長(zhǎng)寬厚尺寸都不是同量級(jí)的固體物件。在飛行器、船舶和建筑等工程結(jié)構(gòu)中都廣泛采用了薄壁桿件。
對(duì)水利工程來(lái)說(shuō)，固體力學(xué)主要用于工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析。所得的結(jié)果(如結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、應(yīng)力、位移)可作為設(shè)計(jì)的依據(jù)，使工程結(jié)構(gòu)滿足安全與經(jīng)濟(jì)這兩方面的設(shè)計(jì)要求。力學(xué)分析的方法可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的類型或其簡(jiǎn)化模型而分別選用。工程上常常遇到的桿件或桿系結(jié)構(gòu)是應(yīng)用材料力學(xué)或結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行力學(xué)分析的。例如：重力壩、閘墩等可以簡(jiǎn)化為桿件，應(yīng)用材料力學(xué)分析它們的應(yīng)力;對(duì)于水電站廠房骨架、閘門(mén)梁格系統(tǒng)等桿系結(jié)構(gòu)，則應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)進(jìn)行內(nèi)力分析。這樣分析只要用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方法，計(jì)算比較方便。對(duì)于實(shí)體、板和殼等宜用彈性力學(xué)進(jìn)行力學(xué)分析。工程結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和力學(xué)分析可以有不同的方案。例如：前述的重力壩又可以簡(jiǎn)化為楔形體而利用彈性力學(xué)中的楔形體解答;還可以作為彈性力學(xué)的平面問(wèn)題，應(yīng)用有限元法或其他數(shù)值方法分析壩體應(yīng)力。板和殼也可以簡(jiǎn)化為桿系結(jié)構(gòu)，作為結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。有些問(wèn)題的研究要綜合應(yīng)用固體力學(xué)的多個(gè)分支學(xué)科。例如對(duì)基礎(chǔ)梁的研究就需綜合應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)和彈性力學(xué)。[3]
固體力學(xué)在應(yīng)用中不斷發(fā)展，隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛使用，力學(xué)分析和工程設(shè)計(jì)有效地結(jié)合，出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等新學(xué)科。
3、流體力學(xué)
流體力學(xué)中研究得最多的流體是水和空氣。它的主要基礎(chǔ)是牛頓運(yùn)動(dòng)定理和質(zhì)量守恒定理，常常還要用到熱力學(xué)知識(shí)，有時(shí)還用到宏觀電動(dòng)力學(xué)的基本定律、本構(gòu)方程和高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。
除水和空氣以外，流體還指作為汽輪機(jī)工作介質(zhì)的水蒸氣、潤(rùn)滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的金屬和燃燒后產(chǎn)生成分復(fù)雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。氣象、水利的研究，船舶、飛行器、葉輪機(jī)械和核電站的設(shè)計(jì)及其運(yùn)行，可燃?xì)怏w或炸藥的爆炸，汽車制造(聯(lián)眾集群)，以及天體物理的'若干問(wèn)題等等，都廣泛地用到流體力學(xué)知識(shí)。許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所關(guān)心的問(wèn)題既受流體力學(xué)的指導(dǎo)，同時(shí)也促進(jìn)了它不斷地發(fā)展。
20世紀(jì)50年代開(kāi)始的航天飛行，使人類的活動(dòng)范圍擴(kuò)展到其他星球和銀河系。航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展是同流體力學(xué)的分支學(xué)科——空氣動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展緊密相連的。這些學(xué)科都屬于流體力學(xué)。
石油和天然氣的開(kāi)采，地下水的開(kāi)發(fā)利用，要求人們了解流體在多孔或縫隙介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)，這是流體力學(xué)分支之一——滲流力學(xué)研究的主要對(duì)象。滲流力學(xué)還涉及土壤鹽堿化的防治，化工中的濃縮、分離和多孔過(guò)濾，燃燒室的冷卻等技術(shù)問(wèn)題。
燃燒離不開(kāi)氣體，這是有化學(xué)反應(yīng)和熱能變化的流體力學(xué)問(wèn)題;爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過(guò)程，涉及氣體動(dòng)力學(xué);沙漠遷移、河流泥沙運(yùn)動(dòng)、管道中煤粉輸送、化工中氣體催化劑的運(yùn)動(dòng)等，都涉及流體中帶有固體顆�；蛞后w中帶有氣泡等問(wèn)題;在受控?zé)岷朔磻?yīng)、磁流體發(fā)電、宇宙氣體運(yùn)動(dòng)等方面都有流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用。
風(fēng)對(duì)建筑物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發(fā)振動(dòng);廢氣和廢水的排放造成環(huán)境污染;河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕;研究這些流體本身的運(yùn)動(dòng)及其同人類、動(dòng)植物間的相互作用的學(xué)科稱為環(huán)境流體力學(xué)。[4]
4、結(jié)構(gòu)力學(xué)
經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學(xué)也稱狹義結(jié)構(gòu)力學(xué)，主要研究由杠桿組成的體系，更多涉及平面杠桿系。廣義結(jié)構(gòu)力學(xué)除了研究可變形的杠桿體系外，還包括可變形的連續(xù)體，如平板、殼體、塊體等等。
現(xiàn)實(shí)生活中結(jié)構(gòu)體的應(yīng)用無(wú)處不存在，像建筑、橋梁、汽車、日常的用具都是由不同的結(jié)構(gòu)組成，它們的設(shè)計(jì)都離不開(kāi)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論。結(jié)構(gòu)力學(xué)的應(yīng)用不管是在安全和保護(hù)環(huán)境上，還是在經(jīng)濟(jì)效益和穩(wěn)固上往往能給我們帶來(lái)意想不到的效果。
在原始時(shí)代就已經(jīng)出現(xiàn)了橋梁，那時(shí)跨越水道和峽谷是利用自然倒下的樹(shù)木，自然形成的石梁或石拱。在17世紀(jì)以前，橋梁一般是用的木、石材料建造的，并按建橋材料分為石橋和木橋。19世紀(jì)50年代以后，隨著酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼和平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼材成為重要的造橋材料，鋼的抗拉強(qiáng)度大，抗沖擊性能好，尤其是19世紀(jì)70年代出現(xiàn)鋼板和矩形軋制斷面鋼材，為橋的部件在廠內(nèi)組裝創(chuàng)造了條件，石橋的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。因?yàn)橹皇菓{經(jīng)驗(yàn)修橋，曾使19世紀(jì)80-90年代得許多鐵路橋發(fā)生重大事故;從那時(shí)起，正在發(fā)展中的結(jié)構(gòu)力學(xué)理論得到了重視，在它的靜力分析理論完全確立并廣泛普及之后，橋梁因強(qiáng)度不足而造成的事故大為減少。到了現(xiàn)代，橋梁按建橋材料可分為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋、鋼筋混凝土橋�；炷量估瓘�(qiáng)度很低，但其價(jià)格卻遠(yuǎn)低于鋼材，為了增加其抗拉能力，設(shè)計(jì)了鋼筋混凝土這類復(fù)合建筑材料，使其既能承受拉力，又能承受壓力，但限于混凝土材料本身所具有的力學(xué)性能，將其作為梁式橋結(jié)構(gòu)用材，跨度仍遠(yuǎn)遜色于傳統(tǒng)的拱橋結(jié)構(gòu)。而預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土桁架拱橋：盡管有受力鋼筋在承載，但在受拉區(qū)仍然不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些裂縫，若對(duì)鋼筋施加一定的張力作用，可以克服此弊端，即通過(guò)張拉預(yù)應(yīng)力筋，使得受拉區(qū)事先儲(chǔ)備一定數(shù)值的壓應(yīng)力，當(dāng)外荷載作用時(shí)，混凝土可不出現(xiàn)拉應(yīng)力或不超過(guò)某個(gè)臨界值的拉應(yīng)力，從而極大地提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能，剛度和承載能力，進(jìn)而導(dǎo)致了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。
眾所周知一輛普通的小橋車，從側(cè)面看上去，兩個(gè)輪子的位置既不在最邊上，也不在非�？恐虚g，這是為什么呢?平常我們都認(rèn)為這是理所當(dāng)然的，卻不知其原理。其實(shí)這就是結(jié)構(gòu)力學(xué)內(nèi)力分析在生活中的應(yīng)用。當(dāng)輪子分別位于車左右四分之一處時(shí)，這樣可以使車身在同樣的荷載下的車身的彎矩最小，也就是內(nèi)矩最
小，可以使車身材料得到充分的利用，同時(shí)也更加安全。同樣的原理在現(xiàn)實(shí)生活中也有很多的應(yīng)用，如對(duì)于自重較大的杠件式物件采用兩點(diǎn)起吊時(shí)，兩點(diǎn)應(yīng)該選在杠件兩端四分之一處。
四、學(xué)習(xí)心得
學(xué)習(xí)工程力學(xué)這門(mén)課不知不覺(jué)已經(jīng)快一學(xué)期了，首先我想淺談我學(xué)到了什么：工程力學(xué)理論性強(qiáng)且與專業(yè)課、工程實(shí)際緊密聯(lián)系，是科學(xué)、合理選擇或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(或構(gòu)件)的尺寸、形狀、強(qiáng)度校核的理論依據(jù)。具有承上啟下的作用。也就是說(shuō)，學(xué)好工程力學(xué)，為后續(xù)專業(yè)課的應(yīng)用和拓展奠定了很強(qiáng)的理論基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)到的主要內(nèi)容： 靜力學(xué)：主要研究物體(剛體模型)的受力和平衡規(guī)律，主要包括三方面內(nèi)容：1) 物體的受力分析(基礎(chǔ)重點(diǎn)與難點(diǎn))2) 力系的簡(jiǎn)化3) 剛體的平衡條件。 材料力學(xué)——研究物體(變形體模型)在外力作用下的內(nèi)力、應(yīng)力、變形及失效規(guī)律。材料力學(xué)的任務(wù)——要求構(gòu)件在外力作用下安全(正常工作)，必須滿足：1) 強(qiáng)度條件： 2) 剛度條件：3)穩(wěn)定性條件：學(xué)習(xí)工程力學(xué)的目的是在滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為工程構(gòu)件的力學(xué)設(shè)計(jì)提供必要的理論基礎(chǔ)和分析方法，以便設(shè)計(jì)出既安全又經(jīng)濟(jì)的構(gòu)件。
學(xué)習(xí)心得：這學(xué)期我們開(kāi)了工程力學(xué)的課，我開(kāi)始試著調(diào)整自己的心態(tài)，不管它多難，都得學(xué)，最起碼上課先認(rèn)真聽(tīng)好老師講的課。抱著想學(xué)、要學(xué)的心理，我試著聽(tīng)好每一節(jié)課。自己最大的弱點(diǎn)就是畏難，害怕做難題!這也許才是真正導(dǎo)致我工程力學(xué)學(xué)不好的原因。上課聽(tīng)不懂，到了下課，空余時(shí)間，因?yàn)橛X(jué)得難，所以也就不想碰它，這樣惡性循環(huán)下去。就自身而言，要想學(xué)好這門(mén)課，最主要的就是要克服我的畏難心理，否則我永遠(yuǎn)得不到提高。凡事都是說(shuō)起來(lái)容易做
起來(lái)難，我不可能一下子就能完全克服我的毛病，總得有個(gè)變化的過(guò)程，但我會(huì)盡自己最大的努力縮短這個(gè)過(guò)程的!不得不說(shuō)聽(tīng)顧老師的課是一種享受。顧老師以自己豐富的人生經(jīng)歷告訴我們?cè)撛趺礃訉W(xué)會(huì)工程力學(xué)，不僅僅是豐富的課程知識(shí)，還有許多做人的道理，顧老師往往以一些幽默卻不失哲理的話告訴我們工程力學(xué)對(duì)將來(lái)工作生活的重要性。我記得這樣一句話：你現(xiàn)在做錯(cuò)一題才扣幾分的問(wèn)題，將來(lái)就是坐幾年牢的事情了。初聽(tīng)我們大家一笑而過(guò)，可是細(xì)細(xì)想想，就會(huì)發(fā)現(xiàn)我們學(xué)到了很多，這大概就是潤(rùn)物無(wú)聲吧。雖然工程力學(xué)是一門(mén)很復(fù)雜很深?yuàn)W的科學(xué)，但在顧老師以交流、談心為方式的授課模式下，讓我接受的是很坦然，很輕松。完全沒(méi)有對(duì)復(fù)雜模型、對(duì)冗長(zhǎng)數(shù)據(jù)的恐懼。反而能夠更好的擴(kuò)展自己狹窄、有限的知識(shí)面;能夠更好的去認(rèn)知社會(huì)，去剖析自己，以自我改善與提高。我想這才是我們學(xué)習(xí)的更高層次的目的。 授課建議：在學(xué)習(xí)工程力學(xué)的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)只要在課堂上認(rèn)真的聽(tīng)老師的講解，課后能夠及時(shí)復(fù)習(xí)本節(jié)課所學(xué)的知識(shí)，就能夠跟上課程的要求。但有時(shí)候所學(xué)的知識(shí)比較抽象，難以想象與理解，這就需要自己在課后能夠多花些時(shí)間來(lái)鞏固所學(xué)的知識(shí)。工程力學(xué)是專業(yè)基礎(chǔ)課，只有將工程力學(xué)的知識(shí)掌握牢固，才能更好的學(xué)習(xí)之后的知識(shí)。理科的課程往往需要大量的練習(xí)才能真正的理解，希望老師上課時(shí)能多給我們出一些從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的典型題目給我們練習(xí)，更加注重教會(huì)我們?cè)趺捶治鲱}型。
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