時間：2023-05-05 17:00:17
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇材料力學論文，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞：材料力學 實驗教學 設計實驗 綜合實驗
《材料力學》課程在土木工程專業中是一門重要的基礎專業課,相對于其它專業課來說知識比較抽象,其理論性較強,其基本理論知識是往后課程學習和以后工程設計和工程實踐中最基本的理論根據之一,涉及眾多工程領域。學生通過學習,了解和掌握材料力學研究方法,能運用材料力學理論和計算方法去分析、計算解決實際工作中遇到的一些工程問題。實際教學中,由于本門課程具有理論性強、概念知識多、內容抽象、邏輯嚴密等特點,使教與學都頗具困難,因此,需要教學老師在教學實踐中不斷探索研究,提高教學質量、改善教學方法。材料力學的實驗教學能使學生學到的抽象理論知識與實際情況結合起來,有助于建立完整的材料力學知識體系,另外實驗教學有利于學生自學學習能力和創新能力的培養,在教學改革中應該重視實驗教學環節。
一、材料力學實驗教學內容的現狀
1.實驗課內容陳舊、單一
一般來說,材料力學實驗課的實驗項目少且較為單一,主要有是對鑄鐵和低碳鋼兩種金屬材料進行簡單的材料力學性能測試,包括拉伸、壓縮、扭轉、彎矩等主應力的驗證性實驗,內容形式固定,與工程實際情況聯系不強。在實驗中,學生都是按指定標準化程序實驗操作,實驗內容設計上也沒有預留多少讓學生有自主創造的空間,這樣不但影響學生的學習熱情,還扼殺了學生的創造思維。
2.實驗條件不充足
隨著高校擴招政策實施,在校學生數量不斷增多,導致現有的儀器設備臺套數遠遠不能滿足現有學生人數的使用需求,而學校短期內又無法投入大量的人力物力不斷擴張實驗室面積、實驗儀器數量。這樣,迫于現狀許多院校作出無奈選擇,以前學生三兩人一組做實驗,現在要五六人一組做實驗。這樣形成了實驗過程中個別人操作,多數學生觀摩和記錄的現象,這樣就導致了許多學生抄襲以及對實驗敷衍的心理。
二、材料力學綜合設計型實驗教學方法
1.引入綜合設計型實驗內容
結合經典材料力學實驗方法的基礎上,調整實驗內容增加設計綜合設計性實驗內容,為學生提供寬松、開放的實驗環境,讓學生根據自己的意愿和能力靈活開展實驗。在實驗中,老師不設定具體實驗方法方式。開展實驗前,學生幾個人自由組成以實驗小組,分工合作,要閱讀實驗大綱要求、明確實驗目的、了解實驗室現有條件、自主查閱資料等,然后設計實驗方案,跟老師討論實施實驗可行方案,最后獨立完成實驗,完成實驗研究報告或實驗小論文。
綜合設計型實驗要求老師始終以輔助的角色從旁指導學生實驗,在確定大致的實驗內容、提供相應實驗環境和保證學生實驗安全的基礎上,讓學生充分發揮主觀能動性。實驗對象不限于單一的金屬材料,學生可根據自己的興趣設計自己的實驗方案。實驗的工具也不限于實驗室里的儀器設備,學生充分發揮所長,可以自主設計簡易儀器設備,可以采用計算機編程、數值模擬試驗等。實驗的時間也不限于正常上課時間,一個實驗項目可以在幾天至兩個星期內完成,讓學生有充分時間調研、討論和實驗,同時也可以達到分流學生充分利用實驗室資源的效果。
比如,學生要測量某種材料的力學性能,在完成資料調研和設計好實驗計劃書后,給老師檢查,經過討論交流,確定方案可行。然后老師就組織學生講解和教會學生各種儀器設備的實驗原理、操作方法和注意事項,學習電子萬能試驗機、壓力試驗機、扭轉試驗機、材料力學試驗臺、各種傳感器、百分表等儀器設備的使用,掌握應變儀的操作、電阻應變片的粘貼方法,了解電測法基本原理等,在學生熟悉整個過程后就可以開始獨立自主開始實驗了。實驗完成后按照要求編寫實驗報告或小論文。這樣的實驗教學方式,老師不再是主要的角色,學生自己掌握了實驗過程中的主動性,自己動手、自己動腦、自己發現問題和解決問題。學生可以現學現用,及時掌握鞏固所學,激發學生學習積極性。
關鍵詞：工程材料力學性能；實驗教學；建構主義
作者簡介：孫小華（1976-），男，湖北漢川人，三峽大學機械與材料學院，副教授；余海洲（1978-），男，湖北荊門人，三峽大學機械與材料學院，講師。（湖北 宜昌 443002）
基金項目：本文系三峽大學教學研究項目（項目編號：J2012051）的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）10-0086-02
工程材料的力學性能是材料在不同環境（溫度、介質、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、沖擊、交變應力等）時所表現出的力學特征，是材料科學與工程四大基本要素——材料性能的重要組成部分，是各類材料在實際應用中都必須涉及的共性問題，[1]因此“工程材料力學性能”課程成為材料類專業的學位課程。一方面該課程中一些基本概念和定理是由材料科學基礎、工程力學等課程內容衍生而來，另一方面該課程中的一些基本概念和定理是失效分析等課程的前導課，也可直接用來解決工程實際問題，成為聯系學生基礎課和專業課的橋梁，起著承上啟下的作用。所以結合“工程材料力學性能”課程的自身特點及人才培養目標與要求，優化教學內容、革新教學方式和手段、充分發揮實驗教學培養學生綜合素養作用、調整考核評定模式改善教學實效，對促進學生學好專業知識、提高大學生的全面素質、培養學生靈活運用知識、分析、解決工程問題的能力和創新能力都十分重要。為此，筆者結合數年對材料力學性能課程的教學實踐，對本課程的教改進行了初步探索。
一、結合專業特點和需求優化教學內容
1.優化基礎內容，注意前后課程銜接
為讓學生在上課之初對本課程有一個基本的認識和興趣，增加了課程緒論的內容。該部分主要介紹材料力學性能的定義、研究內容和方法、材料的力學性能課程的前導和后期課程及其關系、材料的力學性能在材料科學與工程中的地位和作用、所用教材的結構和內容、學習本課程要注意的事項、考核模式、實驗安排、學習要求等。這樣學生對材料的力學性能有一個整體的了解，更加清楚“工程材料力學性能”課程的脈絡，明確學習目的，順利地完成整個學習過程。課程的主體內容分為三個部分：第一部分（1～4章）講述材料在一次加載條件下的形變和斷裂過程，所測定的力學性能指標用于評價零件在服役過程中抗過載失效的能力或安全性；第二部分（第5～8章）論述疲勞、蠕變、磨損和環境效應四種常見的與時間相關的失效形式，材料對這四種形式失效的抗力將決定零件的壽命；第三部分（第9～11章）介紹陶瓷材料、高分子材料和復合材料的力學性能，[2]該部分中的一些重要概念、定律從“工程力學”、“材料科學基礎”衍生而來，有些內容也為“失效分析”等課程奠定基礎。所以講解這些內容的時候要注意前后課程的銜接和內容側重及任務劃分。
2.結合專業特色與需求，強/弱化相關內容
“工程材料力學性能”課程主要面向金屬材料工程和材料成型及控制工程兩個專業授課。三峽大學這兩個專業在電建、電廠金屬、水工結構等方面具有明顯的電力行業特色，結合行業工作需求，該課程在金屬材料靜荷載下的力學性能、金屬的應力腐蝕和氫脆斷裂、金屬高溫力學性能等章節的內容予以了強化，列舉了一些行業相關工程實例。另外，因課程內容繁多、課時有限，教師將這兩個專業涉及相對較少的陶瓷、高分子等材料力學性能予以了弱化，留出學生自學的空間。
3.注重理論聯系實際，教學與科研相結合
在課程講授中始終堅持理論聯系實際的原則。例如在講授材料理論斷裂強度和實際斷裂強度存在約3個數量級的差異時，一方面利用雙原子模型推導出理論斷裂強度，另一方面指出實驗測試的斷裂強度與之巨大的差距，由此指出這一現象是催生位錯理論的原動力。當人們認識到材料中存在缺陷之后，利用斷裂力學中的格雷菲斯理論可以較好地算出材料的實際斷裂強度。在講到材料的低溫脆性時，列舉二戰中蘇-德戰爭由于嚴寒使得坦克履帶斷裂等低溫因素對戰爭的巨大影響，更真實地讓學生了解材料低溫性能的變化情況；在講磨損的影響因素時，與人穿鞋的磨損過程類比，使學生貼近自身更好地理解磨損的影響因素和危害；在講裂紋的河流花樣時與長江的形態（源頭、支流、主流、流向、寬度等）相類比，讓學生形象、牢固、準確地掌握了裂紋的源頭和走向。這種方式把理論與實際、實踐聯系起來，促進了學生對知識的理解、消化和應用。
“工程材料力學性能”是工程材料的四要素之一，是工程材料研究開發不可缺少的一部分。本課程中講到的很多概念、現象和定律經常在科研中用到。例如研究生將不同角度的接頭通過有機物連接起來，研究最佳的連接方式和破壞形式。如果學生能較好地掌握了微孔聚集斷裂的微觀斷口特征（等軸韌窩，拉長韌窩，撕裂韌窩），結合連接斷口的顯微形貌與受力狀況能很好地揭示接頭的破壞形式和內在機理。將教學與科研相結合，在教學中引入科研經驗與成果，將教學的基礎性和科研的前沿性、時代性結合起來引導學生學以致用。
二、革新教學模式，提升教學效率和效果
1.采用構建主義教學方法
“工程材料力學性能”課程知識點繁多，很多與前導課程“工程力學”、“材料科學基礎”相聯系，較難理解。為改善本課程的教學效果，采用了構建主義教學方法。建構主義認為“學習不應該被看成是對于教師授予知識的被動接受，而是學習者以自身已有的知識和經驗為基礎主動的建構活動”。[3]它主張學習是學習者主動建構自己知識經驗的過程，是通過新經驗與原有知識經驗的相互作用而不斷充實、豐富和改造自己已有知識經驗的過程。[4]為營造建構知識的學習環境，上課時一般先回顧上次的課程內容，從熟悉的內容導入。對于一些與前導課程有關的知識點往往結合前導課程內容展開，使學生借助已有的知識和經驗，主動探索，積極交流，從而建立新的認知結構，豐富學生對本課程的知識。此外，在教學中教師與學生建立平等的師生關系，充分尊重學生的人格和自主意識，相信每個學生的智慧潛能和創造能力，倡導“基于問題”的學習模式，[5]根據教學內容在課堂教學中間穿插一些提問，激發學生思維的積極性，培養學生的問題意識，并引導、培養學生從不同的角度去思考、判斷和解決問題，從而在問題的解決中學會學習、學會創新。
2.采用多媒體輔助教學
“工程材料力學性能”課程內容多、知識點零散、圖表較多，書中許多抽象的內容很難通過語言的表述來講清楚。[6]教師在教學過程中運用多媒體教學手段，將圖片、文字、動畫、聲音和影像等多種媒體運用到課堂教學中，這樣可以增強表現力，使內容更加形象、生動，使得材料力學的一些抽象概念易于理解，豐富了學生的感性認識，有利于激發學生的學習興趣，豐富和活躍教學過程，充分調動了學生的學習積極性，提高了教學質量和效率。
3.加強網絡教學，增加溝通改進渠道
計算機網絡給工作和生活帶來巨大便利。在本課程的教學中也將相應多媒體課件、部分習題、教案等內容放到學校建設的教學網頁上，一方面可以讓學生在空余時間瀏覽課件和相關資料，便于復習和總結，另一方面也可通過該教學網頁和老師互動、探討課程問題，也可提出一些改進的意見，便于教師改進、提升滿足學生需求的教學效果。
三、充分發揮實驗教學作用培養學生綜合素養
材料的力學性能是建立在實驗基礎上，在特定實驗環境、條件、測試步驟下獲得的，因此實驗是本課程重要的組成部分。如何通過實驗環節提升學生的動手能力，加大對課程內容的認識深度，培養學生協作意識、工程素養是本課程實驗部分仔細考慮的問題。在實驗內容的開設上兼顧了基礎實驗與綜合訓練，同時注重與工程材料力學性能相關的理化檢驗工程師崗位能力培訓相結合，[7]既保證學生能掌握特定的力學特征曲線（如應力應變曲線）或性能指標（如硬度、耐磨性、沖擊韌性等）的測試方法、步驟和標準，加強對學生的基本專業技能，如文獻檢索、實驗設備及相關工具的應用、實驗數據處理及誤差分析、報告總結等的訓練，[8]又通過小組綜合實驗加強工程師崗位能力培養，讓小組成員分工協作、設計、實施實驗、分析數據、總結實驗結果，[9]達到以實驗為載體，培養學生動手能力、團隊協作意識、溝通交流能力、工程素養的目的。
四、調整考核評定模式改善教學實效
課程的考核評定模式和最終成績是調動學生學習積極性、培養學生綜合素質的重要途徑，也是反映老師教學實效的一面鏡子。結合往屆課程教學經驗調整考核模式、命題形式、內容和成績評定方法，努力做到從終結性課程考核模式向形成性評價方式轉變，將理論考試與實踐考核相結合、期中考試與平時評價相結合，實現過程控制，形成綜合考核評定的方法。最終成績由期末考試成績、平時成績和實驗成績三部分組成，各占70%、20%、10%。其中期末考試出題形式由填空、判斷、選擇、名詞解釋、力學性能指標說明、綜合題構成，其內容覆蓋每個章節，做到考核全面，力爭反映出本課程對學生的基本學習要求：了解力學性能參數的物理意義，掌握基本概念；了解力學性能的測試原理，掌握測試技術，進一步理解所測的力學性能指標的物理意義與實用意義；掌握力學性能的宏觀規律，并能用微觀機理解釋宏觀力學性能的變化規律（以掌握宏觀力學性能規律為主）；實驗成績單獨考核、自成體系，由每次實驗的分成績組成。如果實驗成績不合格，課程總成績就不合格（突出實驗的重要性）；如果合格，其10%的分值成為總成績的組成部分。平時成績包括到課率、課堂表現、作業和課后小論文等。這種綜合性考核評定模式減緩了學生對期末考試的壓力，使學生能把更多精力投入到創造性學習和鍛煉知識的綜合運用中去，[10]也培養了學生信息資料收集、數據分析和科技論文撰寫的能力。此外，成績出來后，教師通過對卷面成績、實驗成績和平時成績予以分析，得出在哪些方面還存在不足，提出改進途徑，以利改善后續教學實效。
五、結語
“工程材料力學性能”課程的教學必須依托學科專業特色，圍繞教學內容、教學模式和手段、實驗教學、考核與評定等展開全面多層次的教學改革，并在教學實踐中不斷地研究、完善、推陳出新，摸索出一條能充分調動學生主觀能動性、培養出具有動手能力、協作意識、創新意識和高工程素養的社會實用人才新途徑，使學生能有效地掌握本門課程知識并能在工程和科研中靈活運用。同時，該課程的教學改革也促進了教師教學水平的提高，完善了教師綜合素養。
參考文獻：
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論文摘要:文章介紹了我校《材料力學》課程多媒體教學開展的情況，討論了多媒體教學的優勢以及在多媒體教學中存在的問題。證明先進的多媒體教學手段受到了學生的歡迎，它傳統的教學方法的補充，更是挑戰，再結合課程在網上的實現以及其它教學環節在網上的逐步實現.必將使多媒體教學方法更趨完善。
一、我校《材料力學知果程多媒體教學情況
上海理工大學力學教研室自2000 - 2001學年第一學期選擇99級機械專科和汽車專科班進行多媒體教學的試點，取得經驗后，在2000一2001學年第二學期開始在機械、動力、城建學院本科的多學時(64學時)《材料力學》課程中使用多媒體教學方法。到學期結束前，在學生中就多媒體教學問題進行了調查，共有339名學生參加了問卷調查。在間卷中，關于學生對多媒體教學的歡迎程序，統計的結果如下:
由此可見，學生對多媒體教學的效果基本滿意對多媒體教學方法比較歡迎。
二、多媒體教學的優勢及問題
1.優勢
(1)使用多媒體的教學方法，最大的優勢在于教學手段先進，教師可以在課堂上使用經過精心制作和編輯的文字、圖像、聲音和動畫等，向學生清楚、生動地展示和講解課程內容。由于內容能方便地重放和交叉回放，所以對于課程內容的重點和難點，能反復地講解，對于前后關聯的內容，隨時可以調出講解，這就極大地方便教師組織講稿，使學生的學習能前后領會貫通。
(2)多媒體教學的信息量較大，在教學規定的學時內，使學生獲取更多課程知識及相關的內容。
(3)使用多媒體的教學方法節省了板書的時間，就可以使教師有時間在課堂上對課程基本概念問題進行討論，這對學生理解和掌握課程基本內容和基本知識是很有幫助的。以前，因為課程學時減少，所以課堂討論和習題都無法進行，教師在課堂上疲于講解課程內容，而教學環節中比較重要的習題課和討論課卻苦于沒有時間而無法進行。現在使用多媒體的教學方法，這個問題就能得到較好的解決。
2.問題
(1)使用多媒體教學方法是否就能大大加快授課的速度呢?我們通過實際授課得到的結論是否定的。這是因為學生對于知識的掌握有其內在的規律，它需要有一個接受和消化的過程，盲目地提高授課的速度，反而欲速不達。因此，教師應該保持合適的授課速度，利用多媒體的先進教學手段，用大量的資料來佐證課程基本內容和重要概念，增加課堂討論和習題講解來消化和接受課程內容。
(2)長期以來，學生習慣于傳統的授課方式，即教師在上面授課，而學生在下面記筆記。而改用多媒體教學方式，學生就有一個接受和適應的過程。在使用多媒體教學方法的初始階段，學生的一個較普遍的反應是課堂筆記來不及記。對于這個間題，教師采取的措施是要控制好授課的節奏和速度，掌握好翻轉屏幕的時間，有意識地讓學生有一定的時間來記課堂筆記。同時也孺要向學生說明改進學習方法的必要性，使學生認識到對于一種新的教學手段，自身的學習方法應作出調整，在課堂上更應該注重于思考和理解。
(3)我們覺得在采用多媒體教學方法時，其它的相應措施也應該跟上。在這個學期中，我們采取的措施是將多媒體教案在學校的校園網上(該問題在后邊再專題討論)，同時，我們選編了一本《材料力學習題選解》發給學生，幫助學生正確地解答材料力學課程習題。這些措施受到了學生們的歡迎。
(4)多媒體教學是在多媒體教室中進行，它的教學環境與傳統教室不同。這就對多媒體教室提出了較高的要求。首先，教學內容是通過投影儀投放到顯示屏幕上，這就要求投影儀必須要有較高的分辯率和亮度，尤其是在較大的教室中，如果投影儀的分辯率和凳度不夠，則坐在教室靠后的學生就難以看清屏幕上的內容，極易產生視覺疲勞。其次多媒體教室的音響效果也很重要，要保證聲音清晰，過大的回聲會懂學生注意力不能集中，也容易疲勞。除此之外，多媒體教室使用的計算機，包括硬件和軟件應經常維護，使之處于最佳使用狀態。如果在講課過程中出現死機之類的問題，則會使教室的教學氣氛
破壞，教學效果大打折扣。從對多媒體教室硬件設備合格程度的調查中，可以看出學生也希望多媒體教室的設備性能進一步提高。
三、《材料力學)課程教案在網上的
多媒體的教學方法是一種全新的教學手段，與傳統的教學方法一樣，也需要其它的配套措施相應跟上。因此，我們做了一項工作，就是在學校的校園網上多媒體教學的教案，它包括了課程的理論教學內容、課堂演示的圖片、講解的例題、問題的討論和習題的解答。這樣，學生就可以非常方便地、隨時在學校的校園網上查到課程的全部教學內容。學生完全不必為在課堂上來不及記筆記而煩惱，在課堂上可以更加集中精力去理解和思考教學內容，在課后也能很容易地在網上進行復習。所以，在網上課程教案是一項十分重要的教學環節，我們正努力地進行著這項工作，爭取把它做得更加出色和成功。
四、課程的其它教學環節在網上的實現
本專業主要培養具備能從事各類工程建設的場地評價，巖土體特性分析，特種地基加固處理，地質災害評價與治理等地質工程領域的各項工作的高級工程技術人才。
二、培養要求
畢業生應獲得以下幾方面的知識和能力：
具有較扎實的自然科學基礎，了解當代科學技術的主要方面和應用前景，熟悉地質工程勘察、設計施工。 掌握工程地質、工程力學、巖土力學的基本理論，地下工程、工程材料、結構分析與設計、地基處理方面的基本知識，掌握有關電工、工程測量與試驗、施工技術與組織等方面的基本知識。具有工程制圖、計算機應用、主要測試和試驗儀器使用的能力；具有綜合應用各種手段（包括外語工具）查詢資料、獲取信息的初步能力。熟悉國家有關工程勘察，建筑工程等方面的政策、規范和法規。具有進行工程勘察、設計、試驗、施工、管理和研究的初步能力。
三、主干學科 地質工程
四、主要課程
英語、高等數學、大學物理、普通化學、計算機基礎、材料力學、結構力學、巖土力學、建筑材料、鋼筋混凝土結構、道路勘測與設計、地下結構、施工技術與施工組織、地質工程經濟與企業管理。
五、主要實踐性教學環節（內容、要求）
設計1——鋼筋混凝土課程設計
時間：1周
內容：鋼筋混凝土結構
目的與要求：
通過本課程設計，使學生進一步掌握鋼筋混凝土結構設計的基本原理、方法和步驟。受到鋼筋混凝土結構設計的初步訓練。設計分兩部分進行，一部分為鋼筋混凝土樓蓋設計，一部分為單層廠房結構設計。要求學生完成相應的計算說明書及結構設計圖紙。
設計2——巖土體工程課程設計
時間：1周
內容：巖土體穩定性評價、巖土體工程設計
目的與要求：
通過本課程設計，使學生進一步掌握巖土體穩定性評價及巖土體工程設計的原理、方法和步驟，受到巖土體工程設計的初步訓練。要求學生在教師的指導下，完成相應的計算說明書和設計圖紙。
設計3——基礎工程設計
時間：1周
內容：根據工程地質勘察報告及有關資料選擇基礎方案，并進行設計、計算、繪出施工圖。
目的與要求：
通過本課程設計，使學生進一步掌握基礎工程設計的原理、方法和步驟。受到基礎工程設計的初步訓練。要求學生在教師的指導下，完成相應的計算說明書和設計圖紙。
測量實習，安排在第5學期，時間1周，內容為工程測量，要求學生在實習結束后，編寫一份實習報告。
認識實習，安排在第4學期，時間3周，內容為地質認識實習。
教學實習，安排在第6學期，時間7周，內容包括工程地質勘察、原位測試、室內資料分析與整理。要求編寫一份實習報告。
畢業實習及畢業設計（論文），安排在第8學期，時間12周。
畢業實習及畢業設計（論文）是實現本科培養目標的重要階段，是學生學習、研究與實踐成果的全面總結，也是對學生綜合素質與工程實踐能力培養效果的全面檢驗。通過畢業實習和畢業設計（論文），使學生達到工程師工作能力的初步訓練。
要求：選題盡可能結合生產實踐，做到一人一題，要求學生在教師的指導下，獨立完成畢業設計（論文）。
答辯：畢業設計（論文）完成后，由系統一組織答辯。
六、主要實驗
室內試驗（巖土物理力學性質測試、建筑材料試驗等）、野外現場試驗（巖土物理力學性質現場原位測試、工程監測及檢測等）
七、最低畢業課內總學時：2500學時
最低畢業總學分：模塊A：176學分+分 模塊B：178學分+7學分
關鍵詞：力學 課程體系 優化 考試改革
為改革本科課程體系結構和教學內容，加速構建應用型大學本科教育教學體系，學校按“上手快，后勁足”的要求，按學科大類設置平臺課程并加速建設，促進平臺課程精品化。
1 建設目的
（1）按照應用型大學人才培養新模式，探索按學科大類進行人才培養和組織教學工作，整合教學內容，優化課程體系結構，夯實和拓寬學生的基礎，增強學生的發展后勁。
（2）整合與優化校內教學資源，構建學科大類教學平臺，進一步提高教學質量和辦學效益。
2 建設內容和范圍
學科平臺課程建設主要針對學科基礎課程，分為縱向和橫向兩類課程。
縱向平臺課程建設包括兩大類專業：一是屬于不同學院、專業方向不同的專業，如機械工程、船舶工程、土木工程、測繪工程；二是同類或相近專業。各學院原則上不能重復開設相同的平臺課程，只能由教學質量較高的學院為主開設。
橫向平臺課程是指教學覆蓋面大的學科基礎課程。建設重點是：一方面要整合不同專業的教學資源；另一方面要改革教學內容、教學手段和教學方法，形成若干統一的模塊，形成特色明顯的模塊化、網絡化精品課程。
3 建設目標
（1）教學條件建設
①建立完善的教學大綱和教學要求，明確基本要求，突出重點、難點；
②建立齊全的教學文件檔案；
③建立和嚴格執行互相聽課、教研活動（每學期2-3次）等制度；
④完善開發《理論力學》、《材料力學》網絡教學課件并實現網上運行；
⑤完成并出版能反映課程內容體系改革的模塊化教材DD《理論力學》、《材料力學》、《工程力學》教程；
⑥編寫與《理論力學》、《材料力學》和《工程力學》配套的習題集。
（2）教學改革
①課程內容改革既要注重使學生能建立扎實的力學基礎，又能加強對學生創新思維的培養；
②在采用多訊道教學手段的同時，根據授課內容采取啟發式、討論式等教學方法，在不增加課時的情況下，加大教學信息量；
③嚴格考試要求和評分標準，堅持課程組統一（背靠背）命題、流水作業評分，實現學生整體考試成績呈正態分布，并進行考試方法改革和探索，實行閉卷考試和實驗考核相結合的考試方式。
4 建設程序
爭取通過學校運用項目管理方法，加強學科平臺課程建設與管理。學科平臺課程建設程序如下：
（1）學校根據發展規劃和教學改革需要，提出建設學科平臺課程的需求。相關學院根據建設需求，推薦學術水平高、教學經驗豐富、工作責任心強的教師申報學科平臺課程建設項目。
（2）項目申報人提出學科平臺課程建設規劃和實施方案，組織相關教師進行認真論證，論證通過后報學院批準。
（3）學校組織有關專家對項目申報人提交的平臺課程建設規劃和實施方案進行審核，經專家審核通過后正式立項。學校與項目負責人及其所在學院三方簽訂《平臺課程建設合同書》。
（4）學校根據《平臺課程建設合同書》對建設項目進行進度管理、經費管理和質量管理。
（5）各學院根據學科平臺課程建設實施方案，結合所設專業的人才培養目標和教學需要，選擇相應的學科平臺課程模塊，制訂所設專業的“本科綜合培養計劃”。
5 存在問題及成因分析
（1）教學方面
在開設力學的同時，開設高等數學，由于高等數學不過關，導致力學的教學過程中數學相關計算的問題并沒有深入；同時由于部分學生基礎較薄弱，因此對較難的知識教學中并沒有完全突破。部分學生對于力學的學習興趣及重視度不夠。在教學中要注意引導學生克服中學學習內容少，老師講課慢、細，課堂消化等特點。盡快實現學習方法上的轉化，盡快適應大學學習。
（2）考核方面
以往的考核方式大部分是“重結果輕過程”。考核方式期末閉卷70%，平時30%左右。考試試題和平時作業多是識記性題目和模擬性業務題，大多只有固定答案，內容主要為各章節知識點的驗證，平時作業或者有少量調研分析，案例討論，但因為平時成績占比重低，學生不重視，難以達到能力考核的作用。 因為對于教師而言，知識傳授更容易些，而組織重在能力培養的啟發式教學；對學生而言，完成識記性的作業更容易一些；而案例研討、案例設計、企業實務調研、撰寫課程論文等作業難度較大，但可以拓展學生的知識面，訓練學生自主獲取知識的能力和發現問題、分析問題、解決問題的能力。
6 對策及改進措施
（ 1）考試的內容改革
以期末考試為主，在期末考試中，制定完整的理論考試試題，將其作成標準化試題，試題要適合應用型人才培養的特點，難易程度適中，題目多樣化。
加大設計題的難度，培養學生的實踐能力，將理論充分的應用到實踐中，將理論和實驗充分的結合。
（2）轉變觀念，樹立“能力”培養
在考核形式上采取多樣化的考核形式，最終評定的考試總體包含了兩部分的內容：理論考試環節和課堂提問環節。在整個考試體系中突出應用型人才的特點。
（3）平時成績改革
平時成績主要是對日常出勤情況、課堂表現、實驗實操、作業完成情況的考核。
7 建設成效
（1）教師資源得到合理利用，原來的單班授課改成合班，既節省了開支，又優化了資源。
（2）硬件資源得到充分調配，教室使用率得到優化，實驗設備利用充分，網絡教學更加合理。
（3）管理資源趨于規范，教學檔案條理清晰，便于操作。
（4）通過改革考試成績明顯提高，本屆工業工程專業學生73人，其中：優秀16人，占21.92%，良好25人，占34.25%，中等17人，占23.29%，及格8人，占10.96%， 不及格7人，占9.59%，平均分78.99。往屆工業工程專業學生90人，優秀12人，占13.33%，良好32人，占35.56%，中等14人，占15.56%，及格13人，占14.44%， 不及格19人，占21.11%，平均分72.31。考試中各項指標都有提高，說明改革成效突出。
參考文獻
[1]錢令希，錢偉長，鄭哲敏，等.中國大百科全書（力學卷） [M].北京：中國大百科全書出版社，1993.
論文摘要:著重介紹在中等職業技術學校水利工程類、電廠類等工科專業教學中如何把工程力學理論知識與工程應用實例結合起來,激發學生學習的積極性和主動性,全面提高教學質量。
廣博的知識和出色的語言表達能力是做好教學工作的基礎,但教學工作的成效,歸根到底要看學生對知識的掌握情況,這就要求教師有針對性地研究教學方法,研究學生的心理特點,讓力學知識與學生的其他專業課程以及工程技術實際活動有機地結合起來,讓學生充分感受到專業技術的魅力,幫助學生消除厭學情緒,激發學生學習工程力學的興趣。
近幾年來,筆者承擔了水利工程類、電廠類等工科專業班級的工程力學課程教學工作,在實際教學活動中積累了一些經驗,現提出來與大家探討。
一、“親其師而信其道”
學生熱愛一位教師,就會“愛屋及烏”地喜歡這位教師所進行的教育教學活動,因此,在教育活動中,與學生建立良好師生關系,成為學生喜愛的老師,是教育獲得成功的前提條件和關鍵因素。
二、引導學生認知力學
工程力學:包括理論力學、材料力學和結構力學,是中等職業學校電廠類、水利工程類等工科專業的專業基礎課,其理論性強,而且與專業課、工程實際緊密聯系,是科學、合理選擇或設計結構(或構件)的尺寸、形狀、強度校核的理論依據。在教學中,我們往往稱之為“一座橋”,具有承上啟下的作用。也就是說,學好工程力學,為后續專業課的應用和拓展奠定了很強的理論基礎,也為學生畢業后正確分析和解決生產中有關的力學問題提供了知識上的保證,對提高學生的實際操作水平和技術應變能力都具有至關重要的作用。
三、加強直觀性教學
課堂教學過程中,結合教學內容,盡量使用教學模型和實物進行教學演示,如講解“工程中常見的幾種典型約束”時,讓學生看固定鉸鏈聯接的模型;講解“空間力系”時,看直角平行六面體;講解“齒輪的受力分析”時,讓學生看斜齒圓柱齒輪和圓錐齒輪。通過工程實際和教學內容相結合,工程實物與力學模型相對照,即可使學生增加有關工程和機械方面的感性認識又能促進理性認識,使感性認識和理性認識并行發展。
四、聯系生活實際
如果教師能把抽象難懂的理論,化為具體易懂的實際。這樣,既可以活躍課堂氣氛,又可以使學生加深理解,加強記憶。例如在講靜力學公理一節“作用與反作用公理”時,我問學生:如果大家想買一個彈簧秤,并想校對一下它的精度時應該怎么辦?學生回答:秤一個已知重量的實物。我又問:如果沒有實物呢?多數同學都沉默了,這時我拿出兩個彈簧秤,并使兩秤水平鉤在一起,然后用手施力于彈簧秤上,這時同學們恍然大悟說:兩秤的讀數相同。我解釋道:這就是作用力與反作用力,同學們可以用這種方法通過對幾個彈簧秤的實驗,就可以買到一個標準的彈簧秤。
五、尊重、關心學生
用心去呼喚,讓每一個學生都感受到老師不但沒有忽視他的存在,而且對他很重視,很關心。由于職業中專學生的基礎差異較大,多數學生正處于青春期,思想波動很大。有的學生想學但自控能力差,管不住自己,尤其是基礎差的學生,如果他們認為老師忽視了自己,看不起自己,就可能引起逆反心理,導致自暴自棄的不良后果。針對這種情況,我采用的方法是,首先盡快了解每一個學生,記住學生的姓名,特別是對基礎差的學生的姓名脫口而出。輔導時基礎差的學生往往不能提出具體問題,我就主動和他們談些簡單易懂的問題,對漢語較差的朝族學生注意多交流,多輔導。使這些學生感覺到老師是在真心幫助他們,從而喚起他們的學習熱情。在對待學生方面,我一直堅持沒有不可原諒的缺點,也沒有不值得表揚的成績的原則,這樣學生和老師的心就被拉近了。
六、因材施教,進退適度
根據學生的接受能力和心理特點制定有效的教學方法。就教師而言,我認為教師是在傳授知識,而不是賣弄知識,教師要考慮到學生的接受能力,做到該講的要講,不該講的不講,該快的地方要快,該細的地方又要講細。如果講快了,講多了,學生接受不了,效果不佳。可是在一堂課中對一個問題重復過多,學生就會感到羅嗦、厭倦。造成學生的注意力不集中,思想渙散,課堂氣氛沉悶,往往效果更差。針對這種情況,我采用“緊湊、聯想”的教學方法,收到了較好的效果。“緊湊、聯想”就是快慢適宜,不羅嗦,每講一個問題都盡量聯系到相關的內容,這樣既幫助學生復習了以前的內容加深了記憶,又增強了學生舉一反三的能力,例如在講《材料力學》四種基本變形:“彎曲變形”時。我首先要以提問的方式或搶答的辦法復習以前將的三種基本變形。即軸向拉伸和壓縮變形,剪切變形,圓軸的扭轉變形。另外《理論力學》中的三種力系:平面匯交力系,平面力偶系,平面任意力系。《結構力學》中解超靜定結構的三種方法:力法、位移法、力矩分配法。都可以通過對照、比較的方法講授,這樣不僅使學生加深了對課堂內容的理解,又抓住了學生的思路。培養學生有一個良好的聽課習慣。
七、結束語
“傳道”須有術,作為知識傳播者的園丁,必須在教學工作中不斷研究,不斷地創新,方能達到更好的教學效果。大文豪肖伯納說過:你有一個蘋果,我有一個蘋果,相互交換,每人仍是一個蘋果;你有一個思想,我有一個思想,互相交換,每人就有兩個思想。這個富有哲理性的比喻。我想,對于我們教師間教學經驗的相互交流很適用。
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【論文摘要】：文章針對《工程力學》教學中面臨的學生不夠重視、缺乏學習興趣和學生聽的懂卻不會分析解決實際問題的兩大難題，分別從讓學生認識到學好該課程的重要性是最重要的第一步，激發學生的學習興趣是必由之路，培養學生分析解決問題的能力是歸宿三個面探討了提高《工程力學》教學質量的方法和途徑，對改進《工程力學》的教學方法具有一定的參考價值。
《工程力學》是一門技術基礎課，它主要包括理論力學和材料力學兩大內容。學生通過對本課程的學習，為他們將來學習專業技術知識，分析和解決一般機械工程實際問題，提高技術水平打下堅定的基礎。
當前，《工程力學》教學的現狀面臨著兩大難題：一是學生對該課程的重視程度不夠，缺乏興趣，花在對該課程學習上的精力和時間也就相對較少，學習效果不好；二是課堂教學中教師只限于把教學內容講清，而忽略對學生能力的培養，學生能夠聽懂課，故結合自己的教學實踐對以上問題加以探討。
第一、必須讓學生充分認識到學習《工程力學》的重要性和學習的“難度”，從而重視這門課的學習，這對提高《工程力學》教學質量來說就邁出了最為關鍵的第一步。
1. 教學中要讓學生清楚《工程力學》是工程類專業人員必須掌握的非常重要的專業基礎課，它直接關系到許多后續專業課程的學習。而且《工程力學》還是現代工程技術的基礎，無論是機器的自動控制和調節、機械和結構的設計、機器和結構振動的研究，還是新型材料的研制和利用等，都需要《工程力學》的知識。另外，力學的發展是社會發展的反映。封建社會前出現的是簡單的省力工具和機械。封建社會中各種形式、不同規格、多種材料的宮殿、寶塔等土木建筑大量出現，都體現出結構上的精巧，構件及材料的合理利用。到了近代，各工業先進國家在各個科學技術領域和工程建設中，《工程力學》的基本原理和計算方法得到了更加廣泛的應用。
2. 教學中還要正確引導學生辯證地認識學習中會遇到的困難。學生由于未接觸過具體的工程實際問題，缺乏必要的感性認識，因此在學習中往往知其然而不知其所以然，聽起課來似乎理解，但一接觸具體問題就感到力不從心，部分學生存在著畏難情緒。所以要引導學生辯證地看待這種“難度”，并且還要幫助他們樹立克服困難的決心。
第二，教學過程中要想方設法，激發和培養學生的學習興趣，調動學生的學習能動性，這是提高《工程力學》教學質量的必由之路。
l. 通過科學家的故事和科技新成就的教育，激發學生的學習興趣。教師在上緒論課時就要巧妙地設計教案，把力學科學史、科學家傳記和科學新成就介紹給學生，使學生對力學由陌生進而產生興趣。如瓦特發明蒸汽機；茅以升造橋；阿基米德創立機械學和流體力學，發現杠桿定律和阿基米德定律；哥白尼創立日心說，寫下不朽著作《天體運行論》的故事等等。這樣可縮短學生和力學的距離，激發他們學習力學的興趣。其他再如亞運村的建設，葛洲壩工程和西部大開發等，更能激發學生學習的豪情壯志。
2. 采取多樣的教學形式，創造一個輕松課堂氛圍，也有利于調動學生的學習能動性。學過《工程力學》的人都有這樣一種感覺：概念多，理論性、邏輯性強。理論力學分析、計算靈活多樣；材料力學計算公式繁多、復雜，實踐性強。如果教師不采用適當的方式進行教學，則很難提高學生的學習興趣。在教學中，應該適當選擇一些題目讓學生先做，使其感到原有的知識不夠用，那么當教師講授新知識時，他們的注意力自然會集中到這里來，教學效果就不言而喻了。如在講授轉動慣量這一概念時，可以先讓學生回憶一下質量的概念。質量是平動物體慣性大小的度量，即同樣的力作用在不同質量的物體上，質量大的物體運動狀態改變就要慢一些，同樣，對于兩個不同的轉動物體，在相同力矩作用下，其運動狀態的改變與什么因素有關呢?這樣，就讓學生感到自己所學的知識還不能回答這一問題，渴望對新知識的了解。再如講到“力的平移定理”時，可提出“同學們在鉗工實習中，用絲錐工具制絲扣時，為什么必須用雙手均勻扳動絞杠?”最后總結規律，得出結論。這樣就體現了以教師為主導，學生為主體的教學思想，既有利于培養學生分析和解決問題的能力，促進知識和技能的學習，又可以提高學生學習《工程力學》的濃厚興趣。教師設問時需充分挖掘知識的內涵，吃透教材，找出與之相關的若干知識點。還可以改變傳統的被動教學模式為啟發式師生互動模式，教師提前公布教學計劃包括內容和進程，要求學生提前預習。上課堂時教師首先通過一系列的問題檢查學生對所預習章節內容的理解，也可以學生提問，教師解答，下課前要總結，并對下一次課將要講的內容、主要概念和定理作簡要介紹。另外，還可以運用實驗、電教等直觀教學手段，可加深學生對《工程力學》的認識同樣可以激發和培養學生的學習興趣。 轉貼于
第三、理論聯系實際，培養學生分析問題和解決問題的能力，這是提高《工程力學》教學質量的歸宿。
【關鍵詞】《力學設計與操作》 綜合能力 課堂 實驗 競賽
一、前言
現代高等教育要求重點培養學生的科學素養、創新和實驗研究能力。為實現本科教學“以培養目標為導向，以學生為中心”的教學目的，全方位提升學生的綜合能力，我校《力學設計與操作》課教師積極探索教學改革，設置與工程緊密相關的教學內容，開發綜合性、設計性和研究性的實驗教學內容，培養和提高學生的創新能力、動手能力和團隊合作能力。在促進教學方面，相關教師每年積極組織并指導學生參加周培源全國大學生力學競賽和上海市大學生力學競賽，指導學生參加各類創新實踐活動，引導學生的學習興趣，激發學生的創新潛能，以實現培養學生實踐創新能力的目標。
二、研究方法
在選修《力學設計與操作》課程之前，學生們已經學習了必修基礎課《理論力學》，正在或已經學習了必修基礎課《材料力學》，直接去解決復雜的工程實際問題難度依然很大。因此，教師可以把一些典型的工程實際問題抽象簡化成相對簡單的力學問題和模型，在課堂上只提出問題，而不給出解決辦法，采取這樣一種方式去激發和培養學生的創新意識和實踐能力，讓學生能夠直接應用已學的理論知識和方法，進行方案設計，計算分析，動手實踐，從而解決力學問題。同時，為增強課程的趣味性，活躍課堂氣氛，讓學生自由組成小團隊制作實物進行比賽，如此可以培養學生的團隊合作能力和上進心、榮譽感。然后讓比賽獲勝的團隊學生發言，在課堂上共同討論其設計方案中所用到的知識以及實驗的經驗體會，進行合理性論證和總結，從而鍛煉他們的表達能力，教師還可加以點評和提煉。課程結束后，讓學生撰寫論文，對課程進行回顧與反思總結，實現思維能力的不斷提升。有些學生某項或者某些知識并不扎實，在寫論文的過程中就能充分意識到自己的不足。教師要營造“比學趕幫超”的學習氛圍，打通學生各門功課之間的學習障礙，融會貫通，實現貫穿式教學。要通過有趣的課堂吸引學生，將學生囊括在師生和諧的大家庭中，點燃學生的學習和激情，激發學生的活力和創造力，提升學生的創新實踐能力。《力學設計與操作》課程，就是教師基于上述理念開課并實施的。課程命名教師是這樣構思的：既需要學生自主設計，又要求學生親自操作。將課程設置為專業選修，是因為需要先修《理論力學》和《材料力學》這些專業基礎課。
探索了全新的教學模式，就要在教學方法上靈活創新，使課堂以學生為中心，注重培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生自主學習的能力。學生對創新制作興趣高，學習進步快。設計制作和創新活動容易激發學生學習經典專業知識的積極性，有利于培養學生的專業感情，培養學生的創新精神和創新能力，特別是在培養學生如何將工程實際問題化為一個工程力學問題，如何應用科學的理論方法和實驗方法求解工程力學問題等方面有著積極的作用。
三、結果與結論
《力學設計與操作》課程從2013―2014學年春季學期首次開課以來，在教學方法、學生學習體驗和評教方面得到學生們一致好評。因場地人數限制，應學生們強烈要求，增設為春、秋兩季都開課，仍然供不應求。在教務處匿名評教網站，學生對該課程評分為97.70分。學生對該課程的文字評價有：“很幸運能選到《力學設計與操作》這門這么好玩的選修課，很幸運能跟馬老師和這么多的同學在一起學習，很幸運能認識這么多有創意的有趣的伙伴們。在這門課上，我們組收獲了很多，也學到了很多。這門課讓我們組的成員更加喜歡機械，喜歡力學了。”“在學習這門課程過程中，我們都受益良多，我們學會了遇到問題后如何快速地找到問題關鍵并尋找方式解決，學會了在團隊合作中如何與大家齊心協力解決問題，學會了在意見不同時如何更好地協調中和。非常感謝學校設置這門課程讓我們學習，感謝帶領我們攻克那么多問題、上課幽默風趣的馬新玲老師，感謝同學們的積極參與和合作。”“《力學設計與操作》這門新穎并且充滿趣味的選修課著實令我們在這個學期收獲頗豐。這門課為我們提供了提升動手能力的廣闊天地，給我們創設了靈活運用力學知識的平臺，并且讓我們更清晰地認知到我們思維的局限與優勢，最重要的是激發了我們的創造力。”“向老師表示感謝，希望后來的同學能積極地選修這門課程。如同開課時的火爆場面那樣，這門課程的收獲絕對使你終身受用。”“它不像別的課程那樣，課堂上沉悶單調，索然無味；相反，我們在整個過程中充滿了歡聲笑語，近3個小時的課堂總是讓我們覺得那么短暫。”“這門課程充分激發了大家的興趣，培養了組員們的實踐能力，更鍛煉了寶貴的團隊協作能力，是一門深受大家喜愛的選修課，希望將來能有越來越多的人感受到這門課的魅力！”
開設《力學設計與操作》這門課程，將課堂、實驗和競賽相結合，探索全新的教學模式，探索本科生創新教育，拔尖創新人才培養的新模式，調動學生的學習興趣，提升學生綜合能力，提高本科教育質量，全方位提升學生的創新實踐能力，收獲了良好效果。
【參考文獻】
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校企聯合培養依托行業發展，以培養應用能力為主線，通過構建適應現代經濟發展、以市場為導向的“零距離”實踐教學體系、與市場“零距離”接軌的教材體系和基于就業需求的“零距離”素質拓展培養體系，培養接地氣的高素質行業人才。問世以來，不僅對各國經濟發展起了積極的促進作用，而且大大提升了學生就業的適應性。通過借鑒國外成功模式，我國高校與企業積極探索和發展了多種校企聯合培養模式，例如：大學科技園、校辦企業、國家產學研工程、“產學研”聯合培養基地和校企聯合培養基地等，聯合培養本科人才、工程碩士、碩士研究生和博士生。
在湖南省教育廳的支持下，國防科學技術大學航天科學與工程學院(簡稱國防科大)與株洲時代新材料科技股份有限公司（簡稱時代新材)合作建立了湖南省復合材料研究生培養創新基地，探索聯合培養材料科學與工程領域全日制碩士和博士研究生(課程學習在高校，課題研究在企業）、合辦工程碩士研究生班、合作培養博士后研究人員的模式和方法。筆者正是該創新基地培養的博士研究生，現作為教員，對校企聯合培養博士研究生的探索和實踐，有些微體會。
一、產學研深度融合是校企聯合培養共贏的基礎
校企聯合培養追求“高校一企業一學生”共贏的目標。理論上，共贏目標的愿景無限美好，但實際上國內外不斷實踐和探索的結果卻不盡如人意，原因在于、共贏”必須以產學研深度融合為基礎。深度融合，則“共贏”枝繁葉茂;不然，則空空如也。
根據邢素麗等人的論述，產學研深度融合應包括:（1)需融學科和產業、學問和技術、基礎研究與工程應用內涵于一體；（2)需融高校科研、企業課題、國家和省課題內涵于一體;（3)需融高校學科優勢、企業需求內涵于一體;（4)需融新技術、新需求、新理論、新應用內涵于一體。在產學研深度融合的基礎上，以研究生培養創新基地為平臺，發揮校企各自優勢，促進不同領域、不同范疇、不同層次等之間的融合，為研究生營造創新環境、激活創新動力、提升創新水平、增強創新能力。
國防科大與時代新材料，以共同研發兆瓦級復合材料葉片為契機，深度合作，聯合培養博士研究生，實現共贏。兆瓦級復合材料葉片研發需要解決四大關鍵技術:氣動布局、結構、制備和全尺寸測試。氣動布局直接關系葉片捕捉風能的效率和風能的利用率;合理的結構設計是確保葉片安全運行20年的保證;葉片效能的最終實現，關鍵在于如何制備出質量穩定的兆瓦級復合材料風電葉片，難點包括模具設計與制備、工藝設計與實現、制備控制與效率等，稍有不慎，整個葉片制備失敗或質量差下，動輒就是百萬級別的經濟損失；制備完成后，在國際認證機構(例如船級社）的監視下，完成全尺寸靜力測試和疲勞測試考核，才能獲得市場準人資格。
國防科大充分利用自己氣動設計、結構設計、大尺寸復合材料整體成型制備和大型構件全尺寸測試等方面的學科優勢，結合時代新材資金、場地和人力，共同研發了1.5~4.0MW、低風速型、超長型、海上超大型等多款兆瓦級復合材料風電葉片并實現產業化，目前相關產品巳在國內外50多個風場裝機運行，為國家新能源戰略計劃做出了重大貢獻。該項目校企聯合培養的博士研究生(筆者)全程參與了兆瓦級復合材料風電葉片氣動設計、結構設計、成型制備和全尺寸測試的所有工作，涉及空氣動力學、結構力學、復合材料力學、流體力學、復合材料學、流變學、熱力學、化學等多學科知識，理論知識在工程實踐中得到了很好的應用，同時以超大型碳纖維復合材料風電葉片為研究背景，針對結構設計和成型制備過程中的物理、化學變化機制，發表學術論文10余篇(其中SCI源刊8篇，EI源刊6篇），申請國家發明10余項，獲湖南省科技進步一等獎1項，順利完成博士畢業論文研究，相關研究成果支撐了2項科技鑒定成果。高校一企業一學生三方共贏，其根本原因就是校企合一，深度融合！
校企聯合培養博士研究生通常是兩段式，即課程學習階段在高校進行，完成基礎理論課程學習；學位論文培養階段在企業進行，參與企業科研項目，完成學位論文。學位論文階段，如果沒有產學研深度融合，博士生難以順利完成學位論文研究。困難主要是人、財、物三方面的保障問題，此問題對于材料科學與工程專業尤為突出。博士生在企業進行課題研究，往往是單槍匹馬，企業的性質決定了難以給博士生配備助手，而很多論文的實驗研究是必須有幫手才能完成。比如，我們采用光學測試系統監測大型風電葉片極限載荷下的變形，需要十幾個助手才能完成，在企業往往一個助手都沒有，如果不是深度合作，此類實驗就無法完成。此外，材料學科開展研究通常需要購買大量的原材料，購買原材料的資金誰出，如果沒有明確，學生就不知所然，如果高校出，學生只能通過高校購買平臺進行購買，來回奔波，疲于奔命，浪費大量的精力和時間;假設企業出資，如果需要層層審批和控制，以學生一己之力，難以協調。因此，校企聯合培養，深度合作，解決博士生資金和資金使用問題，是保證其論文課題順利開展的前提。
二、雙導師制是校企聯合培養成功的保障
校企聯合培養，采取雙導師制培養方式，即由校方導師與企方導師組成導師組共同指導研究生。校方導師為主導師，企方導師為副導師。校企聯合培養課題論文階段在企業完成，這種雙導師制，很好地解決了導師隨時指導、監督和協調的難題，可以確保校企聯合培養研究生(包括碩士生和博士生)順利完成論文研究。
兩導師的分工，有專家提出，選題確定后，由企方導師負責工作安排、現場學術指導、學位論文的初審；校方導師根據研究生論文題目及培養人才的需要，負責研究生培養計劃的制定、學術指導、論文審閱與組織論文答辯等工作。校企雙方導師及時交流，共同解決在創新基地研究生的科研和生活中出現的問題。學生每月按時向校企雙方導師匯報工作學習情況，雙方導師填寫《指導情況記錄表》，及時指導學生。這樣，既保證了研究生培養要求，又充分發揮企業優勢，加強科研實際訓練，提高研究生的理論與實踐能力。
以親身經歷而言，兩導師的分工，筆者有不同的看法。企方導師的精力首先是以企業為主，負責企業的各種任務，目前令人尷尬的情況是:企方導師根本無暇顧及學生論文的指導，更別談負責工作安排、現場學術指導和學位論文的初審。因此，筆者認為，校方導師不僅要負責研究生培養計劃的制定、學術指導、論文審閱與組織論文答辯等工作，還要負責工作安排。這肯定有人會問，如果這樣是不是就不需要企方導師了？答案是當然需要，而且非常必要，只是角色定位應該是負責人、財、物的協調，保證學生論文的順利開展。人、財、物的協調對于學生開展論文工作至關重要，而且對于企方導師來說，往往易如反掌。研究生，特別是博士研究生，通常都具有高度的自覺性，每周或每月定期向校方導師匯報論文進展情況，完全可以做到積極主動，這樣校方導師綜合研究的學術和應用價值，與學生一起討論制定研究方案、工作安排也是水到渠成的事，而且高效可行。
雙導師制是一種很好的校企聯合培養模式，但必須結合實際情況，合理分工，才能保障校企聯合培養的成功，否則，就是紙上談兵，空談誤人。
三、完備的創新平臺是校企聯合培養可行的前提條件
有了產學研深度融合的基礎、雙導師制度的保障，校企聯合培養博士研究生是否可行，還取決于一個重要條件一一完備的創新平臺。
國防科大與時代新材校企聯合培養博士研究生，之所以行之有效，一個重要的前提條件就是時代新材擁有一個新材料檢測中心，該中心具有材料科學與工程專業實驗研究所需的多數檢測設備和系統，即便是需要搭建平臺，該中心也能快速完成。筆者博士論文涉及的實驗和檢測，幾乎都是在該中心完成。假設時代新材沒有該檢測中心，即使是簡單的力學性能測試都需要在高校完成，那么學生必然疲于奔波，留給論文研究和項目開發的時間還會剩多少？因此，一個開展論文課題研究所需的創新平臺，對于校企聯合培養博士研究生，實在是太必要了！如果沒有，筆者建議不要輕易提校企聯合培養，高校和導師要慎之又慎，以免誤人子弟！
四、結語
綜上所述，校企聯合培養博士研究生只有建立在產學研深度融合的基礎之上，結合實際情況，通過雙導師制給予保障，企業擁有開展論文課題研究的創新平臺，才能實現高校一企業一研究生的共贏。
論文摘要:應用型普通本科院校主要培養直接面向市場和生產一線的高級工程應用型技術人才。這對學生各方面素質的培養提出了較高的要求。為此，我們以培養應用型創新人才為目的，從工程力學教學的現狀入手，對工程力學理論和實驗的教學模式、教學內容和教學方法等方面展開深入的研究與實踐，以提高教學質量。針對高校機械類專業工程力學教學中常見的幾個問題，分別從課程內容和授課方式兩個方面討論了工程力學課程教學改革的思路。
一、引言
應用型本科院校是現代大學適應于市場經濟的需要而產生的，以培養高素質的工程應用型技術人才為主。這就對學生的專業知識培養和專業素質訓練等提出了相應的要求。為了適應新的形勢，我們以培養學生的能力為根本，強化突出理論學習能力、社會實踐能力、技術應用能力和創新能力，以培養應用型創新人才為目的，對工程力學課程的教學模式、教學內容和教學方法展開深入的研究。對于機械類專業學生來說，工程力學是一門非常重要的專業基礎課，它是從基礎課過渡到專業課的一個橋梁，但是在筆者近年來的教學實踐過程中，卻發現存在一些問題。
二、教學中總結的問題
1.認識不夠深入
學生對這門課的重要性認識不足。而學生對這門課不夠重視的主要原因有兩個，其一是認為工程力學跟機械類專業沒有多大關系。曾經有學生這樣問我:“老師，我們的專業是車輛工程，我感覺力學課跟我們的專業沒有多大關系，為什么我們還要花這么大力氣，費這么多學時來學習這門課啊?”。所以很多學生都認為工程力學這門課又難學又沒用，所以就不會予以其足夠的重視。另外一個重要原因是因為學生認為工程力學不過是物理課程中力學部分的延續，沒有什么新鮮內容，從而就放松了力學的學習，課堂上不仔細聽課，課下不認真復習。一段時間后想認真學了，卻發現已經跟不上了。這樣，工程力學根基就扎得不夠牢固，從而就直接影響了后續機械原理以及機械設計等相關課程的學習，并且將來考研也受到了相當影響。
2.教學方式問題
在工程力學中更大量的是一些方程的列寫和相關公司的推導，這些內容如果僅僅依靠多媒體播放，大量的公式一帶而過，學生如走馬觀花一樣，表面上學了更大量的知識，其實并沒有多少能夠深入心中。如果這些內容采用板書教學，在黑板上一筆一筆的推導，必然會給學生留下深刻的影響，對相關公式定理的應用也會有更深刻的認識，學生的數理基礎也會有一定的提高。
3.教材問題
工程力學包括理論力學和材料力學，其自身的嚴密體系決定了這門課是偏重理論推到的，因而現在通行的大多數教材中所載內容與工程實踐聯系較少。工程力學中一些要重點掌握的內容往往在后續的諸如機械原理、機械設計中用到得很少;而一些相對要求較低的知識點在后續課程中反而用得比較多。最終導致機械類學生的知識脫節，工程力學也就僅僅成了學生獲得學分的一個工具，并沒有為后續課程的學習提供全面的、實用的基礎知識。
三、工程力學理論課程教學改革
1.教學模式的改革
現在的課堂教學模式是典型的“以教師為中心”的模式。這種模式有必要針對工程力學課程進行優化的教學設計，努力實現介于“以教師為中心”和“以學生為中心”兩者之間的教學模式，既發揮教師的主導作用，又充分體現學生的認知主體作用，并探索與之相適應的教學組織形式、教學活動形式、教學管理方式和教學環境等的建立。根據教學目標和內容的不同要求，在基本保留課堂教學環境的同時，創設多元化的軟、硬件教學環境，使學生能夠利用以計算機技術為核心的現代教育技術，通過學生、教師和媒體三者的交互去主動地發現、探索和思考，從而培養學生的創造能力和認知能力。采用新型教學模式，能夠大大地提高教學效果。
2.教學內容的改革
現在的教學內容基本上按照教材上的內容來講授，增加部分不多。課堂練習和討論部分太少，調動不起學生的積極性。所以有必要采取一些措施優化教學內容，使學生能夠系統地學到全面的、實用的工程力學知識。為了拓寬學生的思路和運用理論解決工程實際問題的能力，在教學內容上，對傳統教學內容精選的同時，注重基本概念、基本原理和基本方法的更新，加強對學科的新發展、新的計算工具與計算方法、新概念、新理論及新實驗的介紹，并注意選編一些與工程實際相關的問題，以例題和習題的形式反映到教學過程當中。授課教師應該在重視理論推導的同時多舉一些工程實例，同時應當適當調整教材內容，調整教材中的重點難點，使本課程與機械類專業后續課程不在脫節。
3.選用適當的教學方法
在工程力學教學中，改革傳統的教學方法及教學手段。工程力學屬于邏輯性較強的課程，我們采用分析講解與啟發誘導相結合的教學方法。對于應用型本科大學生的學習，主要是理解掌握并能將知識運用到工程實際當中去，但不能追求高難度、太深奧。一方面，根據教學內容的主次輕重，將難度較高的復雜內容分解為較易的學習單元，逐步啟發學生，引導探究，層層深入，適應學生的理解能力。另一方面，改變傳統的單純灌輸式教學方法，以教師為主導，學生作為主體，增加學生與教師的雙邊活動，調動學生的學習能動性。現在的課堂教學手段是一些教師采用全部寫到黑板上，另一些教師采用全部用多媒體，這樣都不是很好。多媒體教學作為現代教學手段被廣泛采用，交互式多媒體課件的合理運用，可以大大提高教學效果和效率。在課堂教學中，多媒體手段與其他常規教學手段應該是相互補充而不是相互排斥的，并非多媒體教學采用得越多越好。
四、結束語
工程力學是一門重要的技術基礎課，對學生的邏輯思維、分析能力和解決實際問題能力的培養至關重要。工程力學課程中含有許多抽象的力學概念和公式，相當數量的課后作業以及大量的工程實例。學生普遍反映該課程比較枯燥、難學。針對這些問題，出現了一些工程力學多媒體教學軟件，但目前這些軟件絕大多數都是以教師為主體的，很少涉及以學生為主體或介于“以教師為中心”和“以學生為中心”兩者之間教學模式的教學軟件。另外，雙語教學開展很有必要。為此，我們結合工程力學課程組在最近幾年的教學工作經驗中，對新世紀工程力學課程的教學改革進行了有益的探索。
參考文獻
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關鍵詞:變分原理；Reddy高階剪切梁；經典平面梁；剪切效應；結構穩定性
中圖分類號： O176文獻標識碼： A
Stability characteristics of classic and higher order shear deformable beams using variational principle
Li Sheng-chao
(工作單位信息)
Abstract: Based on the principle of minimum potential energy of the beam and the variation method, governing differential equations in conjunction with the boundary conditions of Euler Bernoulli beam, Timoshenko beam, and the Reddy higher order beam considering the axial force are established. Then, the governing differential equations are solved by standard decoupling technique and the eigen-decomposion method. Finally, the comparison of the critical load using three beam theories to discuss the influences of shear deformation on the stability. The numerical results show that with the decrease of slenderness ratio, shear effects affects evidently; Solutions based on Timoshenko beam theory are closer to those based on the Reddy higher order beam theory than the Euler-Bernoulli one behaves.
Keywords: Variational principle; Reddy’s higher order beam theory; classic plane beam; shear effects; structural stability
1引言
梁和柱是土木工程中廣泛應用的工程結構。工業與民用建筑、橋梁以及其他土木設施中都梁和柱子的應用，本科的基礎課程《材料力學》[1]和《結構力學》[2]對桿件和桿系分別進行了詳細的學習。基于桿系的計算理論，大量的土木工程結構計算軟件涌現，如PKPM系列、橋梁博士、SAP2000和midas系列等。工程中應用較多的是平截面梁模型，即假定變形之前梁平的橫斷面在變形之后仍然為平面[1]，比如Euler-Bernoulli梁、Shear梁、Timoshenko梁和Rayleigh[3]。由于桿件的長細比的減小，平截面假定的近似性越來越不夠工程精度，許多翹曲梁理論[4]得到了應用，如剪力滯效應[5]明顯的寬翼緣T梁和薄壁空心箱梁一般放棄平截面假定。鋼-混凝土組合梁結構的剪力鍵作用引起Timoshenko梁理論中剪切系數計算困難[6]。高階剪切梁模型，如本文將介紹Reddy高階梁理論[7]的重要性得以體現。
梁和柱的穩定性也是土木工程中的構件分析中不可缺少的環節，《材料力學》重點講述了歐拉穩定理論[1]，即基于Euler-Bernoulli梁假定建立構件的臨界荷載計算公式。Timoshenko梁理論假定下的構件的計算理論，在《結構力學》[2]課程中也有描述。本文將回顧經典平截面梁理論—Euler-Bernoulli梁理論和Timoshenko梁理論，利用勢能最小原理[8]重新建立梁的控制方程，推導Timoshenko和Euler-Bernoulli梁的臨界荷載計算公式。同時，推導一種新的考慮軸力效應和高階剪切變形的梁的控制微分方程和邊界條件，并且進行臨界荷載的求解。
2Reddy高階剪切變形梁假定
圖1 經典平截面梁軸向位移假定 圖2 Reddy高階剪切梁軸向位移假定
如圖1所示，橫坐標x為梁橫斷面所在位置坐標。組合梁的總梁高被形心軸分成2個高度分別為h1和h2；橫斷面形心處軸向位移為u0；橫斷面截面轉角為圖2中所示的為Reddy高階剪切梁的軸向位移假定。與平截面梁不同的是，Reddy梁假定軸向位移沿著梁高呈三次多項式分布，這樣切應變沿著梁高可以呈拋物線分布，相對Timoshenko梁中切應力均勻分布更加精細。平截面梁的軸向位移假定：
Reddy高階梁的軸向位移假定：
根據彈性力學[8]幾何方程和物理方程得Reddy高階梁的切應力
對于具有自由周圍應力邊界梁，上下緣的切應力為零得
由式可以解得
將式代入式得
3高階梁的控制方程和邊界條件
3.1 高階梁的應變能
圖3 柱受壓示意圖
為了簡便起見，本文就矩形截面的情況進行討論。設h1=h2=h/2,則，
由式和彈性力學幾何方程得高階梁的正應變和切應變：
線彈性變形應變能：
3.2 軸力功
考慮柱子撓曲引起的豎向位移，軸力作用，
3.3 柱的總勢能Ep和Ep的變分[9]
總勢能Ep
總勢能Ep的變分Ep
其中,
對式中的導數變分項分部積分得，
根據勢能最小原理，當結構平衡時，勢能達到極小值，則勢能變分為零，
由的任意性，得高階梁的控制方程，
邊界條件，
4平截面梁的控制方程和邊界條件
4.1 Euler-Bernoulli梁的應變能
由式得Euler-Bernoulli梁的正應變與切應變，分別如下：
Euler-Bernoulli梁理論假定梁截面變形后，截面法向與軸線切向重合[3]，即
所以，式中剪應變為零，即Euler-Bernoulli梁不計剪切變形。Euler-Bernoulli梁的應變能僅由正應變貢獻
4.2 軸力功[2]
其物理意義同式。
4.3 Euler-Bernoulli梁總勢能Ep及其變分
其中,
，且任意得
邊界條件
4.4 Timoshenko梁總勢能Ep和Ep變分
相對Euler-Bernoulli梁，Timoshenko梁增加了剪切應變勢能：
由于Timoshenko梁的平截面假定引起截面的切應變均勻分布，Timoshenko為了修正這一點帶來的誤差，使用了切應變修正系數[2]。其余推導過程同Euler梁的情況。
Timoshenko梁的總勢能變分：
，且任意，得控制方程：
邊界條件：
5臨界荷載計算公式推導
5.1 Euler-Bernoulli梁的穩定性
由式的Euler-Bernoulli梁控制方程知，撓度w的特征方程為：
四個特征值：
則其通解為：
其中，ci, i=0~3為待定系數。
以圖3中所示結構為例，即柱子底(x=0處)固定邊界，頂端(x=L處)自由邊界。利用式的邊界條件，得
對于其次方程，存在非零的c解，必有系數矩陣奇異：
得
臨界荷載取最小的失穩荷載，k=0的情況，得到歐拉梁臨界荷載計算公式：
其中，上標E代表Euler-Bernoulli。
式與《材料力學》[1]中的經典Euler公式一致。其它邊界的情況按照的計算仍然按照式建立邊界矩陣[A]，利用[A]的奇異性求解Fcr。
5.2 Timoshenko梁的穩定性
Timoshenko梁的控制方程較Euler梁的控制方程在數學求解上稍微復雜一些。因為中撓度w和轉角存在耦合。幸運的是，式不算復雜，利用變階微分消元可以容易地解耦：
不難發現，與第1式，形式相同。因此，與可以得到相同的通解形式。同樣地，采用圖3的邊界，可以得到：
其中，上標T代表Timoshenko。
式中，臨界荷載隨著剪切剛度的增大而減小。當剪切剛度無窮大的時候，Timoshenko梁的臨界荷載退化為Euler梁的解。
5.3 Reddy高階梁的穩定性
Reddy高階梁的控制方程式含有2個基本未知函數的耦合。本文為了避免解耦的過程，采用通用的標準一階線性微分方程組的解答方法。將式引入記號：
控制方程改寫為：
顯然，式的第1式轉化為了代數方程。任選y7作為消元量，代入到第2式。再補充關系：
整理和式第2式得
其中，
根據常系數常微分方程組的求解理論[10-12]，我們對矩陣B進行特征值分析。不難發現，B始終有2個重復的零特征值和4個互異的特征值。記這6個特征值為：
四個互異的特征值對應的特征向量分別為，，和。利用方程：
可以得到兩個基礎解向量和。
撓度w的通解可以寫成：
其中，為6個待定系數，
由于求解過程較為繁瑣，詳情見附錄1。
利用圖3的邊界條件和式，6個邊界條件：
同樣地，上述6個邊界條件可寫成，
方程是關于FN的超越方程，利用牛頓法[13]求解。
6數值分析
采用圖3所示的結構形式和邊界條件。按照表1所示結構參數，進行數值分析。Timoshenko梁矩形截面取剪切系數k’=5/6。
表1柱的幾何與材料參數
圖4 三種梁理論的臨界荷載隨梁的長高比的變化 圖5 Euler和Timoshenko梁的臨界荷載的相對誤差隨長高比的變化
圖4和圖5顯示，隨著柱的長-細比的增加，三種梁理論模擬的臨界荷載結果越來越接近。其中，Euler梁的計算結果最大，高階梁計算的臨界荷載最小，驗證了平截面理論過度剛化的結論，高階梁改善了這種過度剛化。圖5表明，當長細比大于13左右，平截面梁與高階梁的相對誤差小于5%的土木工程精度要求。
7結論
基于梁的勢能最小原理，利用變分方法建立了Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁和Reddy高階梁的控制微分方程和邊界條件，并且對建立的控制方程進行了特征值分析。重新建立了Euler臨界荷載的計算公式，得到了Timoshenko梁臨界荷載與Euler臨界荷載之間的關系。首創地提出了Reddy梁的臨界荷載計算解析解。
利用推導得到的三種梁的臨界荷載公式，僅進行了數值分析，得出以下主要結論：
（1）基于本文結構參數，平截面梁臨界荷載相對高階梁理論臨界荷載公式偏大；
（2）隨著長細比的增大，剪切效應的影響隨之降低，當長細比大于13左右，平截面梁相對高階梁的誤差低于5%；
（3）平截面梁的臨界荷載公式表明，采用勢能最小原理建立的穩定性公式與采用平衡的方法建立的臨界荷載計算公式是等效的。
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附錄1（Mathematica Notebook）
J1=Eb*Integrate[((4y^3)/(3h^2)-y)2,{y,-h/2,h/2}];
J2=Eb*Integrate[(4y3)/(3h2) ((4y3)/(3h2)-y),{y,-h/2,h/2}];
J3=Eb*Integrate[((4y^3)/(3h^2))2,{y,-h/2,h/2}];
J4=Gb*Integrate[(1-4y^2/h^2)2,{y,-h/2,h/2}];
(*J1,J2,J3,J4是類似于平截面梁中抗彎慣性矩的截面特性,這里利用mathematica輔助積分*)
B={{0,1,0,0,0,0},
{0,0,1,0,0,0},
{0,0,0,1,0,0},
{0,0,(J1(Fn-J4)+J2 J4)/(J22-J1 J3),0,0,(J1 J4-J2 J4)/(J22-J1 J3)},
{0,0,0,0,0,1},
{0,-J4/J1,0,J2/J1,J4/J1,0}};
(*B矩陣是文中式(48)*)
{eigval,eigvec}=Eigensystem[B];
(*Eigensystem 是mathematica中的進行矩陣特征值分析的函數，可以返回矩陣B的特征值和向量*)
(*B矩陣的特征值計算，eigval存儲為特征值，eigvec存儲特征向量*)
space=NullSpace[MatrixPower[B,2]];
(*NullSpace函數可以返回Bx=0的問題中，x的基礎解系*)
(*MatrixPower[B,2]代表矩陣B的平方*)
Base[i_,x_]:=Module[{r0,r1},
If[1
If[3
(*自定義的函數Base，可以返回文中式(53)的矩陣中的六個列向量，Base[I,x]中的i代表列向量的序號*)
Y[x_]=Simplify[c1 Base[1,x]+c2 Base[2,x]+c3 Base[3,x]+c4 Base[4,x]+c5 Base[5,x]+c6 Base[6,x]];
(*Y即文中(52)式的w，梁的撓度通解*)
eq1=Y[0][[5]]==0;
eq2=Y[0][[1]]==0;
eq3=J3 Y[0][[3]]-J2 Y[0][[6]]==0;
eq4=J1 Y[L][[6]]-J2 Y[L][[3]]==0;
eq5=J3 Y[L][[3]]-J2 Y[L][[6]]==0;
eq6=J4(Y[L][[2]]-Y[L][[5]])-(J3 Y[L][[4]]-J2/J1 (J2 Y[L][[4]]+J4(Y[L][[5]]-Y[L][[2]])))-Fn Y[L][[2]]==0;
eqs={eq1,eq2,eq3,eq4,eq5,eq6};
(*eq1~eq6代表6個邊界條件*)
Pcr[Fn_,L_]=Det[Normal[CoefficientArrays[eqs,{c1,c2,c3,c4,c5,c6}]][[2]]];
(*函數Pcr可以返回邊界矩陣的行列式,Pcr即式(56)中的Det([A])*)
Plot[Abs[Pcr[f,1]],{f,10^7,2*10^7}]
(*由于下文中利用牛頓法求解超越方程(57)式。牛頓法需要指定方程的根的初值，通過繪制待求函數的曲線，可以大致估計根的位置*)
data=Table[0,{200},{2}];
(*data數組為2列，200行，第一列用于存儲梁的長度，第二列存儲對應的臨界荷載*)
For[i=1;f=1.7107*10^7;,i≤200,i++,
f=FindRoot[Pcr[f0,1.0+(𝑖−1)∗39/199],{f0,f}][[1,2]];
data[[i]]={1.0+(i−1)∗39/199,f};];
(*反復循環使用牛頓法求解隨著方程參數L變化的臨界荷載，由于每次L的變化很小，所以每一次更新L的值，臨界荷載的變化也不大。我們使用上一次循環得到的臨界荷載作為下一次循環的臨界荷載初值*)
ListPlot[data,JoinedTrue,PlotRangeAll]
(*預覽data數據*)
關鍵詞：花崗巖 動態壓縮力學特性
前言
巖石材料在動態壓縮載荷作用下的力學特性是研究巖石結構如隧道、巖質邊坡在爆炸荷載以及地震荷載作用下的響應的重要參數。這一課題的研究始于20世紀中期，如文[1-6]的工作。這些研究結果表明，巖石材料的力學特性表現出較明顯的率相關特性，例如，巖石材料的抗壓強度一般地隨應變速率的增加有增加趨勢。
本文概述了作者近年來對花崗巖材料在動態壓縮載荷作用下力學特性進行的實驗以及基于細觀力學以及斷裂力學進行的理論研究成果初步工作，力圖為巖石動力學的相關研究提供借鑒。
2 實驗研究
實驗所用巖樣取自新加坡Bukit Timah地區鉆孔取出的巖芯，在室內用套鉆加工成f30′60mm的圓柱體試樣。實驗設備為RDT－1000型巖石高壓動三軸實驗系統，該系統的工作原理以及性能指標見文[5，6]。實驗中，應變速率范圍為10-4～100s-1，圍壓范圍為0～170MPa。
圖1描述了花崗巖在動單軸壓縮載荷作用下強度隨應變速率的變化規律。可以看出，花崗巖的抗壓強度隨應變速率的增加有較明顯的增加趨勢，當應變速率從10－4s-1增加到100s-1時，花崗巖的抗壓強度約增加15％。
實驗結果還表明，花崗巖的彈性模量和泊松比隨應變速率的增加沒有明顯的變化趨勢，而且結果比較發散。
圖1 花崗巖單軸抗壓強度隨應變速率的變化規律
Fig.1 Change of uniaxial compressive strength with strain rate for granite
圖2 抗壓強度隨應變速率的變化規律
Fig.2 Change of compressive strength with strain rate
圖2、3描述了花崗巖抗壓強度在動三軸壓應力作用下隨應變速率以及圍壓的變化規律，可以看出。不同圍壓下，花崗巖的抗壓強度隨應變速率的增加有增加趨勢，同時，強度的增加幅度隨圍壓的增加有明顯的減小趨勢。在不同應變速率下，巖石的抗壓強度隨圍壓的增加明顯地增加，而且，強度隨圍壓的增加幅度在不同應變速率下基本上相同。
三、理論研究
巖石是一種較典型的非均質材料，普遍包含著不同尺度的缺陷。在壓縮載荷作用下，微裂紋將在這些缺陷的周圍產生并且擴展聚合，導致巖石材料的破壞，影響巖石材料的宏觀力學行為。基于這些認識，一些裂紋模型被應用于研究巖石材料在壓縮載荷作用下的強度以及變形特性。結合斷裂斷裂力學的相關理論，這些研究架起了巖石材料細觀和宏觀力學特性之間的橋梁，也成為目前巖石材料力學特性研究的熱點方向。在這些模型中，滑移型裂紋模型最廣泛地應用于研究脆性材料在壓縮載荷作用下的力學特性。
圖3 抗壓強度隨圍壓的變化規律
Fig.3 Change of compressive strength with confining pressure
圖4 單軸情況下的裂紋模型
Fig.4 Sliding crack array under uniaxial compression
文[7，8]采用圖4、5所示的裂紋模型模擬花崗巖材料在動單軸壓縮載荷作用下的劈裂破壞模式以及三軸作用下的剪切破壞模式，并結合裂紋的動態擴展準則模擬了花崗巖材料的動態抗壓強度隨應變速率的變化規律，如圖6、7、8所示。圖7-8的結果表明，模擬結果與實驗結果較一致。
文[7，8]的結果還表明，裂紋的擴展速率以及巖石材料的斷裂韌度的率相關特性是花崗巖單軸抗壓強度隨應變速率增加而增加的內在原因，同時，由于圍壓阻止了拉伸裂紋的擴展導致了巖石材料的抗壓強度隨圍壓的增加而增加。
圖6 三軸情況下的裂紋模型
Fig.6 Sliding crack array under triaxial compression
圖7 模擬強度與應變速率關系(單軸)
Fig.7 Change of simulated strength with strain rate(uniaxial compression)
圖8 模擬強度與應變速率關系(三軸)
Fig.8 Change of simulated strength with strain rate(triaxial compression)
四、結語
隨著國家西部大開發戰略的實施，我國將迎來新一輪的基礎建設，如青藏鐵路以及南水北調西線工程，在這些工程的實施中，普遍存在強烈地震作用下隧道以及邊坡巖體的穩定性問題。同時隨著工程爆破在巖礦開采、地下洞室的營建以及場平開挖等工程中的廣泛應用，也將存在諸如大型水利及能源工程基礎爆破開挖中基巖的保護、爆破荷載作用下巖石結構振動安全等問題。另外，在新的戰爭態勢下與國防安全相關的巖石結構防護工事防護性能評估也是目前需要解決的焦點和熱點問題。上述問題的解決，在一定程度上要求對巖石材料的動態力學特性進行系統的研究。因此，深入開展巖石材料動態力學特性研究不僅是巖石動力學科發展的需要，也是國家建設和國家安全的迫切需要。
圖9 模擬強度與圍壓關系(三軸)
Fig.9 Change of simulated strength with confining pressure (triaxial compression)
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