工程力学建模

　　一、工程力学教学中增加建模部分内容的必要性

　　力学建模是力学工程应用首先面临的问题,是进行力学分析计算的基础。大量的问题要在这一过程中完成,包括确定分析方案、分解分析项目、简化分析对象、确定载荷情况等等,它是力学研究、力学实践的重要环节。对于工程力学而言,这一工作占有更加突出的位置,甚至会占用比力学计算更多的时间,直接决定结论的可信度。不恰当的力学建模带来的分析误差,会将后续提高计算精度的努力冲减甚至否定。

　　工程力学是一般工程人员进行简单力学分析计算的工具,一般工程人员通常不具备十分精深的力学素养,达不到一看到实际结构就能在头脑中形成一个相应力学模型的境界,工程力学建模是他们将工程实际和力学理论结合起来的一个必须的环节。在大学课程教学中,应该加强这一能力的培养,增添这一部分的内容。

　　工程力学建模是学生理解力学理论的必要过程。理论是工程力学分析计算的工具,其应用对象是工程实际,同时也是对应用规律的描述。建模过程可以使学生加深对理论本质的理解,把握理论的核心要素,分清操作中各因素的主次差别,领会在应用中的关键、难点及一般解决方案中存在的问题,方便学生进一步研究与分析深度的加强。

　　工程力学教学,应该弱化理论推演,加强应用环节,建模过程是达成这一目标的重要手段。学生的认识过程,有喜欢追根求源、喜欢自己推演的特点,没有经过自己推导的东西即认为“没有理解”、“没有掌握”。这是中学延续下来的学习习惯。一旦进入工程应用,大量的理论、规范与材料,使得我们没有时间、没有精力,也不可能对每一信息逐一推演、考证,必须要相信一些东西,特别是列入规范为大家认同的理论。工程力学具有很强的数学特征,正如一般所说“力学是数学的磨刀石”,在学习中很容易陷入环环相扣的数学推演,脱离具体工程对象。增加力学建模部分,有利于使学习过程始终围绕应用这个核心。

　　力学建模是培养力学方面工程习惯的重要环节。与工程观念相对应的是工程习惯,应该形成这样一种直接反应,对于问题首先确定分析范畴,查找规范,进行分析,认定参数,计算并得出结论,形成报告。对于工程力学分析范畴的问题,教材中的理论均符合规范的要求,分析过程首先是力学建模,然后根据力学理论,代入相关参数进行计算,最终得出结论,形成报告。

　　二、工程力学建模在现有教学体系中的状况

　　现有工程力学教学体系中,从主流教材(包括本科用教材[1,2,3,4]和专科用教材[5,6,7])看,尚没有对力学建模的系统讲解。在教材中有部分相关内容,通常是在理论力学篇静力学部分的“约束与约束力”章节中,主要是结构联处理的内容。存在以下问题: