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淺談力學在土木工程專業的重要性的優秀論文

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1 概述

淺談力學在土木工程專業的重要性的優秀論文

力學是一門基礎科學,它所闡明的規律帶有普遍的性質。力學又是一門技術科學,它是許多工程技術的理論基礎。土木工程是力學應用最早的工程領域之一[1]。對於土木工程專業的學生來說,力學課程是一類極爲重要的專業基礎課,它不但影響學生對今後其他專業課程的理解,還將影響學生以後解決工程實際問題的能力。所以,對力學課程在土木工程專業的重要性進行研究,可以幫助培養出適宜於社會發展的合格的工程技術人員。

2 土木工程專業主要設定的力學課程

根據土木工程專業培養計劃,四年本科期間,8學期內,共設定7門力學類課程。所以說,除了理論力學、材料力學和結構力學這“三大力學”之外,結合土木工程必須與流體接觸的特點,也設定了流體力學這樣的學科基礎課。另外,考慮到大三之後,土木工程專業學生有“建築工程方向”、“地下工程方向”、“古建築修復與保護工程方向(特色方向)”三個不同的發展方向,也設定了土力學、彈性力學與有限元基礎和岩石力學基礎這樣三門專業方向課程。

3 各門力學課程的教學內容及特點

3.1理論力學

理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學,是各門力學的基礎。它忽略一般物體的微小變形,建立在力作用下物體形狀、大小均不改變的剛體模型。主要講授內容分三個部分:淤靜力學部分。主要研究受力物體平衡時作用力所應滿足的條件;同時也研究物體受力的分析方法,以及力系簡化的方法等。於運動學部分。只從幾何的角度來研究物體的運動,而不研究引起物體運動的'物理原因。盂動力學部分。研究受力物體的運動與作用力之間的關係。

3.2材料力學

材料力學以單個杆件作爲主要研究對象,並且將其看作均勻、連續、各向同性的可變性固體。它研究杆件的拉、壓、彎、剪、扭變形特徵,並對杆件進行強度、剛度及穩定性分析計算。

3.3流體力學

流體力學是研究流體的平衡和流動的機械運動規律及其在工程實際中應用的一門學科。流體力學研究的對象是流體,包括液體和氣體。

3.4結構力學

結構力學以杆件結構(包括樑、拱、桁架、剛架和組合結構等)爲主要研究對象;研究在外力和其他外界因素作用下結構的內力和變形,結構的強度、剛度、穩定性和動力反應,以及結構的組成規律。

3.5土力學

土力學研究土的本構關係以及土與結構物相互作用的規律。土的本構關係,即土的應力、應變、強度和時間這四個變量之間的內在關係。

3.6彈性力學與有限元基礎

彈性力學研究彈性體由於受到外力作用或溫度變化以及支座沉陷等原因而發生的應力、變形和位移。它一方面對桿狀物件作進一步的、較精確的分析;另一方面,對板和殼,以及擋土牆、堤壩、地基等實體結構,加以研究。

3.7岩石力學基礎

岩石力學基礎主要研究岩石和巖體力學性能的一門學科,是探究岩石和巖體在其周圍環境(力場、溫度場、地下水等)發生變化後,作出響應的一門力學分支。其所研究的巖體,具有不連續性、各向異性和不均勻性的特徵。

4 力學課程在土木工程專業的重要性

力學是土木工程專業的技術基礎課,若缺乏對力學課程基本概念、物理意義和求解方法的深入理解,想真正掌握好相關專業課程,做好有關工程設計、施工、監理乃至進一步的科研工作,是不可想象的。

4.1對本科後續專業課程學習的影響

混凝土結構基本原理、鋼結構基本原理、基礎工程、土木工程施工技術、房屋砌體與混凝土結構設計、鋼結構設計、結構抗震設計、地基處理、深基坑工程、城市軌道交通工程、隧道工程、古建築設計與保護技術等專業課程,都與力學課程有關,如不打好力學基礎,將無法真正掌握及應用好專業知識。例如在學習“混凝土結構基本原理”課程中受彎構件斜截面承載力計算這部分內容時,需首先了解斜裂縫出現的原因,這時就需利用材料力學主應力跡線的分析方法,在構件上取出微元體,來做截面主應力分析等。再如“鋼結構基本原理”課程,由於鋼材內部組織比較接近於勻質和各向同性體,而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的,所以鋼結構的實際受力情況和工程力學計算結果比較符合;在課程的學習過程中,經常會用到材料力學中的各種計算公式和計算理論等。除了這些專業課程,對於土木工程專業畢業設計這個實踐教學環節來說,力學知識也是非常重要的。就拿經常會出現的“混凝土框架結構設計”這種畢業設計題目來說,它分爲結構佈置、計算簡圖框架內力計算、框架內力組合、框架樑柱截面設計、現澆樓面板設計、基礎設計、樓梯結構設計計算和軟件計算這樣幾個部分。所以說,若不能利用力學基礎知識先進行結構計算簡圖的簡化和結構內力的計算,後面實際結構設計部分,均無法完成。

4.2對研究生階段學習的影響

畢業後,若繼續就讀本專業研究生,除了在研究生入學考試中可能會考覈到材料力學、結構力學這樣的力學課程;在讀研期間,也將涉及更多更深入的力學課程,如應用彈塑性力學、塑性力學、連續介質力學、有限單元法、高等結構動力學等。如在本科階段沒有打下良好的基礎,將很難掌握這些課程。

4.3對就業後解決工程實踐問題的影響

力學知識在工程設計工作中的作用是不言而喻的。同樣,力學知識對於施工或監理等工作,也是不可或缺的。如預製樁在堆放時墊木位置和吊裝時吊點位置的確定,施工腳手架的安裝計算,施工模板拆除順序的確定,施工縫留設位置的確定,施工中鋼筋放置位置的確定等,都需要透過力學知識來確定。從事建築施工或監理的工程技術人員,只有掌握了建築力學的基本知識,才能懂得建築物中各種構件的作用、受力情況、傳力途徑以及它們在各種力的作用下在什麼條件下會產生什麼樣的破壞。這樣,在施工中就能正確理解設計意圖,制定出合理的安全措施和質量保證措施,從而保證建築施工過程中的絕對安全,確保工程質量,避免事故發生。

5 對本科階段力學課程野教冶與野學冶兩方面的建議

力學課程內容繁多,概論抽象,在“教”與“學”兩方面都存在很多問題,容易使教師教起來用時多,任務緊;學生學起來難度大,負擔重,且容易出現書能看懂而求解問題無從下手的情況。

5.1教學方法建議

依據土木工程專業培養目標,考慮力學課程與相關專業課程的銜接性,整合力學課程教學內容。注重工程實踐教育,加強學科工程背景教學。培養學生創新意識,開展競賽活動,強化學生動手能力。引導學生參與教師科研活動,培養學生的科研意識。教學中運用案例教學,趣味教學,啓發式、探究式、研討式等教學方法。理論教學之餘,也可簡要介紹結構力學求解器、ANSYS、ABAQUS、PKPM等計算軟件,加強學生在力學計算方面的綜合能力。

5.2學習方法建議

“教”與“學”相輔相成,無法分離。所以除了教師需運用不同的教學方法來提高學生的學習興趣之外,學生也需掌握合理的學習方法,以加強對教師教授知識的理解與滲透。第一,課前做好預習,課後加強複習。有效的預習,可以使學生在上課之前,瞭解自己即將要學的知識,這樣在課堂學習時,就可以對自己所學的東西做到心中有數;及時的複習,可以使學生及時消化課堂所學,以便深入瞭解所學知識,深入掌握。第二,善於積累,善於提問。本科教學不比高中教學,它講授新知識的時間往往多餘複習舊知識的時間,所以,在學習的過程中,不能存在“猴子掰玉米”的現象,學了新的忘了舊的,而是要不停積累,不停學習;對於不懂的知識點,要善於提出疑問,問同學,問教師,問網絡,及時解答疑問,及時解決問題。第三,要加強練習。學習力學知識的過程中,不做一定數量的習題,將很難對基本概念和計算方法有深入的理解,也很難培養出好的計算能力,所以,要學以致用,加強練習。第四,善於創新,積極參與不同的實踐活動。教師教授的知識是有限的,在學習教師教授的方法之後,舉一反三,要自己善於發現問題,創新思維;積極參與各項社會實踐活動,如省大學生力學競賽、省大學生結構設計大賽等,將學到的力學知識應用到實際的大賽活動中,並且從實踐的過程中又學習新的力學知識,循環往復,提高自身的學習積極性;積極參與教師的科研項目,提高自身的研究思路和水平,也是加強自身力學思維的較好方法。

6 結語

馬克思曾經指出:“力學是大工業的真正科學的基礎。”錢學森也說過“:不可能設想,不要現代力學就能實現現代化。”土木工程專業工程技術人員必須具備深厚的力學知識,必須掌握熟練的力學分析計算方法,所以,瞭解力學課程在土木工程專業的重要性,對於培養合格的土木工程專業技術人員來說,是非常必要的。