弹性力学
弹性力学
5000+ 人选课
更新日期:2024/11/29
开课时间2024/09/09 - 2025/01/15
课程周期19 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

本课程的性质:

弹性力学是一门技术基础学科,是近代工程技术的必要基础之一。在现代工程,特别是土木工程、水利工程、机械工程、航天航空工程等大型结构的计算、分析、设计中,都广泛应用弹性力学的基本知识、基本理论和基本方法。同时,弹性力学也是一门力学基础学科,它的研究方法被广泛应用于其他学科和领域。它不仅是塑性力学、有限单元法、复合材料力学、断裂力学、损伤力学、结构动力分析和一些专业课程的基础,也是许多大型结构分析软件(例如ABAQUS、ANSYS和SAP2000等)的核心内容。

本课程的基本要求:

本MOOC课程内容根据教育部《高等学校理工科非力学专业力学基础课程-弹性力学课程教学基本要求》设置(详见本课程教学单元内容的附录1)。

本课程的教学改革:

本课程内含“弹性力学知识图谱+AI智慧课程”自主深度学习资料(详见附件9)。

教学基于学生工程能力提升,从工程实际出发,直接考虑空间问题,给学生树立起空间问题的受力和变形概念,建立三维问题弹性力学的基本概念、基本理论和基本方法,通过平面问题力学分析进行基本功训练,为分析实际工程问题奠定科学的思维方法和理论体系。

本课程的主要内容:

二维和三维应力应变状态、平面和空间直角坐标系下的基本方程及基本解法、极坐标系下的基本方程及基本解法和弹性力学问题的数值分析方法简介。

弹性力学与材料力学的主要区别:

(1)从研究对象方面考虑:

材料力学主要研究单根构件(杆件),要求是细长杆,如梁和柱,研究杆件在拉压、剪切、弯曲、扭转和组合变形情况下的应力、应变和位移,进而研究强度理论、压杆稳定和能量原理。

弹性力学可以研究各种形状的弹性体,除杆件外,还可研究平面体、空间体,板和壳等,如剪力墙、挡土墙、拱坝、结构的节点,以及对桥梁进行精细化研究(不简化为一根杆件,而是视为三维的块体,如箱梁结构)等等。因此,弹性力学的研究对象要广泛得多。 

(2)从研究方法方面考虑:

弹性力学和材料力学既有相似之外,又有一定区别。弹性力学研究问题,在弹性体区域内必须严格考虑静力学、几何学和物理学三方面条件,在边界上严格考虑受力条件或约束条件,由此建立微分方程和边界条件进行求解,得出较精确的解答。 当然也可以利用弹性力学的概念进行精细的数值研究和试验研究。 

而材料力学虽然也考虑这几方面的条件,但不是十分严格的,由于是细长杆,因此采用了平截面假设,可直接判断应力分布,故此材料力学只研究和适用于杆件问题。

本课程的学习要求:

学生通过该课程的学习,掌握空间问题的基本理论、基本原理、基本方法及其应用,建立空间的力学概念,打下坚实的三维力学理论基础,培养利用理论分析方法和数值分析方法研究复杂弹性力学问题和解决实际问题的能力,培养学生的分析能力和科学作风,为学习有关专业课程、为毕业后从事结构设计、施工和科研工作打好理论基础。

本课程的教学特色:

采取从建立空间力学概念和理论入手,再转到平面问题的基本功训练。

本课程内含“弹性力学知识图谱+AI智慧课程”自主深度学习资料(详见附件9)。

本课程的教学目标:

(1)知识结构和理论水平:夯实学生的基础理论,从工程实际出发,直接从空间问题入手,给学生建立空间问题应力和应变的基本概念,建立弹性力学基本理论,使学生掌握弹性力学的知识框架。

(2)分析问题能力:培养学生分析问题解决问题的能力,通过介绍弹性力学的分析方法和经典算例,培养学生科学思维方法,以及利用弹性力学的知识、理论和方法来分析弹性力学问题和解决问题的能力。

(3)解决问题能力:培养学生综合分析的能力,不仅使学生学会理论分析方法,也要学生掌握数值分析工具,增加了理论分析方法结果与数值分析方法结果的对比分析,使学生能解决复杂弹性力学分析。

(4)自学能力:培养学生的自学能力和创新实践能力,增加了Matlab语言介绍和大型通用结构分析软件介绍和课外上机实践,使学生能熟练利用现代数学工具,加强学生的动手能力和结果分析能力培养,进行工程案例分析。

本课程的考核:

以考核学生对课程目标达成为主要目的,检查学生对教学内容的掌握程度为重要内容。课程成绩包括平时成绩和考试成绩两部分。

平时成绩50%(平时测验作业成绩占35%,参与课程讨论成绩占5%,撰写自学读书报告和自主上机实践报告成绩占10%),期末考试50%,成绩合格及优秀者可向中国大学MOOC网站申请付费的认证证书。

课程大纲

第一周学习内容: 第1章 绪论、第2章 三维应力应变状态(一)

1.1.1 弹性力学的重要性

1.1.2 本课程的主要内容

1.2.1 弹性力学的任务

1.2.2 弹性力学的基本假设

1.3.1 弹性力学建模

1.3.2 弹性力学基本方法

1.4 弹性力学的发展简史(自学)

2.1.1 荷载、内力和应力

第一周作业及测验题: 绪论、三维应力应变状态(一)

第二周学习内容: 第2章 三维应力应变状态(二)

2.1.2 量纲的概念

2.1.3 一点的应力状态

2.2.1 平面问题斜截面上的应力

2.2.2 空间问题斜截面上的应力

2.3.1 平面问题的主应力

2.3.2 平面问题的最大切应力

2.3.3 空间问题的主应力

第二周作业及测验题: 三维应力应变状态(二)

第三周学习内容: 第2章 三维应力应变状态(三)、第3章 直角坐标系下基本方程和基本解法(一)

2.3.4 空间问题的最大切应力

2.4.1 平面应力圆

2.4.2 三维应力圆

2.5 应力分量转轴公式

2.6 一点的应变状态

2.7 应变分量转换公式

3.1.1 平衡方程

3.1.2 几何方程

3.1.3 物理方程

3.1.4 边界条件

第三周作业及测验题: 三维应力应变状态(三)

第四周学习内容: 第3章 直角坐标系下基本方程和基本解法(二)

3.2 基本解法(微分方程解法)

3.3.1 平面问题的分类

3.3.2 平面问题的物理方程

3.3.3 平面问题的相容方程

3.3.4 平面边界条件的应用

3.3.5 圣维南原理

3.3.6 圣维南原理应用习题课

3.3.7 应力法求解平面问题

3.3.8 应力函数法(逆解法)

3.3.9 逆解法求解平面问题习题课-1

3.3.10 逆解法求解平面问题习题课 -2

第四周作业及测验题(二): 直角坐标系下基本方程的求解方法(应力法)

第四周作业及测验题(一): 直角坐标系下基本方程和边界条件

第五周学习内容: 第3章 直角坐标系下基本方程和基本解法(三)

3.3.11 由应力求位移分量

3.3.12 求位移场习题课

3.3.13 应力函数法(半逆解法)

3.3.14 半逆解法求解平面问题习题课-1

3.3.15 半逆解法求解平面问题习题课-2

3.3.16 半逆解法求解平面问题习题课-3

3.3.17 半逆解法求解平面问题习题课-4

3.3.18 位移法求解平面问题

3.4 空间问题求解

第五周作业及测验题(一): 直角坐标系下基本方程的求解方法(应力函数法的逆解法)

第五周作业及测验题(二): 直角坐标系下基本方程的求解方法(应力函数法的半逆解法)

第六周学习内容:平面极坐标下的基本方程和求解方法(一)

4.1.1 极坐标系下的平衡方程

4.1.2 极坐标系下的几何方程

4.1.3 极坐标系下的物理方程

4.1.4 极坐标系下的应力边界条件

4.2.1 平面极坐标系下应力函数法公式

4.2.2 求解轴对称问题的方法及公式

4.3.1 圆环和圆筒受均布压力问题

第六周作业及测验题(一): 极坐标系下基本方程和基本解法(基本方程和应力边界条件)

第六周作业及测验题(二): 极坐标系下基本方程和基本解法(平面轴对称问题的求解)

第七周学习内容:平面极坐标下的基本方程和求解方法(二)、弹性力学问题的数值分析方法

4.3.2 压力隧洞问题

4.3.3 楔形体的楔顶受力问题

4.3.4 楔形体的受面力作用问题

4.3.5 圆孔的孔边应力集中问题

5.1 有限单元法概论

5.2.1 弹性力学方程矩阵化表示

5.2.2 有限单元法的基本原理

5.3 典型有限单元的特性及应用算例

第七周作业及测验题(二): 极坐标系下基本方程和基本解法(逆解法)

第七周作业及测验题(一): 极坐标系下基本方程和基本解法(半逆解法)

第八周学习内容:自学训练+综合分析训练( 注意:内部学习资料仅供本课堂学生学习时使用 )

自学训练-1:空间柱坐标系下的求解方法

自学训练-2:空间球坐标系下的求解方法

自学训练-3:薄板问题的基本方程及基本解法

自学训练-4:能量原理及近似解法

自学训练-5:理论分析应力、 位移场的 MATLAB 计算程序

自学训练-6:弹性力学中一些常用的专业英语词汇

弹性力学综合分析训练题(二)

弹性力学大作业

弹性力学综合分析训练题(一)

附录1:教学辅助文件(《弹性力学教学基本要求(教育部)》、学习指导及中国大学MOOC成绩优秀认证证书)

《弹性力学教学基本要求(教育部)》

学习指导

中国大学MOOC成绩优秀认证证书样式

附录2:教学辅助文件(外国建筑,照片)

增长见识:外国建筑(照片)

木筋屋(半木构造建筑)

附录3:教学辅助视频(名师和专家讲座,引自:网易公开课,仅用于教学)

力学与工程(1)(注:引自网易公开课,仅用于教学)

力学与工程(2)(注:引自网易公开课,仅用于教学)

现代力学学科的主流(注:引自网易公开课,仅用于教学)

附录4:教学辅助资料( 弹性力学应用论文 + 专业英语学习 。强调:本资料仅用于课堂教学,请不要传到互联网上。)

附录4:教学辅助资料( 弹性力学应用论文 -1,专业英语学习 。强调:本资料仅用于课堂教学,请不要传到互联网上。)

附录4:教学辅助资料( 弹性力学应用论文-2,专业英语学习。强调:本资料仅用于课堂教学,请不要传到互联网上。 )

附录4:教学辅助资料( 弹性力学应用论文-3,中文学术论文。强调:本资料仅用于课堂教学和学习,请不要传到互联网上。 )

附录5:教学辅助资料(国内工程介绍,注:引自互联网,仅供大家学习之用)

中国的大桥

深圳文化中心-音乐厅

附录6:教学辅助资料(建筑大师,注:引自互联网,仅供大家内部学习之用)

建筑大师事迹:Gustave Eiffel 埃菲尔

建筑大师事迹: Robert Maillart 罗伯特•马亚尔

附录7:教学辅助资料(结构的思考,注:引自互联网,仅供大家内部学习之用)

结构的思考:从一根悬臂梁说开去

结构工程师看结构表现主义

附录8:教学辅助资料(结构新技术,注:引自互联网,仅供大家内部学习之用)

结构新技术:结构参数化

结构表达的要素: 精致

附录9:“弹性力学知识图谱+AI智慧课程”自主深度学习资料(需要在网站注册和登录,仅供学习。不计成绩)

“弹性力学知识图谱+AI智慧课程”自主深度学习资料(需要在链接网站注册和登记,仅供学习,不计成绩)