魏平

摘要：該文列舉了工程力學(xué)教學(xué)應(yīng)用的一些生活和工程實例，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：問題驅(qū)動；工程力學(xué)；教學(xué)

中圖分類號：TP301 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）36-0263-02

工程力學(xué)是工程類專業(yè)的支柱課程，具有理論性強、系統(tǒng)性強、邏輯嚴(yán)密、比較抽象、與工程實際有一定的聯(lián)系等特點[1]。在本校新能源專業(yè)，工程力學(xué)是學(xué)生最早接受工程和基本理論知識的課程，使學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)知識的同時接受工程意識的啟蒙和培養(yǎng)是工程力學(xué)課程的重要任務(wù)之一。在教學(xué)過程中重視工程實例對于工科專業(yè)學(xué)生的實踐能力培養(yǎng)尤其重要，筆者在多年的實踐教學(xué)中認(rèn)識到教學(xué)中應(yīng)該廣泛聯(lián)系工程實例，在課堂講授過程中實例的應(yīng)用容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的理論和方法分析解決工程實際問題的能力。下面列舉一些和工程力學(xué)相關(guān)的生活和工程實例。

實例1 將包裝食品的塑料袋封口后，袋的邊緣常做成鋸齒形，或做出一個小缺口；易拉罐如何實現(xiàn)“易拉”功能（應(yīng)力集中的應(yīng)用）。

實例2 美國哥倫比亞電影公司在1990年錄制的電影Miracle Landing（九霄驚魂），電影講述了1988年4月28日下午，美國阿羅哈航空公司243航班從夏威夷起飛前往檀香山，途中緊急迫降的故事。飛機客艙中段上方一大塊天花板由一個小裂紋進而引發(fā)大破壞，飛機變成了“敞篷跑車”圖1所示。（這個案例主要說明了“應(yīng)力集中”的危害）

實例3 竹子、蘆葦、鳥的肢干骨的中空結(jié)構(gòu)特點，這種結(jié)構(gòu)既能滿足生存需要，又減輕了自重，是大自然的造化，同時空心圓管狀具有較強的抗彎抗扭等力學(xué)性能。（彎曲理論和扭轉(zhuǎn)理論指出空心桿的抗彎能力和抗扭能力比同樣截面面積的實心桿大多的）

實例4 英國航空5390航班事故，空難情況是駕駛艙前擋風(fēng)玻璃被突然噴出，機長大半個身子被吸出。事故原因是安裝在擋風(fēng)玻璃里的90顆螺絲釘中，84顆的直徑為0.026英寸（1毫米），要比標(biāo)準(zhǔn)的??；其余的6顆的長度是0.1英寸（3毫米），則比標(biāo)準(zhǔn)的短。（這個案例說明了固定前擋風(fēng)玻璃的螺釘小了半號，必然會造成應(yīng)力過大或安全系數(shù)降低，因此發(fā)生了事故，可用來說明安全系數(shù)的重要性。）

實例5 在暴風(fēng)驟雨中，有些參天大樹被連根拔起，但是竹子雖然其枝條狂舞，主干卻屹立不倒，竹子中的竹節(jié)起到了很重要的作用。（根據(jù)歐拉公式，受壓桿件的臨界壓力跟桿長的平方成反比，竹子的竹節(jié)相當(dāng)于給竹子多加了約束，縮短了桿的長度，從而提高了竹子的抗失穩(wěn)能力）

實例6 云岡石窟第13窟如圖2所示，是“五華洞”的最后一窟，洞內(nèi)有著名的超高大佛像，又稱“大佛窟”。在大佛的右臂和腿之間有一托臂力士，氣定神閑的托起大佛近兩噸重的右臂。托臂力士的應(yīng)用，既巧妙地產(chǎn)生了力學(xué)作用，又起到了美觀裝飾效果。（大佛的手臂簡化成材料力學(xué)模型就是一個受均布載荷的懸臂梁，托臂力士相當(dāng)于在懸臂梁的自由端多加一個約束，采用這個措施減小了手臂固定端的彎曲正應(yīng)力，提高了大佛手臂的彎曲強度）

實例7 如圖3、圖4所示，單雙杠、龍門吊車、油罐車和鍋爐筒體的支座在什么位置最合理？（通過合理布置支座位置可以降低梁的最大彎矩以提高梁的彎曲強度）

實例8 蘭州的中山橋（黃河第一大橋）在1956年加固時安裝的弧形拱架的下面立柱的是由槽鋼組成的，槽鋼為什么沒有集中放置，而是分散放置？（立柱承受壓力作用，存在壓桿穩(wěn)定問題，槽鋼放置時分散放置并且使得橫截面對形心主軸的慣性矩基本相等，這種放置方式，提高了截面的慣性矩，進而提高了受壓桿件的抗失穩(wěn)能力）

實例9 1907年8月9日加拿大魁北克地區(qū)圣勞倫斯河上的魁北克大橋在施工過程中發(fā)生坍塌，1萬9千噸鋼材墜落河中，事故造成75人死亡，事故的原因是懸臂桁架的下弦桿失穩(wěn)。

實例10 2000年10月25日10時，在南京電視臺演播中心建造過程中，由于腳手架穩(wěn)定性不滿足，造成屋頂模板坍塌，6人死亡，34人受傷；1960年，羅馬尼亞不加勒斯特的一座直徑為90m的圓球面單層網(wǎng)殼因失穩(wěn)發(fā)生倒塌事故，1988年加拿大一停車場的屋蓋結(jié)構(gòu)坍塌，1985年土耳其某體育場看臺屋蓋塌落，這些事故都和受壓桿件的穩(wěn)定性問題有關(guān)。

實例11 2015年7月6日，沈陽市大東區(qū)合作街某樓七樓和六樓兩層陽臺發(fā)生坍塌；2015年10月23日下午13時40分左右，吉林省遼源市龍山區(qū)一居民樓突發(fā)陽臺坍塌事件。事故原因一般是陽臺內(nèi)的鋼筋鋪設(shè)位置不合理。（陽臺屬于懸挑構(gòu)件，承受的外載荷主要是自重，陽臺發(fā)生的主要變形形式是彎曲變形，根據(jù)學(xué)習(xí)的彎曲理論知識，陽臺的上部受拉下部受壓。鋼筋是塑性材料適合承受拉力，水泥沙子是脆性材料適合承受壓力，根據(jù)材料的力學(xué)性能，對于陽臺，雨棚等懸臂板，鋼筋應(yīng)該配置在截面上部，若鋼筋位置配置不對，則陽臺容易坍塌）

實例12 我們坐火車時候為什么能聽到“咣當(dāng)、咣當(dāng)”聲？連接暖氣片的管道為什么要彎曲的？鐵路線路由很多條鋼軌組成，鋼軌的接軌處留有空隙是便于鋼軌在溫度變化時能夠自由伸縮；暖氣的管道做成彎曲的，也是因為管道溫度變化是可以自由伸縮（超靜定結(jié)構(gòu)中的溫度應(yīng)力）。

實例13 為什么扁擔(dān)要做成中間粗，兩頭細(xì)？（等強度梁的思想）

實例14 1985年8月2日，日本航空公司一架波音747巨型客機，滿載著包括日本著名歌星坂本九和一對新婚夫婦在內(nèi)的524名旅客和和機組人員，由東京飛往大阪。起飛后不久，隨著機尾的一聲巨響，氣壓隔板斷裂，飛機失控墜毀，除4名幸存者外，全機520名旅客和機組人員喪生，造成世界航空史上的最大慘劇。根據(jù)飛機斷裂處的照片，說明該機肇事“元兇”是飛機氣壓隔板的疲勞破壞。（隔壓板的斷裂正是力學(xué)中的疲勞斷裂）

參考文獻：

[1] 王珂晟，薛春芳. 工程力學(xué)課程育人功能的發(fā)掘與探索[J]. 力學(xué)與實踐， 2012（1）：82-84.

[2] 歐淑彬. 提高工程力學(xué)課程教學(xué)效果的幾點體會[J]. 安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報， 2008，25（3）：215-216.

[3] 陳乃立，陳倩. 材料力學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)書[M]. 高等教育出版社， 2005.