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摘要：该文列举了工程力学教学应用的一些生活和工程实例，以提高学生的学习兴趣，培养学生提出问题、分析问题和解决实际问题的能力。
关键词：问题驱动；工程力学；教学
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0263-02
工程力学是工程类专业的支柱课程，具有理论性强、系统性强、逻辑严密、比较抽象、与工程实际有一定的联系等特点[1]。在本校新能源专业，工程力学是学生最早接受工程和基本理论知识的课程，使学生在学习力学知识的同时接受工程意识的启蒙和培养是工程力学课程的重要任务之一。在教学过程中重视工程实例对于工科专业学生的实践能力培养尤其重要，笔者在多年的实践教学中认识到教学中应该广泛联系工程实例，在课堂讲授过程中实例的应用容易激发学生的学习兴趣，培养学生运用所学的理论和方法分析解决工程实际问题的能力。下面列举一些和工程力学相关的生活和工程实例。
实例1 将包装食品的塑料袋封口后，袋的边缘常做成锯齿形，或做出一个小缺口；易拉罐如何实现“易拉”功能（应力集中的应用）。
实例2 美国哥伦比亚电影公司在1990年录制的电影Miracle Landing（九霄惊魂），电影讲述了1988年4月28日下午，美国阿罗哈航空公司243航班从夏威夷起飞前往檀香山，途中紧急迫降的故事。飞机客舱中段上方一大块天花板由一个小裂纹进而引发大破坏，飞机变成了“敞篷跑车”图1所示。（这个案例主要说明了“应力集中”的危害）
实例3 竹子、芦苇、鸟的肢干骨的中空结构特点，这种结构既能满足生存需要，又减轻了自重，是大自然的造化，同时空心圆管状具有较强的抗弯抗扭等力学性能。（弯曲理论和扭转理论指出空心杆的抗弯能力和抗扭能力比同样截面面积的实心杆大多的）
实例4 英国航空5390航班事故，空难情况是驾驶舱前挡风玻璃被突然喷出，机长大半个身子被吸出。事故原因是安装在挡风玻璃里的90颗螺丝钉中，84颗的直径为0.026英寸（1毫米），要比标准的小；其余的6颗的长度是0.1英寸（3毫米），则比标准的短。（这个案例说明了固定前挡风玻璃的螺钉小了半号，必然会造成应力过大或安全系数降低，因此发生了事故，可用来说明安全系数的重要性。）
实例5 在暴风骤雨中，有些参天大树被连根拔起，但是竹子虽然其枝条狂舞，主干却屹立不倒，竹子中的竹节起到了很重要的作用。（根据欧拉公式，受压杆件的临界压力跟杆长的平方成反比，竹子的竹节相当于给竹子多加了约束，缩短了杆的长度，从而提高了竹子的抗失稳能力）
实例6 云冈石窟第13窟如图2所示，是“五华洞”的最后一窟，洞内有著名的超高大佛像，又称“大佛窟”。在大佛的右臂和腿之间有一托臂力士，气定神闲的托起大佛近两吨重的右臂。托臂力士的应用，既巧妙地产生了力学作用，又起到了美观装饰效果。（大佛的手臂简化成材料力学模型就是一个受均布载荷的悬臂梁，托臂力士相当于在悬臂梁的自由端多加一个约束，采用这个措施减小了手臂固定端的弯曲正应力，提高了大佛手臂的弯曲强度）
实例7 如图3、图4所示，单双杠、龙门吊车、油罐车和锅炉筒体的支座在什么位置最合理？（通过合理布置支座位置可以降低梁的最大弯矩以提高梁的弯曲强度）
实例8 兰州的中山桥（黄河第一大桥）在1956年加固时安装的弧形拱架的下面立柱的是由槽钢组成的，槽钢为什么没有集中放置，而是分散放置？（立柱承受压力作用，存在压杆稳定问题，槽钢放置时分散放置并且使得横截面对形心主轴的惯性矩基本相等，这种放置方式，提高了截面的惯性矩，进而提高了受压杆件的抗失稳能力）
实例9 1907年8月9日加拿大魁北克地区圣劳伦斯河上的魁北克大桥在施工过程中发生坍塌，1萬9千吨钢材坠落河中，事故造成75人死亡，事故的原因是悬臂桁架的下弦杆失稳。
实例10 2000年10月25日10时，在南京电视台演播中心建造过程中，由于脚手架稳定性不满足，造成屋顶模板坍塌，6人死亡，34人受伤；1960年，罗马尼亚不加勒斯特的一座直径为90m的圆球面单层网壳因失稳发生倒塌事故，1988年加拿大一停车场的屋盖结构坍塌，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这些事故都和受压杆件的稳定性问题有关。
实例11 2015年7月6日，沈阳市大东区合作街某楼七楼和六楼两层阳台发生坍塌；2015年10月23日下午13时40分左右，吉林省辽源市龙山区一居民楼突发阳台坍塌事件。事故原因一般是阳台内的钢筋铺设位置不合理。（阳台属于悬挑构件，承受的外载荷主要是自重，阳台发生的主要变形形式是弯曲变形，根据学习的弯曲理论知识，阳台的上部受拉下部受压。钢筋是塑性材料适合承受拉力，水泥沙子是脆性材料适合承受压力，根据材料的力学性能，对于阳台，雨棚等悬臂板，钢筋应该配置在截面上部，若钢筋位置配置不对，则阳台容易坍塌）
实例12 我们坐火车时候为什么能听到“咣当、咣当”声？连接暖气片的管道为什么要弯曲的？铁路线路由很多条钢轨组成，钢轨的接轨处留有空隙是便于钢轨在温度变化时能够自由伸缩；暖气的管道做成弯曲的，也是因为管道温度变化是可以自由伸缩（超静定结构中的温度应力）。
实例13 为什么扁担要做成中间粗，两头细？（等强度梁的思想）
实例14 1985年8月2日，日本航空公司一架波音747巨型客机，满载着包括日本著名歌星坂本九和一对新婚夫妇在内的524名旅客和和机组人员，由东京飞往大阪。起飞后不久，随着机尾的一声巨响，气压隔板断裂，飞机失控坠毁，除4名幸存者外，全机520名旅客和机组人员丧生，造成世界航空史上的最大惨剧。根据飞机断裂处的照片，说明该机肇事“元凶”是飞机气压隔板的疲劳破坏。（隔压板的断裂正是力学中的疲劳断裂）
参考文献：
[1] 王珂晟，薛春芳. 工程力学课程育人功能的发掘与探索[J]. 力学与实践， 2012（1）：82-84.
[2] 欧淑彬. 提高工程力学课程教学效果的几点体会[J]. 安徽工业大学学报， 2008，25（3）：215-216.
[3] 陈乃立，陈倩. 材料力学学习指导书[M]. 高等教育出版社， 2005.
关键词：问题驱动；工程力学；教学
中图分类号：TP301 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）36-0263-02
工程力学是工程类专业的支柱课程，具有理论性强、系统性强、逻辑严密、比较抽象、与工程实际有一定的联系等特点[1]。在本校新能源专业，工程力学是学生最早接受工程和基本理论知识的课程，使学生在学习力学知识的同时接受工程意识的启蒙和培养是工程力学课程的重要任务之一。在教学过程中重视工程实例对于工科专业学生的实践能力培养尤其重要，笔者在多年的实践教学中认识到教学中应该广泛联系工程实例，在课堂讲授过程中实例的应用容易激发学生的学习兴趣，培养学生运用所学的理论和方法分析解决工程实际问题的能力。下面列举一些和工程力学相关的生活和工程实例。
实例1 将包装食品的塑料袋封口后，袋的边缘常做成锯齿形，或做出一个小缺口；易拉罐如何实现“易拉”功能（应力集中的应用）。
实例2 美国哥伦比亚电影公司在1990年录制的电影Miracle Landing（九霄惊魂），电影讲述了1988年4月28日下午，美国阿罗哈航空公司243航班从夏威夷起飞前往檀香山，途中紧急迫降的故事。飞机客舱中段上方一大块天花板由一个小裂纹进而引发大破坏，飞机变成了“敞篷跑车”图1所示。（这个案例主要说明了“应力集中”的危害）
实例3 竹子、芦苇、鸟的肢干骨的中空结构特点，这种结构既能满足生存需要，又减轻了自重，是大自然的造化，同时空心圆管状具有较强的抗弯抗扭等力学性能。（弯曲理论和扭转理论指出空心杆的抗弯能力和抗扭能力比同样截面面积的实心杆大多的）
实例4 英国航空5390航班事故，空难情况是驾驶舱前挡风玻璃被突然喷出，机长大半个身子被吸出。事故原因是安装在挡风玻璃里的90颗螺丝钉中，84颗的直径为0.026英寸（1毫米），要比标准的小；其余的6颗的长度是0.1英寸（3毫米），则比标准的短。（这个案例说明了固定前挡风玻璃的螺钉小了半号，必然会造成应力过大或安全系数降低，因此发生了事故，可用来说明安全系数的重要性。）
实例5 在暴风骤雨中，有些参天大树被连根拔起，但是竹子虽然其枝条狂舞，主干却屹立不倒，竹子中的竹节起到了很重要的作用。（根据欧拉公式，受压杆件的临界压力跟杆长的平方成反比，竹子的竹节相当于给竹子多加了约束，缩短了杆的长度，从而提高了竹子的抗失稳能力）
实例6 云冈石窟第13窟如图2所示，是“五华洞”的最后一窟，洞内有著名的超高大佛像，又称“大佛窟”。在大佛的右臂和腿之间有一托臂力士，气定神闲的托起大佛近两吨重的右臂。托臂力士的应用，既巧妙地产生了力学作用，又起到了美观装饰效果。（大佛的手臂简化成材料力学模型就是一个受均布载荷的悬臂梁，托臂力士相当于在悬臂梁的自由端多加一个约束，采用这个措施减小了手臂固定端的弯曲正应力，提高了大佛手臂的弯曲强度）
实例7 如图3、图4所示，单双杠、龙门吊车、油罐车和锅炉筒体的支座在什么位置最合理？（通过合理布置支座位置可以降低梁的最大弯矩以提高梁的弯曲强度）
实例8 兰州的中山桥（黄河第一大桥）在1956年加固时安装的弧形拱架的下面立柱的是由槽钢组成的，槽钢为什么没有集中放置，而是分散放置？（立柱承受压力作用，存在压杆稳定问题，槽钢放置时分散放置并且使得横截面对形心主轴的惯性矩基本相等，这种放置方式，提高了截面的惯性矩，进而提高了受压杆件的抗失稳能力）
实例9 1907年8月9日加拿大魁北克地区圣劳伦斯河上的魁北克大桥在施工过程中发生坍塌，1萬9千吨钢材坠落河中，事故造成75人死亡，事故的原因是悬臂桁架的下弦杆失稳。
实例10 2000年10月25日10时，在南京电视台演播中心建造过程中，由于脚手架稳定性不满足，造成屋顶模板坍塌，6人死亡，34人受伤；1960年，罗马尼亚不加勒斯特的一座直径为90m的圆球面单层网壳因失稳发生倒塌事故，1988年加拿大一停车场的屋盖结构坍塌，1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落，这些事故都和受压杆件的稳定性问题有关。
实例11 2015年7月6日，沈阳市大东区合作街某楼七楼和六楼两层阳台发生坍塌；2015年10月23日下午13时40分左右，吉林省辽源市龙山区一居民楼突发阳台坍塌事件。事故原因一般是阳台内的钢筋铺设位置不合理。（阳台属于悬挑构件，承受的外载荷主要是自重，阳台发生的主要变形形式是弯曲变形，根据学习的弯曲理论知识，阳台的上部受拉下部受压。钢筋是塑性材料适合承受拉力，水泥沙子是脆性材料适合承受压力，根据材料的力学性能，对于阳台，雨棚等悬臂板，钢筋应该配置在截面上部，若钢筋位置配置不对，则阳台容易坍塌）
实例12 我们坐火车时候为什么能听到“咣当、咣当”声？连接暖气片的管道为什么要弯曲的？铁路线路由很多条钢轨组成，钢轨的接轨处留有空隙是便于钢轨在温度变化时能够自由伸缩；暖气的管道做成弯曲的，也是因为管道温度变化是可以自由伸缩（超静定结构中的温度应力）。
实例13 为什么扁担要做成中间粗，两头细？（等强度梁的思想）
实例14 1985年8月2日，日本航空公司一架波音747巨型客机，满载着包括日本著名歌星坂本九和一对新婚夫妇在内的524名旅客和和机组人员，由东京飞往大阪。起飞后不久，随着机尾的一声巨响，气压隔板断裂，飞机失控坠毁，除4名幸存者外，全机520名旅客和机组人员丧生，造成世界航空史上的最大惨剧。根据飞机断裂处的照片，说明该机肇事“元凶”是飞机气压隔板的疲劳破坏。（隔压板的断裂正是力学中的疲劳断裂）
参考文献：
[1] 王珂晟，薛春芳. 工程力学课程育人功能的发掘与探索[J]. 力学与实践， 2012（1）：82-84.
[2] 欧淑彬. 提高工程力学课程教学效果的几点体会[J]. 安徽工业大学学报， 2008，25（3）：215-216.
[3] 陈乃立，陈倩. 材料力学学习指导书[M]. 高等教育出版社， 2005.