材料力學與結構力學課程的相互滲透與融合

賈培強

【摘 要】本文通過材料力學和結構力學兩門課程的對比，已完成教學上兩門課程的融會貫通。

【關鍵詞】材料力學；結構力學；融會貫通

0 前言

材料力學是許多工科專業的一門重要基礎課，是一門為設計工程實際構件提供必要理論基礎、理論與實驗相結合的課程，主要研究桿件在拉、壓、扭、彎等基本變形以及組合變形形式下構件的強度、剛度以及穩定性的計算，而且還為結構力學、混凝土結構等課程奠定良好的基礎。

結構力學則是力學以及土木工程等專業的更為重要的專業基礎課程，是一門為設計實際工程結構提供理論依據和計算數據的課程。材料力學和結構力學這兩門課程在土木工程專業中占有非常重要的地位，同時又是該專業碩士研究生的考試課程之一，課程中許多地方有著幾乎相似的知識體系內容，但又因研究的結構體系的復雜程度不同而有差異，若能將兩門課程深入研究，在講解結構力學課程的同時將兩門課程知識內容相互滲透與融合，完成課程間的銜接過渡、交叉與融合，完成在學習新的知識內容的同時又能進一步理解原有基礎知識的內容，實現兩門課程的融會貫通，從而可以取得良好地教學效果。

1 材料力學與結構力學課程的不同與相似之處

材料力學主要研究簡單構件的強度、剛度以及穩定性的計算原理和方法而結構力學則是研究復雜構件體系相同方面的計算，所以結構力學要研究結構的幾何組成分析。

材料力學是基礎課程，它為更多的不同工科專業奠定基礎，如機械設計與制造、材料成型、機械電子工程、土木工程、化工機械、軌道交通等眾多專業都以此課程為基礎，因此該課程內容涉及范圍廣泛，變形桿件的變形復雜，相應的不同變形下的內力以及位移計算復雜，甚至包括各種組合變形形式下的內力和位移計算，雖然構件體系簡單，但變形復雜多樣。因此不同變形形式下的內力、應力以及位移計算各有不同。

結構力學是工科專業的專業基礎課程，只有少數專業開設結構力學課程，如：土木工程、橋梁隧道、水工工程等專業，由于它更注重于大型復雜結構體系在彎曲、剪切、拉壓這三種變形形式下的強度、剛度以及穩定性的計算，相對于材料力學，涉及到的變形簡單，基本不涉及組合變形的計算，相應的計算彎曲、剪切、拉壓變形形勢下的內力以及位移的方法則更加具體靈活，相應的方法也更加簡單多樣，所以應用結構力學的方法來解決材料力學的某些彎曲及拉壓問題則顯得非常簡單，特別是材料力學中由于彎曲或拉壓引起的位移計算尤為簡單。

2 材料力學課程與結構力學課程的相互融通

材料力學課程是結構力學課程的基礎，盡管材料力學所提供的各種計算方法與結構力學的方法相比顯得較為麻煩，但如果沒有這些最基礎的方法的奠定，后面的方法在學習的過程中理解起來會有一定的難度。如在材料力學中所提供的計算位移的方法雖然很多：（1）變形位移比較法；（2）實功方程法；（3）撓曲線微分方程法；（4）疊加法；（5）能量法的卡氏第二定理，雖然方法很多，但這些方法更具基礎性，分析和計算都較為繁瑣，有些還有一定的局限性。而在結構力學課程中由變形體系虛功原理的虛功方程導出的計算位移的單位荷載法，則無論是任何因素引起的位移也無論變形體系的變形在什么變形范圍都可以解決。特別是應用單位荷載法莫爾積分的圖乘法可以較為輕松的解決線彈性范圍內荷載作用下的位移計算問題。不僅如此，各種廣義荷載因素如：溫度變化、基礎沉陷、材料收縮、制造誤差等眾多因素引起的位移計算都變得非常簡單。如果能夠掌握結構力學中桿系結構的內力計算，那么解決單個桿件的內力那也將易如反掌。所以學習好結構力學對更好的理解和掌握材料力學的教學內容起到很好的促進作用。只要老師在講解結構力學的同時，與材料力學的知識內容相互結合并比較，就可以完成兩門課程知識內容上的融會貫通，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，還可以充分理解以往所學材料力學課程的知識內容，使得兩門課程的知識內容銜接自然流暢，完成材料力學和結構力學兩門課程的完美結合，知識內容的融會貫通。

【參考文獻】

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[3]孫訓芳，方孝淑，關來泰.材料力學Ⅰ[M].高等教育出版社.

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