工程力學與流體力學精選(九篇)
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第1篇：工程力學與流體力學范文
[關鍵詞]工程流體力學 教學方法 改革 工程實踐
一、提煉課程核心思想、調整教學內容
近幾年來，隨著我國及上海市海洋戰略布局和海洋經濟的發展，上海海洋大學作為一所以海洋、水產和食品為特色的高校，在學科和專業建設方面取得了較大進步，《工程流體力學》作為一門專業基礎理論課，其地位愈來愈顯得重要。其中海洋學院、食品學院和工程學院幾十年來在本科和研究生教育中，一直將《工程流體力學》和《高等流體力學》作為一門相當重要的專業基礎課。特別是，工程學院的機制專業將《工程流體力學》作為該專業學生的一門必修課，隨著學校的發展，這門課程必將滲透到生命學院的水產、水生物、設施漁業、水環境等專業和方向中。目前根據已定的教學計劃，每學年有近650名學生學習這門課，由于各專業對其內容眼球的不同，需要結合各專業的特點，提煉課程核心思想、調整教學內容，通過不同的模塊組合，確實提高學生的學習興趣，促進教學質量的提高。
上海海洋大學《工程流體力學》任課教師根據多年的教學大綱及要求編寫了“工程流體力學”教材，同時完成了配套教材的ppt電子教案，要求學生掌握流體力學的基本知識、原理和計算方法，主要包括：靜平衡微分方程、流體對固壁的總壓力、流體運動的描述、伯努利方程、動量（矩）方程、量綱分析、相似原理、繞流阻力等。在弄清概念，掌握理論的基礎上，能夠學會運用基本理論分析解決實際問題，并掌握基本的實驗技能，為從事專業工作、科研和其他專業課的學習打下基礎。為了便于學生的自主學習，又出版了配套教材的“工程流體力學習題解析”一書。同時根據實際工程需要，將《工程流體力學》的教學內容分為3個層次，即流體力學的基礎理論、流體力學知識與進展、流體力學應用與實踐， 克服了以往過分重視理論知識的介紹，輕視其應用的弊端。此外，還相繼開出了流體力學獨立實驗課、計算流體力學等。
同時，根據不同專業的具體需求，在課程設置、教學內容上都作了許多相應的調整。例如在全校新開了“工程流體力學的應用”課程，受到了學生們的歡迎，選修這門課的學生相當多，容量達95%以上。并設計了不同的模塊組合，對機械專業的學生，在已完成《工程流體力學》教材的二版修訂中，在第8章中增加了明渠流動內容，增加了水波理論等內容；針對食品專業的需要，增加了氣體及熱力學類內容，并補充五套自測題供學生選用，確實提高了學生的學習興趣，并促進了教學質量的提高。
二、改進教學手段，優化教學過程，加強教學互動
由流體力學團隊編寫的《工程流體力學》教材，于2006年由上海交通大學出版社出版，同時出版了與之配套的“工程流體力學習題解析”，為了便于教師教學，同時制作了與本教材配套的制作精美、圖文并貌的CAI課件，生動地描述了流體力學的一些理論及現象，大大減輕了流體力學理論的學習難度，提高了學生學習的興趣和效率。這些系列教材的出版，對該課程的建設和質量提升，起到了非常重要的作用。不但受到了本校學生的好評，同時還受到陜西理工大學、中國民航大學、浙江海洋學院及天津城市建設管理職業技術學院等許多學校的歡迎，這些學校對系列教材給予了充分肯定。圖書發行突破2萬本，出版方已無庫存。
充分利用網絡資源，將課堂理論教學教案、主講教師課堂教學的部分錄像進行網上共享，使用錄像片、流體力學演示實驗教學片、電子教材等多媒體教學手段，使學生感到難以接受的流動力學概念變得十分生動具體，加深對教材內容的理解，提高教學質量。使學生能夠隨時復習、預習相應的課堂教學內容。同時充分利用上海海洋大學的E-Class網絡平臺，進行網絡實時習題、例題解答，以及課后答疑網絡資源及軟硬件的建設，形成師生交流的互動平臺，真正提高網絡教學的實用性。強調計算機在流體力學教學中的應用
在充分利用現代教學手段的同時，不能忽視傳統教學方法的作用。本課程采用多媒體與板書相結合的教學模式，充分利用多媒體教學信息量大,圖像清晰生動的特點, 結合傳統板書講解復雜理論推導的優點，不僅直觀清晰，一目了然，而且對重點部分又能反復講解，以達到學生基本理解并具有一定想象能力。例如在講解研究流體運動的兩種方法：質點法和空間點法時，多媒體上會出現公交車客流量觀察方法的動畫，使學生既易于分清這兩種方法的不同，同時又強調一個相同的目的。又如在講到流體的漩渦運動時，有龍卷風作強烈旋轉運動的畫面；講到伯努利方程時，有踢任意球進球門的畫面。理論教學上嚴謹，但是動畫及多媒體生動、形象，使得學生在學習時既不感到枯燥，同時又能加強對基本理論的理解。由于學生數很多，教學上采用大班課的形式（基本上每個教學班有近100名學生），多媒體教學發揮了很大的作用。它使繁冗的公式推導成為一個簡單的講解過程，將復雜的流體運動生動形象地表現出來，同時對重點和難點反復在黑板上演示講解。這兩個方法相輔相承，取得了很好的教學效果。這種授課方式既有利于避免研究生因長時間精力高度集中而產生疲勞,又有利于他們理解并掌握復雜的流體力學基本理論。
2008年“工程流體力學”教材獲上海海洋大學教學成果一等獎。作為普通高校重點教材建設項目之一，2009年被上海市教委評為優秀教材三等獎，2011年獲得上海市教委重點課程建設項目（滬教委高〔2011〕48號），極大地提高了上海海洋大學來在流體力學行業的影響力。
三、完善實驗教學條件，形成完整的教學實驗體系
在注重理論教學的同時，加強實驗教學環節，2011年3月由上海海洋大學主編的《力學基礎實驗指導-理論力學、材料力學、流體力學》，由同濟大學出版社正式出版發行，其中的流體力學部分（第三大部分），從根本上解決了實驗指導書與實驗儀器不配套的問題，有效提高了流體力學實驗教學質量。2009年下半年新添置了多功能流體力學實驗裝置、動量定理實驗儀、流動圖形顯示儀、畢托管測速實驗儀、虹吸管實驗儀、勢流疊加儀、空化實驗儀等流體力學實驗設備，新開設了大量的設計型和創新型流體力學實驗，使學生、教師互動，用實驗數據來驗證理論，來觀察抽象的流體運動；用理論知識解釋一些流體現象，發現新的現象。這種教學手段提高了教學效果。同時在互動中，將有關科研上對于流體力學的一些熱點問題以討論的形式引入教學，充分地調動了學生的學習熱情。通過實驗驗證加強感性認識：在許多重點和難點的地方，基本上有配套的實驗，從實驗中學習，既能培養學生從實踐中發現問題并進行深入分析的思維習慣，激發他們的學習熱情，同時也是加強印象、加深理解、克服難點的手段之一。
針對個別專業的特殊需要，開設了流體力學獨立實驗課。實際的流體運動非常復雜，因此通過流體力學實驗是揭示流體運動規律的一種重要手段，為了幫助學生加深對所學理論的理解，更好的用所學理論解決生產實際中的問題，經過多方籌建，2009年我校海洋環境專業開設流體力學獨立實驗課，共16學時，實驗內容主要包括：能量方程實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、沿程水頭損失實驗、局部水頭損失實驗、畢托管測速實驗、管道測流量實驗、流動顯示實驗、虹吸實驗及勢流疊加實驗等；針對食品專業的需要，開設了氣體及熱力學類實驗。
四、實現教學和科研的互動
在任課教師積極參加各類相關的學習與培訓的同時，強化任課教師的科研觀念，以科研帶動教學，以教學促進科研，進行有效的縱、橫向科研聯合。任課教師積極參與各類教學改革和科研項目，如深水網箱水動力研究、漁船螺旋槳軟件系統設計、人工魚礁流場分析、海洋結構物的流固偶合分析、海洋波浪能的研究開發等。通過這些項目的研究，加深了對流體力學在海洋科學中實際應用和最新進展的了解。在畢業設計環節，每年選作以流體力學基礎理論及其工程應用為畢業論文課題的本科學生20余人，研究生10人。取得多項教學改革和教學研究成果，并在生產實踐中得到應用，如流體力學團隊教師編制的“漁船螺旋槳系統設計軟件”獲得2007年上海海洋大學科技成果三等獎，該軟件目前已被濰坊柴油機廠、玉林柴油機廠等國內主要柴油機生產廠家廣泛應用。我校工程學院羊曉晟、侯淑榮、馬利娜、沈小青同學的“一種新型海洋波浪能發電裝置”項目，參加2011年由、中國科協、教育部、全國學聯和地方政府共同主辦的、在大連理工大學舉行的第十二屆“挑戰杯”終審決賽，在全國1935所高校選送的16976件作品中突潁而出，獲得“全國競賽三等獎”。該項目由流體力學老師指導，并突破了波浪及流固耦合理論，極大地激發了學生對本課程的學習熱情。今后，本課程將在大學生科技創新中發揮更大的作用。
五、教學效果的考核
《工程流體力學》課程具有理論性強、公式多、數理基礎要求高的特點,為幫助學生的學習,僅僅通過教材講解還遠遠不夠,需要配套必要的習題。在現有基礎上，更新試題內容，完善試題庫建設，考慮到我校研究生教學的特點, 團隊根據新編著教材的主要內容, 以章節為單位,精心篩選和編寫了典型習題集,力圖做到其中的習題一定要具有典型性。習題的數量不能多,更不能類似和重復,學生通過習題練習,能有效地掌握教材中的基本知識。提高試題質量，真正做到教考分離，促進教學質量的提高。該試題庫具有以下功能：平臺提供自動組卷、手動組卷、互動組卷，條件設定靈活全面；試卷自動轉換成WORD文檔，方便打印輸出；自定義追加試題入庫，采用WORD文檔格式編輯批量入庫。
在考核中，平時成績、實驗課成績和期末成績比例為15%、20%和65%。實踐證明，該考核方法取得了很好的效果。
六、結語
總之，對于《工程流體力學》課程教學內容改革的初步探索分析，可以促進教學觀念的改變，按此目標授課，對教師提出了更高的要求。同時，還可以促進教材建設、實驗室建設及其儀器設備的更新，提高學生的動手能力及科研能力，從而實現“學有所用”，“教學相長”。
高等教育教學改革，特別是專業基礎課程體系及教學內容的改革，是一個系統和長期艱巨的實踐過程，專業教師任重而道遠。只要不斷努力和探索實踐，就可以開拓出一條符合各個專業需求的、更加富有成效的新途徑，取得更好的教改成果。
本文受“2011年度上海市教委重點課程建設項目（滬教委高〔2011〕48號）”資助
[參考文獻]
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[6]毛根海.應用流體力學.北京：高等教育出版社,2006
第2篇：工程力學與流體力學范文
關鍵詞：流體力學；制冷與低溫工程；教學改革
作者簡介：尹雪梅（1979-），女，四川資中人，鄭州輕工業學院機電工程學院，講師；張文慧（1980-），女，河南焦作人，鄭州輕工業學院機電工程學院，講師。（河南鄭州450002）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）10-0098-02
目前，鄭州輕工業學院（以下簡稱“我院”）的制冷與低溫工程專業已被評為國家級特色專業。為了加強制冷與低溫工程專業學生能力的培養，造就人才，有必要對制冷與低溫工程專業的教學進行全面的改革。
“流體力學”是制冷與低溫工程專業的一門重要的專業基礎課，主要分為流體靜力學和流體動力學，研究流體平衡、運動規律、流體和周圍物體之間的相互作用力及其實際應用的科學。由于流動現象和流動規律及其影響因素十分復雜，故其具有理論性強、概念抽象和公式較多、實際工程應用廣、對學生的綜合分析處理問題的能力要求較高等特點。[1]加上學生對流體流動機理普遍缺乏感性認識，導致“流體力學”課程歷來被公認為是教師難教、學生難學難懂的課程之一。[2]因此，迫切需要進行“流體力學”課程教學改革，使學生學好本門課程，提高課程教學質量，使學生能更深刻地理解和掌握專業理論知識，培養學生的綜合分析應用能力和創新能力，全面提高專業素質。
分析目前我院制冷與低溫工程專業“流體力學”課程教學的現狀，發現存在以下主要問題：首先，“流體力學”理論性強，概念多而抽象，難以理解，學生普遍缺乏對流體力學問題的感性認識，學習興趣不高；其次，課程中公式繁多，推導過程復雜，且大多涉及到“高等數學”的偏微分方程，另還涉及到“大學物理”、“理論力學”、“材料力學”等方面的知識，學生理解困難；另外，學生對所學的知識不能靈活應用。因此怎樣激發學生的學習興趣，選擇合適的教學模式組織教學，全面實現該課程教學目標，提高教學質量，是該課程教學亟待解決的問題。
一、改革教學方法
學好“流體力學”這門課對于制冷與低溫工程專業的學生來說至關重要。讓學生理解流體靜止和運動的規律及其影響因素，不僅能為學生學習后續的專業課程提供必要的理論基礎，也能為學生以后分析解決實際工程中的實際問題提供理論指導。怎樣才能讓學生學好這門課，筆者結合自己的教學經驗，認為可以從以下幾方面著手。
1.激發學生學習興趣
學生是學習的主體，而“流體力學”又是大家公認難學的課程，因此學生的學習積極性高低決定著“流體力學”這門課教學的成敗。
要提高學生學習“流體力學”的積極性，首先要上好“緒論”課。“緒論”課是學生接觸和了解“流體力學”這門課的窗口，也是教師的教學水平和教學方式的第一次展示，“緒論”課上得好不好直接影響到“流體力學”課程教學的成功與否。通過“緒論”課讓學生對“流體力學”的發展及其廣泛的工程實際應用有一個大致的了解，使他們充分意識到“流體力學”知識和我們的生活及國家的建設密切相關，深刻理解“流體力學”知識在今后的學習和解決實際工程問題中的重要作用。[3]
教師在講授一些理論知識之前，可先舉出很多貼近生活的有趣實例或者先提一些問題來激發學生的學習興趣，啟發引導學生積極地思考。例如在講液體的粘性之前，可以先問學生：在水中游得快還是在油中游得快？為什么？又如在描述流體運動有兩種方式――拉格朗日法和歐拉法時，可以將在座的學生和教室里的每個座位作為研究對象來進行類比，從而讓學生很容易的理解兩種方式。通過舉例和提問的方式，讓學生帶著問題去學習，讓學生親身感受到參與教學活動是一件樂事、趣事，由愿學到愛學再到樂學。實踐表明：列舉事例或提問的方式可以避免學生學習的枯燥感，活躍課堂氣氛，不僅可以吸引學生的注意力，激發學生學習的主觀能動性，還可以使學生充分意識到本課程對今后學習和工作的重要意義，并且能加深學生對所學知識的理解和記憶，使學生分析問題和解決問題的能力得以提高。
另外，還應充分利用多媒體，通過圖片、動畫讓學生直觀了解各種流動現象，而不是停留在抽象層面，從而提高學生學習“流體力學”的興趣。
2.巧妙講解公式
為了定量地描述流動現象和分析流動機理，需要應用數學工具。學生要真正理解基本概念、重要公式，首先就要讀懂數學，然而讀懂了數學不一定意味著明白了數學符號背后所代表的物理意義。“流體力學”教學實踐表明，學生從讀懂數學到理解流動問題的物理本質有一個過程。教師的一個重要任務就是做好各方面的工作，幫助學生完成從讀懂數學到理解流動的物理本質這一過程的轉變，進一步建立起科學的思維方式。
“流體力學”在分析介紹歐拉平衡微分方程、歐拉運動方程、連續方程、動量方程、伯努利方程等理論知識時都有大量的公式，這些公式涉及一些高數、物理、力學方面的知識，特別是大量的偏微分方程，加上“流體力學”的公式推導采用歐拉法，與物理及其他力學不同，學生的觀念不易改變，而且推導過程復雜，學生理解掌握很困難。如果過分強調“流體力學”知識的嚴密性和完整性，對每個公式的每個推導細節都逐一介紹，推導過程將會枯燥無味，學生只會被弄得糊里糊涂，興趣全無。而如果直接給出公式，讓學生死記硬背，只能讓學生不知其所以然，當然也就不能真正用所學知識來解決實際問題了。
根據多年的教學經驗，筆者認為：“流體力學”中公式的講解應將重點放在概念引入、理論模型建立的思想、基本原理和主要步驟以及公式的物理意義與應用限制上。首先對基本概念力爭講透，概念清楚了，公式的講解推演才有意義。然后重點使學生明確公式的物理意義及公式中各項參數的物理意義和幾何意義，只有真正理解了公式的物理意義，才能靈活使用公式解決實際工程問題。最后應強調公式的應用范圍及應用注意事項。由于流動的多樣性，“流體力學”中的很多方程都是在一定的條件下得到的，如伯努利方程就有多種形式（理想流體、實際流體、流體是否可壓等），在具體運用時，要根據具體情況選用正確的形式。
3.充分利用作業
學習的最終目的是讓學生能夠獨立自主地解決實際工程問題。如果基本原理掌握了，接下來就是如何用這個原理去解決實際問題。課后作業是檢查學生對所學知識理解、掌握程度的一種手段，同時也是培養學生分析、解決問題能力的一種方法。
首先應由學生獨立地完成一定量的課后練習題，這是“流體力學”學習過程的重要組成部分，解題過程實質就是利用“流體力學”的基本原理和基本方程分析和解決實際問題的一個訓練過程，課后習題可以幫助學生加深對基本概念和基本理論知識的理解。
然后再由教師通過習題課的方式，利用具有代表性的習題和一些學生普遍認為困難、出錯多的習題，講述流體力學原理在工程實例中的應用。在講解習題時，重在提供條理清晰的解題思路、詳細具體的解題步驟，使學生在此過程中掌握解決問題的正確方法和技巧，以便在以后的學習工作中舉一反三、觸類旁通、學以致用。這一過程增強了學生對流動過程物理本質的理解，將物理問題與數學工具有機地結合起來，有助于學生對與專業相關聯的實際工程問題進行認真思考，有效的增強了學生分析并解決實際問題的能力。
二、改革教學手段
多媒體教學以其形象、直觀、生動、具體、易于理解的教學特點，豐富的教學內容，被高等院校廣泛采用，并深受廣大師生的歡迎。[4]
多媒體教學在“流體力學”教學過程中發揮著重要的作用。利用多媒體，可將“流體力學”中那些難以用語言描述的流動圖像、抽象難懂的知識點，如拉格朗日和歐拉法的描述，流線與跡線、層流、湍流等，通過圖片、動畫和視頻資料直觀形象地展現給學生，使其從感性認識開始建立清晰的物理概念，較容易地掌握相關內容，并使學生的邏輯思維、綜合分析能力得以提升。另外一些需占用大量時間寫板書表述的和不易通過板書表述的內容也可利用多媒體制作Power Point課件。如莫迪圖、水頭線、各種流場和一些典型的例題習題等。采用多媒體教學，授課的信息量增多了，教學內容更豐富了，學生在有限的時間內接收的知識更多了，學生的學習興趣提高了，學生的思路拓寬了，教學質量也提高了。
多媒體教學的發展并不意味著要摒棄傳統的板書教學。有很多學生認為板書能讓他們有更多的時間去思考消化一些抽象的東西，更有利于對基礎知識的理解和掌握。根據“流體力學”既有抽象復雜的流動機理又有大量的基本概念、基本方程的特點，在教學過程中應將多媒體教學與板書教學相結合，揚長避短，發揮各自的優勢，為教學工作更好地服務。如對某些特定的流動現象，可以通過多媒體教學，加深學生對流動現象和機理的理解。而對于較重要的公式及一些重點難點內容還是采用板書教學，例如流體力學基本方程的推導過程依然使用傳統教學中的板書，有利于學生集中注意力，讓學生更清楚地看清步驟、方法和解題思路。這樣既可留給學生足夠的思考時間，又可加深學生對重要知識的理解，從而獲得良好的教學效果。
三、 結束語
總之，高等教育教學改革，特別是專業課程的教學改革，是一個長期而艱巨的實踐過程。“流體力學”是制冷與低溫工程專業的一門重要的專業基礎課，在教學中要根據學校的具體情況改革教學方法和教學手段，借助現代教育技術與手段，充分調動學生的學習興趣，結合生活、生產、科研中的實際問題，進行深入淺出、生動活潑的講解，揭示問題的本質，向學生傳授治學方法，擴大學生的知識面，培養學生獨立思考問題、分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新精神，以取得更好的教學效果。
參考文獻：
[1]王偉.土木專業工程流體力學課程教學研究[J].山西建筑,2008,34(21).
[2]吳光林.《流體力學》課程教學改革的思考[J].科技信息(科學教研),2008,(14):172-173.
第3篇：工程力學與流體力學范文
【關鍵詞】工程流體力學 石油教學 學習 改革
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）12-0231-02
近幾年隨著后備儲量持續增長，我國的石油工業以前所未有的速度向前發展，這就要求石油工程技術人員必須掌握扎實先進的專業知識。石油工程專業有其自身濃郁的行業特點，其目標是培養能在石油工程領域從事油氣鉆井工程、采油工程、油藏工程、油氣儲運等方面人才。在油氣勘探開發儲存運輸過程中，存在廣泛而復雜的流體流動現象，所以工程流體力學一直以來都是石油工程專業的核心基礎課。
一、上好“緒論”課
“緒論”是教材的開篇之言，通常對全書有一個概括性的介紹。包括內容的設置、該學科的發展簡史、與相關學科的聯系和今后的發展方向及動態。在教學過程中，充分備課，形象生動地上好緒論課，使教師在后繼的教學工作中事半而功倍。總結多年的實踐經驗，講好“緒論”可從以下幾個方面對教學產生積極的作用和影響：1.可激發學生的學習興趣和求知欲。知之者不如好之者，好之者不如樂知者，三個層次呈遞進狀態，樂學是最高層次的學習熱情，濃厚的興趣能推動學生獨立進行探索性的學習，而且在學習中主動克服困難，排除干擾；2.可促使學生在學習過程中將流體知識運用到專業課中，使知識融會貫通，有利于加深對專業知識的理解；3.可幫助學生了解學科的前沿動態，吸收最新知識，有利于學生對個人求學生涯的整體規劃，優化職業生涯。
二、定位教材，擴展內容
很多工科院校都開設了工程流體力學，針對不同的專業，流體力學的學習側重點肯定不一樣，那么對于石油工程專業而言，流體力學知識服務于鉆井、采油，偏重于工程運用，所以在講授過程中不必要求學生熟練掌握每一個公式的推導過程，只需了解就可以，更多講解與專業相關的實際運用，那么教材的選擇就很重要了。廣泛閱讀流體教材，選擇與專業最匹配的教材是首要任務。目前市面上有很多版本內容不同的教材，在定位教材后，難免教材在編排上不是盡善盡美，那么就要對選定教材的內容進行適當的擴展，可以加深加寬知識體系，更有利于激發學生的學習熱情。
三、講究課堂內教學方法和手段
自工作來，對于教學方法和手段進行了不斷的摸索完善，工程流體力學側重于應用流體力學的基本原理、理論與方法研究，解決工程實際問題。研究方法也遵循“實踐-理論-實踐”的基本規律。在實際教學過程中，發現學生最大的問題在于――不知道怎么學，不是學不會，而是沒有找到適合這門課的學習方法。所以需要教師講究課堂教學方法，采用合適的教學手段，讓學生不至于感到知識晦澀難懂，繼而失去學習興趣。例如：每次上課前提問回答上次課的學習重點內容，集中學生的注意力，在此同時給了學生收拾情緒的時間，以利于新課的講授；在上課過程中對于有散發性的問題，可以采用提問的方式調動學生主動思考，并給予一定的獎勵；如果章節內容相對簡單易懂，可以促使學生自己上臺講授，一方面激發學生自主學通學透，另一方面建立學生強大的自信心。
四、積極收集反饋信息
一方面在課間與學生主動溝通，了解學生的思想動態，拉近與學生的距離，才能最廣化地獲得反饋信息，師生關系。另一方面及時布置練習，既要起到鞏固的作用，又要充分發現學生的學習難點，然后有的放矢的解決難題。要想獲得預期的效果，教師在布置作業前必須精心研究習題內容，布置有代表性的習題，既不重復也不遺漏，然后盡快批改作業，在知識遺忘的截止時間前糾正錯誤，使學生形成正確的知識結構。
五、善用多媒體工具
隨著科技越來越發達，原本的板書形式慢慢遠離學生的視線，取而代之的是多媒體教學，在充分享受信息化的同時，要考慮學生的接受能力與接受程度。目前學生普遍反映多媒體教學雖然信息量大，但對于較大的信息量，學生難以全部接受，更容易形成抵觸心理。在充分征求學生的意見后，得到的結論是：善用多媒體工具――用于展示圖片、動畫和教學影像。
將板書與多媒體合理地結合在一起，板書用于基礎知識的學習，多媒體展示流體復雜的流動狀態與工程實際運用，便于學生的理解接受，最大化地保持學生的學習熱情。
六、重視實驗課
目前，學生中普遍存在重理論輕實踐的心理，做實驗敷衍了事，寫實驗報告只用粘貼復制就可以了，無論數據合理與否，應付交差就完事了，數據不正常也不思考，實屬本末倒置。流體力學是一門以實驗為基礎的力學分支，實驗探究不僅是教學的內容，更是培養學生科學素養的手段。加強實驗教學有利于激發學生學習興趣、有利于培養學生動手能力、有利于概念的構建、有利于模型的建立、有利于定律的導出、有利于結論的檢驗、有利于創新能力的培養。特別是流體力學中很多經驗公式，都是大量做實驗總結出來的，所以實驗是理論的源泉。現在實驗課均是實驗教師演示給學生看，然后學生參照實驗指導書依葫蘆畫瓢做一遍，遇到問題依賴于教師，不主動思考，完全失去了做實驗的意義。
七、結論
工程流體力學是一門專業基礎課，對專業知識的學習有著至關重要的意義，對工程流體力學的教學思考是永無止境的，作為一線教師，要在工作中不斷摸索實踐，積累豐富的教學經驗，在教學中實踐改革，提高教學質量，使學習工程流體力學的過程充滿樂趣與動力。
參考文獻：
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第4篇：工程力學與流體力學范文
關鍵詞：工程流體力學；環境類；教學難點；教學方法；銜接技巧
作者簡介：齊旭東（1981-），男，河北唐山人，河北工業大學能源與環境工程學院，講師。（天津 300401）
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0130-02
一、環境類工程流體力學的學科特色分析
環境類專業涉及流體力學的內容廣泛，而且與機械、熱能動力、水利等傳統學科對流體力學的要求有明顯不同。[1-3]河北工業大學（以下簡稱“我校”）環境工程專業采用聞德蓀先生編著的《工程流體力學》教材，由高等教育出版社出版，分上下兩冊，上冊為《理論流體力學基礎》，下冊為《應用流體力學》。該教材與其它傳統學科所采用的流體力學教材相比區別較大：由于人類生活和生產主要局限在生物圈，生物圈中水和氣是無處不在的，環境類專業主要圍繞水和氣，因此，上冊《理論流體力學基礎》的覆蓋面極大，包括靜力學、運動學、動力學、恒定平面勢流、流動相似原理、流動阻力和能力損失等模塊；下冊《應用流體力學》包括孔口和管嘴出流、有壓管流、明渠流、堰流、滲流等模塊。下冊以水為主，旁及氣體，實際上是水力學基礎。但是，與傳統水力學又有著明顯的不同，這一不同并不是教材主要內容的差異，而是學科體系的構建不同。傳統水力學在學科構建上有著鮮明的學科特色，而環境類專業所學習的《應用流體力學》（教材下冊）是采用更加簡單的方式初步介紹水力學。換言之，是上冊《理論流體力學》的動力學在幾種特殊邊界流場中的具體應用，這些特殊流場的研究對于設計和計算環境類的反應器、構筑物的形式和尺寸，以及流體輸配具有重要意義。
工程流體力學與三大力學（理論力學、材料力學、結構力學）相比，其主要概念和原理幾乎沒有相似之處，[4-6]與大學物理學相比也無相似之處。[7]換言之，在工程流體力學中涉及的概念和原理對本科生來說幾乎是全新的。工程流體力學建立在連續介質假設基礎上，是通過牛頓經典力學和高等數學知識對流體靜止和運動規律進行研究，通過歐拉法或拉格朗日法對流動現象建立數學模型，從而用微積分等高等數學方法解決流體流動問題。該學科的基本概念和原理在三大力學或大學物理學中幾乎是從未提及過的。
可見，工程流體力學的學科特點鮮明，是環境類專業的重要骨干課程。筆者從事工程流體力學教學7年有余，并主動向老教師或其他同行學習探討，發現除了要把握好該課程的學科特點外，對教學難點也要廣泛篩選、收集和研究，并結合教學方法進行探討論證，[8-12]具體分析見表1及下文。
表1 若干教學難點與教材章節對應一覽表
序號 教學難點 教材章節[1]
1 連續介質假設 第一章緒論
2 隔離體受力分析 第一章緒論
3 流體相對平衡 第二章流體靜力學
4 流體靜力學基本方程、阿基米德原理 第二章流體靜力學
5 拉格朗日法、歐拉法 第三章流體運動學
6 亥姆霍茲速度分解定理 第三章流體運動學
7 理想流體動力學、實際流體動力學 第四章理想流體動力學和平面勢流、第五章實際流體動力學基礎
8 牛頓一般相似原理、單項力相似準則 第六章量綱分析和相似原理
9 普朗特混和長度理論 第七章流動阻力和能量損失
10 孔口、管嘴出流和有壓管流 第九章有壓管流和孔口、管嘴出流
11 堰流 第十章明渠流和閘孔出流及堰流
12 滲流 第十一章滲流
二、環境類工程流體力學的教學難點與教學方法銜接技巧分析
連續介質假設（序號1）是工程流體力學的基礎，其重要性不言而喻，但是作為一門新課程的開始，學生往往很難接受這樣的模型假設。因此，宜采用討論法處理該問題，討論法的難點是避免討論課的無計劃性。質點的概念對于研究流體運動是至關重要的，但是有大半學生掌握不到要領。具體體現在，把流體質點的概念與物理學剛體質點的概念混淆，覺得二者完全一致，沒有特殊涵義。面對這一問題，與學生針對兩個“質點”概念進行詳細的機理分析是很必要的。連續介質假設的核心理念是流體質點概念的提出，流體質點是這樣定義的：流體質點是指尺度大小同一切流動空間（流場）相比微不足道又含有大量分子，具有一定質量的流體微元；物理學中的剛體如果只發生平移運動的話，該剛體可簡化成質點處理，即用一個質點代替剛體，使物理運算變得很方便。因此，這兩個“質點”概念有著不同的涵義，流體的主要特點之一就是易流動性，流場的形狀受制于邊界條件，流場在流動過程中，邊界形狀不斷變化，所以，流場形狀也在不斷變化，因此，流體質點不能替代流場，而是由大量的流體質點組成連續介質，填充整個流場。
工程流體力學本質上講是力學問題，需要在解題前進行受力分析（序號2）。在中學物理學中，受力分析貫穿始終，為中學生所熟知。所以，該部分的學習推薦采用自學指導法和對比分析法，這樣可以充分調動學生的學習積極性。由于流場形狀受制于邊壁，流體的受力分析規律性不明顯，這與中學物理學的剛體受力分析區別較大。流體受力分析，均可從兩個方面進行，即質量力和表面力。質量力包括重力和慣性力，屬于遠程力，作用在整個流場的所有質點上，其中，慣性力的存在與否取決于坐標系的選擇。如果選擇慣性坐標系，則慣性力肯定不存在；如果選擇非慣性坐標系，則慣性力肯定存在。表面力包括切應力和壓應力，概念的內涵與剛體的表面力相似，切應力和壓應力之間的區別在于作用力方向的不同。
很多學生不了解學習流體相對平衡（序號3）的意義何在，根據該知識的特點，可采用探究發現法處理該部分內容。流體相對平衡的意義，在于將特殊的運動問題轉化成相對靜止的問題，從而使計算得到簡化。當整個流場與固體邊壁無相對運動時，選擇非慣性坐標系，根據達朗貝爾原理引入慣性力，可用相對平衡條件來處理該問題，即對隔離體采用受力平衡條件，可使計算過程大大簡化。
中學物理學所熟悉的流體靜力學基本方程（）和阿基米德原理（F浮=ρgV排），二者如何從流體靜力學的角度來重新定義（序號4），也是這一章的難點。該難點的講解宜采用啟發性談話法，該方法一定要注意談話內容的設計合理性，以期對整個談話過程有的放矢。流體靜力學基本方程的限定條件是質量力僅有重力，也就是說，坐標系為慣性坐標系。如果將其推廣到非慣性坐標系，則計算方法應為歐拉平衡微分方程的積分式，歐拉平衡微分方程是建立在牛頓第二定律基礎上的。該部分需要學生將流體靜力學基本方程與歐拉平衡微分方程積分式進行對照。阿基米德原理是計算浮力的基本原理為中學生所熟知，在中學物理中往往解釋成由實驗研究獲得，實際上在大學工程流體力學中可以解釋成曲面所受靜壓力的合效應使其意義更廣泛。
流動現象如何用數學語言描述，這是流體力學建立的基礎，該難點的處理宜采用講授法。描述流體運動的方法有兩種，即拉格朗日法和歐拉法（序號5）。拉格朗日法是從流場中選擇關鍵性流體質點組成流體質點系，跟蹤每一個流體質點，研究其運動規律，進而總結出質點系運動規律，從而推演出整個流場運動規律，該方法概念清晰，但是分析和計算過程復雜。歐拉法是從流場中選擇有代表性的空間點，分析這些空間點的運動規律，從而總結出整個流場運動規律。在計算流體力學中，常常采用拉格朗日法，在工程流體力學中常常采用歐拉法。
流體微元運動的基本形式包括平移、轉動、角變形、線變形等。在流體微元內部，如果已知其中一點的運動要素，在微元內其他空間點的運動要素可以用已知點的運動要素表達出來，該定理稱為亥姆霍茲速度分解定理（序號6）。很多學生對該定理存在疑問：微元內部這兩個空間點之間怎么會存在聯系？該問題適合采用探究發現法進行介紹，教師可首先將其轉化成高等數學的模型，提示學生用微積分的方法來處理，具體而言，二者之間的聯系是通過高等數學中的泰勒公式建立的。
理想流體動力學和實際流體動力學（序號7）在工程流體力學中是可以合并講授的，采用系統講授法更合適，這樣更有利于知識的完整性。流體動力學主要涉及三大方程的后兩個，即能量方程和動量方程。首先介紹理想流體運動微分方程和實際流體運動微分方程，前者也稱為歐拉運動微分方程，后者也稱為N-S方程，這兩個重要方程均由牛頓第二定律推導獲得，二者可作為計算流體力學基礎，由此也可推導出能量方程。另一點需要注意，能量方程有兩種形式，理想流體能量方程和實際流體能量方程，前者可以統一到后者中去，由于實際流體存在粘滯力，可產生能量損失，即單位重量流體從計算斷面1-1運動到計算斷面2-2時的平均能量損失；如果是理想流體，則粘滯力不存在，產生的能量損失為0。
量綱分析和相似原理主要涉及到（動力）相似準則里的牛頓一般相似原理和單項力相似準則之間的辯證關系（序號8）。該部分知識瑣碎，宜采用講授法。兩個流動，即原型和模型流動，如果要實現流動相似，幾何相似和初始條件、邊界條件相似是基礎，動力相似是保證，運動相似是目標。如果要實現動力相似，需要對應空間點處各個同名力方向相同，大小成固定比例，這稱為牛頓一般相似原理。但如果在幾何相似和牛頓一般相似原理都成立的前提下，原型和模型的幾何形狀和大小完全一致，失去了模型實驗可縮小原型幾何尺寸的意義。正是基于此，所以提出單項力相似準則，在流動中起主導作用的力往往只有一種，這是流動現象的特點，所以如果在原型和模型中，起主導作用的力相似的話，可認為二者的動力相似已實現。
普朗特混和長度理論（序號9）是學生學習的難點，大多數學生感覺該部分不知所云。比如說，該半經驗理論的意義是什么，問題從何而來？該部分宜采用討論法。流體處于湍流狀態時，運動參數可以分為時均流速和脈動流速，時均流速產生時均切應力，脈動流速產生附加切應力，時均切應力的計算采用牛頓內摩擦定律，附加切應力計算采用脈動流速計算，即，其中脈動流速ux’和uy’計算困難，需要通過普朗特混和長度理論進行計算，該理論通過將湍流脈動與理想氣體自由程理論進行類比，提出自由程概念，從而將脈動速度與時均速度建立聯系，實現了附加切應力的計算可行性。
孔口、管嘴出流和有壓管流（序號10）是研究水力設備和輸配水管網的基礎，這一部分的模型主要涉及孔口、管嘴、短管、長管、管網，對這些模型的深入研究需要采用上冊流體動力學的連續性方程和能量方程，在深入分析流動規律后，可得最一般的規律性，即流量和斷面平均流速的計算公式。這部分可以看成針對幾種特殊邊界應用動力學方程來求解計算題，所以在介紹了孔口或短管以后，其他形式的邊界流動由學生通過練習法和討論法來自學，最后由教師進行總結。
在緩流中，為控制水位和流量而設置的頂部溢流的障壁稱為堰，緩流經堰頂溢流的局部水流現象稱為堰流（序號11）。在環境類專業中，堰是常用的溢流集水設備和量水設備，在一確定的堰流中，流量與其它特征量的關系明確。薄壁堰可在環境類構筑物中作為出水設施，如二次沉淀池出水等。該部分內容生疏，宜采用演示法和講授法。
滲流（序號12）是指流體在孔隙介質中流動，該流動狀態在地下水中廣泛存在，對地下取水井的設計往往要采用該模型的相關理論。該部分多在研究生階段深入學習。
三、結語
工程流體力學在環境類專業中的現實意義和理論意義重大，在注冊環保工程師基礎考試中份額可觀。該課程學習難點頗多，對于本科生來說學習的壓力較大，需要教師在知識點梳理、難點篩選、師生溝通、教學方法總結等方面多做工作，筆者通過對環境類專業工程流體力學教學的自身體會完成此文，希望對教學一線的教師有所幫助。
參考文獻：
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第5篇：工程力學與流體力學范文
1 實驗實踐教學中的相關問題
從國內相關院校以及上海海洋大學工程學院工程基礎實驗、實踐教材建設情況看，目前理論與實際相聯系的內容詳實、規范實用的實驗、實踐教學系列教材十分缺乏[5]。上海海洋大學經過幾年的實踐教學探索，雖然取得一些成績，但也存在需要改進與完善的問題：首先，在實驗、實踐教材建設上沒有系列化，正式出版的實踐教材很少；其次，實驗實踐教學內容缺少深度和層次性，缺乏相關課程群組的關聯與集成，較常采用傳習性、因襲性的教育方法，缺乏對學生探究問題的鼓勵；再次，實驗實踐教學考核模式單一，缺乏考核的層次性和多樣性，采用所有學生按部就班地做一樣的案例的方式較多，不利于學生綜合能力和創新意識的培養[6]。
為了解決上述問題，實現上述目標，就要更好地發揮高校本科實驗實踐教學的作用。工程力學基礎尤其是工程流體力學是海洋類大學的重要基礎課程，本文以工程力學基礎課程（工程流體力學）為主要研究對象，通過對本課程大綱、環節模塊以及相關課程群的梳理，調研分析現行課程實驗實踐內容、條件以及不足之處，利用模塊化層次化的架構，探索實驗實踐中的管理與運行機制。鑒于上海市教委對大學生創新的鼓勵與項目的加大投入，本文提出對基于大學生創新能力培養的實驗實踐教學優化管理方案的研究，通過本科生創新思路、想法以及項目的綜合分析利用，推動實驗實踐教學體系的優化進程。針對實驗實踐環節條件與教材完善，學生創新思想引導理論教學與實驗實踐內容深化，以及實驗實踐教學多方式靈活考核方法等方面展開探索，對現行工程力學基礎課程實驗實踐教學的優化管理進行研究。
2 基于創新能力培養的教學優化管理方法
針對上述問題，基于大學生創新能力培養，推進工程力學基礎課程實驗實踐教學的優化管理模式，優化工程綜合類本科實驗實踐教學質量的關鍵領域和薄弱環節，優化本科實驗實踐教學的管理模塊與層次，更好地為學校教學綜合管理提升以及本科學生能力培養和素質提高提供服務和參考。
方法實施的主要流程包括：
1）以工程流體力學專業基礎課程為對象，分析現有教學大綱，理清各個環節模塊關系，研究構建學校、學院其他與之相關的課程群模型，完成與工程流體力學課程內容匹配與互補的體系架構；
2）總結現有實驗實踐課程開設情況與條件，分析與現有課程群組的關聯關系，總結尚缺的環節條件；
3）調研分析現有大學生創新項目，結合工程流體力學理論課程與實驗實踐課程，完善更新實驗實踐教學系列教材；
4）以現有大學生創新思想需求及項目為基礎，深化擴充現有實驗實踐教學案例、內容、環節及模塊；
5）按照模塊化訓練模式，主要包括基礎訓練模塊、專業訓練模塊以及綜合訓練模塊來進行。
3 實施效果及分析
以上海海洋大學大三下學期本科學生為對象，針對開設的工程流體力學理論課程與實驗課程、物流系統建模與仿真實踐課程，采用上述方法，具體步驟如下。
1）整理大學生創新思想及項目，融入實驗實踐課程內容中，推進完善教學內容。
2）基于層次化、模塊化的遞階式研究方法，分析并構建工程力學基礎課程本科實驗實踐教學的優化管理機制與體系。
3）結合理論教學條件內容，在基礎訓練模塊中，所涉及的實驗實踐內容主要是操作性實驗，此類實驗著重培養學生對應用及專業基本知識的理解和掌握，培養學生嚴肅認真的態度并為后續課程的學習提供基礎知識。
4）在專業訓練模塊所涉及的實驗實踐內容主要是分析設計性實驗，此類實驗著重訓練學生運用所學知識和獲得的基本的實驗技能，綜合多課程群組的綜合知識，在教師指導下對專業知識的全面理解和掌握，培養學生綜合運用知識的能力以及創新思維設想。
5）在綜合訓練模塊中所涉及的實驗實踐內容主要是綜合性實驗，結合現有和預想的創新思路項目，此類實驗著重把理論知識和實際運用結合起來，接近實際工作，并深化學生在前兩個模塊中掌握的實驗方法和操作技能，培養學生的綜合分析能力和創新能力。
6）利用實驗與問卷調查結合的方法，驗證所獲得的研究成果的有效性和實用性。
方法通過兩屆學生課堂實施進行驗證，實施過程中的課堂效果與學生表現良好，課堂質量以及互動明顯提升。分別對兩屆4個班的48名學生進行抽樣問卷調查，通過結果分析顯示：42名學生喜歡基于大學生創新能力培養的實驗實踐課程改革模式，3名學生選擇一般，3名學生選擇不喜歡而更習慣于傳統教學方式；43名學生認為該方法值得推廣到其他相應課程，4名選擇一般，1名選擇不值得推薦；對于存在的問題，學生反映較多的是除了大學生創新思想引導，還應加入更多的工程案例，因此融入合適的工程案例是繼續改進的內容；同時學生通過課程引導，思路源于課程實驗與實踐，新增獲5項大學生創新項目。
4 結束語
本科實驗實踐教學是培養大學生動手能力、創新能力以及解決分析處理實際問題能力過程中不可缺少的重要環節，而大學生創新精神和創新能力的培養與實驗實踐教學的管理機制是相輔相成、密不可分的。以工程流體力學實驗實踐課程為例，本文提出的基于大學生創新能力培養的方法在于改革優化現有的工程力學基礎實驗實踐教學管理體制和運行模式，突破實驗實踐教學傳統的不適應新形勢的管理理念，創造新的人才培養模式，多角度全方位為學生實驗實踐教學管理與質量的提升提供參考。基于大學生創新能力培養，促進本科實驗實踐教學質量及管理機制的有效運轉與提升，在全方位培養學生創新項目與能力的基礎上，更好地推動工程力學基礎課程本科實驗實踐教學的完善運轉，更好地為學校其他專業課程的實驗實踐教學管理給予借鑒與參考。
參考文獻
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第6篇：工程力學與流體力學范文
關鍵詞 工程力學 理論研究 發展現狀
中圖分類號：TB121 文獻標識碼：A
1緒論
工程力學是20世紀50年代末出現的。首先提出這一名稱并對這個學科做了開創性工作的是中國學者錢學森。
在20世紀50年代，出現了一些極端條件下的工程技術問題，所涉及的溫度高達幾千度到幾百萬度，壓力達幾萬到幾百萬大氣壓，應變率達百萬分之一～億分之一秒等。在這樣的條件下，介質和材料的性質很難用實驗方法來直接測定。為了減少耗時費錢的實驗工作，需要用微觀分析的方法闡明介質和材料的性質；在一些力學問題中，出現了特征尺度與微觀結構的特征尺度可比擬的情況，因而必須從微觀結構分析入手處理宏觀問題；出現一些遠離平衡態的力學問題，必須從微觀分析出發，以求了解耗散過程的高階項；由于對新材料的需求以及大批新型材料的出現，要求尋找一種從微觀理論出發合成具有特殊性能材料的“配方”或預見新型材料力學性能的計算方法。在這樣的背景條件下，促使了工程力學的建立。工程力學之所以出現，一方面是迫切要求能有一種有效地手段，預知介質和材料在極端條件下的性質及其隨狀態參量變化的規律；另一方面是近代科學的發展，特別是原子分子物理和統計力學的建立和發展，物質的微觀結構及其運動規律已經比較清楚，為從微觀狀態推算出宏觀特性提供了基礎和可能。
總的來說，工程力學具有現代工程與理論相結合的特點，有很大的知識面和靈活性，對國家現代化建設具有重大意義。
2工程力學的發展
2.1工程力學的特點
工程力學雖然還處在萌芽階段，很不成熟，而且繼承有關老學科的地方較多，但作為力學的一個新分支，確有一些獨具的特點。工程力學著重于分析問題的機理，并借助建立理論模型來解決具體問題。只有在進行機理分析而感到資料不夠時，才求助于新的實驗。
工程力學注重從微觀到宏觀，以往的技術科學和絕大多數的基礎科學，都是或從宏觀到宏觀，或從宏觀到微觀，或從微觀到微觀，而工程力學則建立在近代物理和近代化學成就之上，運用這些成就，建立起物質宏觀性質的微觀理論，這也是工程力學建立的主導思想和根本目的。
雖然工程力學引用了近代物理和近代化學的許多結果，但它并不完全是統計物理或者物理化學的一個分支，因為無論是近代物理還是近代化學，都不能完全解決工程技術里所提出的各種具體問題。工程力學所面臨的問題往往要比基礎學科里所提出的問題復雜得多，它不能單靠簡單的推演方法或者只借助于某一單一學科的成就，而必須盡可能結合實驗和運用多學科的成果。
2.2研究內容和方向
工程力學主要研究平衡現象，如氣體、液體、固體的狀態方程，各種熱力學平衡性質和化學平衡的研究等。對于這類問題，工程力學主要借助統計力學的方法。
工程力學的研究工作，目前主要集中三個方面：高溫氣體性質，研究氣體在高溫下的熱力學平衡性質（包括狀態方程）、輸運性質、輻射性質以及與各種動力學過程有關的弛豫現象；稠密流體性質，主要研究高壓氣體和各種液體的熱力學平衡性質（包括狀態方程）、輸運性質以及相變行為等；固體材料性質，利用微觀理論研究材料的彈性、塑性、強度以及本構關系等。
工程力學研究方向主要有：非線性力學與工程、工程穩定性分析及控制技術、應力與變形測量理論和破壞檢測技術、數值分析方法與工程應用、工程材料物理力學性質、工程動力學與爆破。
3工程力學的應用
3.1材料力學
材料力學在生活中的應用十分廣泛。大到機械中的各種機器，建筑中的各個結構，小到生活中的塑料食品包裝，很小的日用品。各種物件都要符合它的強度、剛度、穩定性要求才能夠安全、正常工作，所以材料力學就顯得尤為重要。
生活中機械常用的連接件，如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形，在設計時應主要考慮其剪切應力。汽車的傳動軸、轉向軸、水輪機的主軸等發生的變形屬于扭轉變形。火車軸、起重機大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件在設計時必須同時考慮幾個方面的變形，如車床主軸工作時同時發生扭轉、彎曲及壓縮三種基本變形；鉆床立柱同時發生拉伸與彎曲兩種變形。
利用材料力學中卸載與在加載規律得出冷作硬化現象，工程中常利用其原理以提高材料的承載能力，例如建筑用的鋼筋與起重的鏈條，但冷作硬化使材料變硬、變脆，是加工發生困難，且易產生裂紋，這時應采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應。
3.2固體力學
自然界中存在著大至天體，小至粒子的固態物體和各種固體力學問題。人所共知的山崩地裂、滄海桑田都與固體力學有關。現代工程中，無論是飛行器、船舶、坦克，還是房屋、橋梁、水壩、原子反應堆以及日用家具，其結構設計都應用了固體力學的原理。
固體力學研究的內容既有彈性問題，又有塑性問題；既有線性問題，又有非線性問題。在固體力學的早期研究中，一般多假設物體是均勻連續介質，但近年來發展起來的復合材料力學和斷裂力學擴大了研究范圍，它們分別研究非均勻連續體和含有裂紋的非連續體。
第7篇：工程力學與流體力學范文
全國正在規劃建設的13處大型煤炭基地,其中西部地區占7個,西北地區占5個。目前西部地區礦業工程專業的畢業生需求量較大,從近3a采礦工程等專業畢業生就業率高達90%以上就能說明這一點。所以必須針對西部地區經濟特點等實際情況,提高西部礦業工程大學生的綜合素質、科研及創新能力等綜合素質。在這種意義上稱之為“基于西部情結的綜合素質”,也就是說西部的人才培養體系主要依靠西部人來支撐與建設。
1特色及優勢分析
根據調研資料分析[4~6],結合我校西部礦業這一特色與優勢學科的實際情況,對國內外目前礦業工程力學課程體系與實驗示范(基地)構建的模式及特色進行全面分析,其主要包括以下幾大優勢。
1)國際優勢及特色。在國外,采礦專業,目前只有美國的西弗吉尼亞大學、哥倫比亞大學、賓尼法尼亞州立大學、印度礦業學院、英國諾丁漢大學、澳大利亞的新南威爾士大學等還保留有采礦專業,波蘭的礦業領域人才培養也已經萎縮。在國內,只有我校擁有西部惟一的礦業工程一級學科,而中國礦業大學、太原理工大學、山東科技大學、重慶大學雖然還開設有礦業類基礎工程專業的課程,但畢業生所服務的地區很少涉及西部礦區。
2)項目構建優勢。2000年山東科技大學獲得的教育部教改項目“礦業類專業課程體系整體優化與實踐”屬于“世行”貸款21世紀初高等教育教學改革項目,并于2002-12-17在西安交通大學由教育部召開的高等理工科教育教學改革交流會上進行了經驗交流交流,獲得好評與認可。但是針對力學實驗教學與示范建設,涉及西部礦山工程力學實驗教學改革卻是鳳毛麟角。
3)地域優勢。若僅從工程力學的角度進行教改項目申請,在西安乃至全國,我校均不占優勢,如果站在西部礦業工程人才培養的角度來進行礦山工程力學實驗教學與示范構建,我校有獨特的優勢。西部地區經濟相對東部地區落后,這是不爭的事實。西部的教育更需要加強,貧困地區必須立足自己的實際,培養自己的高素質精英人才。作為西部地區的高等教育,尤其是工程基礎類專業的教育,對西部經濟發展有重要奠基性作用,其教育內涵必須拓寬與拓深。隨著國家對西部大開發的力度逐漸加大加強,西部礦山能源的戰略地位已經凸顯,采礦類優秀能源科技人才的培養、質量提高、需求模式等問題更是亟待研究的重大問題之一。
4)學科特色優勢。我校在礦業工程領域雖然已形成特色和優勢,但還需借鑒國內外著名大學相關課程設置與教學改革的成就和做法,結合我校礦業工程類專業課程與教學體系的建設以及畢業生綜合素質拓展進行綜合建設,以教學研究型大學的定位,爭取建成西部礦山工程力學教學與示范基地或平臺,為鞏固我校西部礦業特色以及夯實內涵奠定基礎。從傳統的基礎力學與礦業工程專業的課程設置方面分析,采礦工程專業學生的數學、力學知識學習較多,但有關礦山工程力學(包括巖石力學、巖層控制學、井巷工程、瓦斯動力學以及工程流體力學等)的教學與示范建設還比較薄弱,這一矛盾在近2a從采礦工程與安全工程專業的研究生招生與教育過程中也凸顯出來。
5)人才需求優勢。礦業工程學科中涉及到的采礦工程等專業屬于礦業工程類基礎性專業,畢業生在礦山主要從事礦山生產(安全開采與災害防治)技術管理與科學研究方面的工作,要求基礎知識扎實,綜合性強。從現場反饋的信息亦如此。在教學改革中拓寬專業后需要夯實工程力學(礦山巖石力學與巖層控制)知識及實際應用能力,尤其是工程現場所需要的工程力學監測方面的儀器儀表相關配套課程與知識體系。這樣畢業生到現場后能立即找到自己的定位,為后期發展奠定基礎。
2理論教學平臺內涵構建
2.1內涵構建目標與關鍵
隨著現代科學技術與生產組織模式對高等教育要求的不斷提高,人們更多地傾向采用項目(case)教學法來培養學生的實踐能力、社會能力以及其他關鍵能力。根據國家教育部門有關的方針和政策,結合我校的優勢學科和已經取得的一系列優秀教學科研成果情況,要實現西部礦業工程力學理論與工程實踐的滲透,完成教學內涵的拓展,“基礎厚、專業寬、能力強、素質高”的目標是理論教學平臺構建的關鍵。
1)基礎厚:系統學習理論力學、材料力學、彈性力學、結構力學等基礎理論與礦山工程力學(主要包括礦山巖體力學、巖層控制學、井巷工程、礦山工程流體力學等)實驗課程;
2)專業寬:在系統掌握礦山工程力學基礎與實驗(實踐)理論的前提下,拓展對實驗數據的深入分析與問題解決;
3)能力強:能對所遇到的工程問題形成正確判斷,提高研究與創新能力;
4)素質高:能綜合提出(或解決)現場工程問題的技術方案和具體運作程序,為決策者提供依據。
2.2關鍵教學手段
根據目前我校的教學軟硬件建設環境,該課程開設的前提條件是學生建立在已經參加過認識實習和已經建立現場工程感性認識的基礎上。教學方法主要采用4種:①理論教學;②實驗室觀摩與體驗(有條件的情況下,自己親自動手開展實驗);③進行野外巖(土)石的參觀與實踐;④采用論文(大作業)和考試相結合的方式進行考核。
要有效實現以上過程,概括地講,Case教學法是最有效的教學方法。該方法是由美國著名教育家、伊利諾易大學教授凱茲博士和加拿大教育家、阿爾伯特大學教授查理博士共同推創的一種以學生為本的教學法。該教學法在北美高校廣為使用,因效果良好頗受歡迎,是符合構建教學理論、促進學生全面發展的科學的教學方法。清華大學等著名高校的教學研究人員,在構建性教學理論的指導下,結合我國高校的教學改革,進行了深入研究,取得了重大進展。由于礦業工程力學專業及課程的特點和學生畢業后所從事工作環境的特殊性,在力學課程教學與實踐中采用Case教學法是非常有必要的。
2.3網絡輔助教學
為了更好地實現以上教學手段,需要利用校園網、數字化和視頻資料輔助進行Case教學,其中數字化格式主要為下列3種(正在進行修改素材):①MSWord文檔,主要是教案和本書的主要教學與授課的關鍵點;②MSPowerPoint文檔,主要授課講義;③AdobePDF文檔,為網絡教學提供圖片等素材。另外,為了及時更新教學內容,反映本課程或學科的當前狀況,摒棄教學內容陳舊等缺陷,采用(最新)科研成果進課堂和教學名師上講臺等模式,對豐富課程內涵和提高教學質量大有裨益。
3實驗示范教學平臺構建
創建一流大學離不開實驗室,建設教學研究型大學要有完善的本科教學體系的實驗室條件保障、研究生培養的實驗室條件保障[7,8]。為此,結合我校的礦業工程的西部特色,提出整合資源、組建礦山工程力學實驗示范教學的平臺。
3.1實驗教學平臺建設
1)構建以巖石力學性質伺服試驗系統(MTS)為中心的基礎實驗平臺。以巖石力學伺服試驗系統(MTS)為中心,對已建巖石力學實驗室進行改造,構建巖石(土)力學行為基礎實驗平臺,進行巖層控制和巖土工程領域的基礎教學與實驗研究。
2)建設以三維可加載相似模擬系統為中心的物理模擬實驗教學平臺。圍繞“大比例可加載三維實驗模型系統”“固-液-氣三相模擬實驗系統”“可變角塊體模擬架”,構建物理模擬實驗平臺,以提高試驗測試水平和精度為目標,使物理模擬向定量化和可重復性發展,進行巖層運移和圍巖災變控制理論教學和實驗技術教學與研究。
3)以三維相似模擬實驗平臺、固液氣三相模擬實驗臺和數值模擬實驗系統為中心,結合數值模擬試驗系統和邊坡穩定性物理實驗系統,建設礦區地表移動與環境災變預測實驗平臺,對西部特殊賦存條件下礦山開采引發的邊坡穩定基礎理論和控制技術、采動損害主導因素與控制機理的基礎理論和方法以及礦區地質環境承載能力的基礎理論和技術體系進行教學與研究。
第8篇：工程力學與流體力學范文
關鍵詞：巖石力學；采礦；問題；措施
中圖分類號： P58 文獻標識碼： A
在礦山的開采中對于巖石力學的應用是非常普遍的，其主要來源于大規模的工程實踐。由于采礦工程一般規模比較大、施工條件復雜，不管是地下還是露天的采礦工程，都是以具有地質構造的巖石為對象，這也就決定了巖石力學的問題將貫穿于整個采礦工程的實際。在采礦工程中的巖石力學，主要包括巖石的穩定性以及強度等，它是會隨著礦山中巖石內部的結構發生不同的變化。與此同時，因為采礦工程是一個動態的過程，所以在這其中巖石的力學性質會隨著礦山工程的進展發生變化，還有就是自然環境也對其有一定的影響。這就決定了在礦山工程中的巖石力學應用手段必須多樣化。
1、巖石力學研究的目的和內容
巖石力學研究的目的是對礦區內不同類型巖體的地質結構、巖石組成及其強度和應力的資料給以解釋，按巖石力學的要求對礦、巖體進行分類，以便根據其自然崩落性選擇合適的開拓方式和采礦方法，從而為制定采礦試驗計劃和編制采礦設計提出推薦意見。
巖石力學研究的主要內容有：斷層和破碎帶的位置、形態和相對運動；不同類型巖石及其夾層的抗壓、抗張、抗剪強度；微裂隙的類型及系統；區域殘余應力的大小、方向和變化；應力釋放的方法；在一段時間內巖石的應力集中及其移動的性態，坑內井巷工程不同支護方法的效果；使應力影響減少到最小的井巷工程的位置及方向等等。
2、背景研究
2.1、采礦工程的力學背景
采礦工程的力學背景，主要指的是在原有平衡關系的基礎之上建立起新的平衡結構，它具有一定的時代特色。現如今，采礦工程已經打破了以往的規劃設計理念和方法。主要表現在：對相關地表下經歷數億年形成的平衡結構的，建立起來一個新的穩定空間，更加的具有平衡性，很好的減少了巖石碎裂現象的發生。也就是說在具體的采礦工程的工作中一定要注意其開采的背景，注重工程的安全性問題，以此來極大地維持好新建的平衡空間的穩定性。
2.2、巖體力學的時代背景
巖體力學不是一門系統的學科，它屬于地質學與力學之間的一門邊緣學科，但是它卻可以幫助施工人員解決一些地質學和力學無法解決的實際問題，現如今我國對于巖石開采量逐年增大，所涉及的規模和復雜程度也不是同日而語，在智能化時代中處理這些規模巨大的巖石問題時必須要采用巖體力學的知識來加以幫助，我國的地質人員經過努力已經在這方面積累下了豐富的經驗，雖然說與國際先進水平相比還是有一定差距，但也不可否認我國在這方面所做出的進步，不足之處主要是在于我國在綜合實際應用過程中未能將已有的研究成果靈活成功應用到過程實踐中去。
3、巖石力學和其他學科在采礦中的結合應用
在采礦工程中對于巖石力學的應用并不是單一化的，而是同其他的一些應用性的基礎學科相結合應用的。巖石力學的理論基礎是相當廣泛的，也就涉及到很多的其他的基礎性應用學科。主要有：
3.1、固體力學
固體力學是一門在力學當中形成的比較早且其理論性比較強的分支，固體力學主要是對可變形固體在外界因素作用下對于它內部的質點所產生的各種規律的研究。而在具體的采礦工程中，固體力學的應用主要有材料力學、結構力學以及斷裂、損傷力學等等。
3.2、流體力學
流體力學主要是對于流體本身的靜止以及運動狀態，以及其在運動時的相互作用規律的研究。在這其中對于流體研究最多的就是水和空氣。比如說在采礦工程中的地下采礦工程中，主要研究的對象就是地下的水以及瓦斯等礦井氣體。而在露天的采礦工程中，主要研究的對象就是當地開采的地質以及相應的自然條件。
3.3、爆炸力學
爆炸力學是研究工作中爆炸的發生情況以及其自身規律，并且做出對爆炸力學效應的合理利用和有效的防護。它主要是從力學的角度來研究爆炸的能量以及急劇轉化的過程中產生的各種效應。與此同時，爆炸力學還是流體力學、固體力學以及物理、化學之間的一門交叉學科。
3.4、計算力學
計算力學是綜合力學、計算數學和計算機科學的知識，以計算機為工具研究解決力學問題的理論、方法，以及編制軟件的學科。從20世紀50年代以來，它在力學的各分支學科和邊緣學科中得到了很大的發展，無論是在科學研究還是工程技術中均得到了廣泛應用。常見的計算力學方法并已廣泛用到數值模擬計算中的有:幾何非線性有限元法、熱傳導和熱應力有限元法、材料非線性有限元法、離散元法、無網格法、有限差分法、非連續變形分析等。以計算力學為基礎的數值模擬方法在采礦工程中的研究應用也正廣泛地開展起來。
4、力學問題與采礦工程的關系
4.1、鉆井工作
在具體的采礦工程中，對于鉆井的選型，要進行前期的細致檢查以及過程中的保養。對于在工程中發生的特殊事故，比如在工程中當采油出現意外、瓦斯發生滲漏的時候等等，就必須應用到力學問題分析對地層致裂和滲流的工作問題。
4.2、礦場環境監測
在具體的采礦工程中，要對采場的地壓進行監測，當出現異常情況的時候，及時預警，同時要考查礦石滾動的規律，一次預防意外事故的發生。對采礦區的路段也要進行嚴密監測，對露天陡坡進行監測，確保其穩定性。
4.3、爆破工作
對于采礦工程中的爆炸問題要特別的關注，努力做好巖爆機制的預防，關注硬巖的非爆炸破碎方法，研究礦巖的粉碎力學和巖石的爆破力學問題。以此保證爆破工作的順利、安全開展。
4.4、崩落采礦工作
對于崩落采礦工作，要做到：了解巖石的力學性質、巖性、地質因素等工程以及開挖、回采地壓等生產因素，注重它們的關聯性。巖石力學對崩落采礦具有關鍵的指導性作用，其主要的應用范圍有：應用巖體自身特征，結合地應力對工程進行控制，達到實現崩落采礦的目的。在采礦工程中使用崩落采礦法的決策時，運用力學充分掌握巖體的斷層特點，深入研究巖體的可崩性，才能夠將比較適合的崩落采礦方案制定出來。
5、巖石力學在采礦工程中應用現狀
5.1、對深部開采所帶來的災害預測
要知道對于礦山的深部開采是一件具有一定危險系數的工作，可能會遇見礦震、巖石爆炸等危險，并且這類事故是常有發生的，目前已經有很多國家有過類似的經歷，但是目前對于巖爆的預防以及防止工作卻沒有引起相應的重視，施工隊伍對礦山的開采已經越來越深入，所面臨的危險也自然越來越大，因此對于這方面必須加以重視，應用巖石力學的相關知識對工程地質進行調查，應力測量以及一些巖石力學實驗，通過對能量的聚集和變化的研究去探討巖爆的發生原理，從而對巖爆進行一定的防治工作。
5.2、礦山地應力場測量
地應力是存在于地質底層中的天然力量，它是引起在巖石開挖過程中原巖應力發生變化的力量，對其進行研究是對于開采方案進行研究的首要前提，對于采礦工程來說，實現必須要了解掌握具體工程中的地應力狀況，這樣才能對礦山進行合理的總體布置并且選取適當的采礦方法，長期以來，我們所生存的地球已經經歷了無數次的構造運動，逐步演變出地球地應力復雜性，要想安全的進行采礦工程，就必須對其進行實地應力測量。
5.3、大型露天礦邊坡設計優化
現在我國已經有很多露天礦山開采轉為了深凹開采，隨著開采難度的越來越大，對于安全性以及穩定性的維護就越來越難，邊坡滑移的破壞事故發生日益頻繁，這些都嚴重的威脅到了礦山開采工作的安全性，但是，減少邊坡角滑坡事故與增加成本之間卻出現了矛盾，對于這種情況，我們就需要經過精確的定量而不只是定性計算并充分考慮巖體條件和地應力的作用，在能夠保證安全的前提條件下，盡量的節省成本，保證工程效益。
6、巖石力學在采礦工程中的發展趨勢
巖石力學在采礦工程的發展趨勢之一就是多學科的相互交叉綜合集成。在采礦工程中，很多不確定的因素都會導致工程的安全性下降。所以在以后的工作中綜合地質、力學試驗以及物理、化學分析等學科知識將是解決該問題的最好途徑。其二是多尺度的綜合集成，現階段，隨著礦井開采深度的日益加大，采礦工程中的巖石力學問題出現了熱、流、固、化多場并存的狀況。所以對于多相運動的研究還有待深入，在以后的工作中將會更加的關注多尺度的綜合集成問題。
總而言之，采礦工程是一個十分復雜的系統工程，涉及許多不同的專業領域。而運用力學知識完善采礦工程是現如今采礦業的一大要務，但是力學在促進采礦業發展的同時，依舊存在許多不足。這就要求相關的采礦工作人員應該緊密結合采礦工程實踐與采礦工程力學關系理論研究，通過完善我國的采礦技術，提高我國的采礦率，以此來有效地降低采礦成本。
參考文獻
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第9篇：工程力學與流體力學范文
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