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力学专业如何培养创新活力(图)
力学专业如何培养创新活力(图)力学专业如何培养创新活力(图)
在化学家眼里，世界万物是由可数的元素组成的，通过制定元素周期表研究各种元素的性质，按照一定的结构和比例使得各种元素通过化学反应形成琳琅满目的化合物，致使我们的世界如此炫彩缤纷。令人兴奋的是，化学家还可以依据不同元素的性质去设计一种新的物质，制造出自然界没有的新物质。感觉化学家就像上帝一样，可以“随意”创造“世界”。我们经常强调创新精神，化学家似乎不需要担忧如何创新，只要有胆量去尝试，时间运动了就有可能产生新的研究成果。
有没有一种可能，其它学科根据自身学科的特点，规划出各自学科的“基本元素”，有可能这种“基本元素”不如化学元素可以规律排列，但根据学科特点，对“基本元素”按照其性质进行进行合理的归纳、总结，组成具有学科特色的“基本元素”表。然后，本学科的创新就可以类比于化学家。当然创新不能是为了创新而创新，而要以满足既定的工程目标为前提，首先要规划所需解决问题的目标，然后确定完成既定目标所需要的要素，根据学科“基本要素”的性质和功能选取可达到预定目标的“基本要素”，最终达到所需解决问题的目标。
在力学学科中，“基本概念”、“基本定理”可看作是力学的“基本元素”，“力学模型”就是力学研究中的“化合物”。力学工作者希望有所创新，必须对概念、定理有深刻的理解和认识，从而达到灵活运用以构建新的“力学模型”解决实际工程问题。我国着名力学家周培源教授说：“力学是关于物质宏观运动规律的科学。”将这句话分解一下，力学首先要确定所研究的物质，在力学上称为研究对象；然后力学关注物质宏观运动，即物质在一定条件下的外在表现；最后要研究物质运动的一般规律，也就是说在一定的内因和外因作用下研究对象响应规律。为此，力学的基本元素可划分为四个方面，即研究对象，外因、内因，以及响应，如下表所列。在力学里讨论上述四部分，研究对象是前提，如果不能清晰的划分出研究对象，内、外因就无从说起，如果不明确研究对象，响应也说不清楚。按照这一规律，粗略的划分一下力学的基本元素如下表所示。
在力学应用上，就是要通过上述“基本元素”，构建特定的力学模型。举例而言，结构模型是力学研究中的重要内容，约束又在结构中具有十分重要的地位。在结构某一位置施加约束，在力学上就是要回答该位置处三个线位移（沿x,y,z轴方向的位移）和三个角位移（绕x,y,z轴三个方向的转动）的限制情况。为了简化说明，我们取如下图所示平面内的梁结构为例，工程上的简支梁一般可直接搭在基座上的，这是最简单的梁模型；但如果A端是焊接，直观感觉应该是改成固定端约束，但也不正确。因为焊接并不能完全约束，这里需要对“约束”的概念进行深入的解读，实际上，约束可以是完全约束，还可能不那么完全。
A端的约束在平面内可划分为对三个方向的位移限制，沿x,y方向的2个线位移限制和绕z轴的1个角位移限制，分别记为ux,uy,w，如果它们等于0就是完全约束，不是就不能称为完全约束。对于焊接可能会产生少许的转动，即w不一定等于0。因此应该加一个扭转弹簧限制转动约束，扭转弹簧的刚度描述转动的大小；再进一步，沿x,y方向的线位移约束也可以换成弹簧，模拟线位移不是0的情况。这样，我们就在自由和固支约束之间建立过渡约束，也就形成多种梁结构模型，以适应不同的分析需求。可见，在这个过程中，如果不理解约束的概念，只死记硬背书上的约束种类就无法满足这样的要求。
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有没有一种可能，其它学科根据自身学科的特点，规划出各自学科的“基本元素”，有可能这种“基本元素”不如化学元素可以规律排列，但根据学科特点，对“基本元素”按照其性质进行进行合理的归纳、总结，组成具有学科特色的“基本元素”表。然后，本学科的创新就可以类比于化学家。当然创新不能是为了创新而创新，而要以满足既定的工程目标为前提，首先要规划所需解决问题的目标，然后确定完成既定目标所需要的要素，根据学科“基本要素”的性质和功能选取可达到预定目标的“基本要素”，最终达到所需解决问题的目标。
在力学学科中，“基本概念”、“基本定理”可看作是力学的“基本元素”，“力学模型”就是力学研究中的“化合物”。力学工作者希望有所创新，必须对概念、定理有深刻的理解和认识，从而达到灵活运用以构建新的“力学模型”解决实际工程问题。我国着名力学家周培源教授说：“力学是关于物质宏观运动规律的科学。”将这句话分解一下，力学首先要确定所研究的物质，在力学上称为研究对象；然后力学关注物质宏观运动，即物质在一定条件下的外在表现；最后要研究物质运动的一般规律，也就是说在一定的内因和外因作用下研究对象响应规律。为此，力学的基本元素可划分为四个方面，即研究对象，外因、内因，以及响应，如下表所列。在力学里讨论上述四部分，研究对象是前提，如果不能清晰的划分出研究对象，内、外因就无从说起，如果不明确研究对象，响应也说不清楚。按照这一规律，粗略的划分一下力学的基本元素如下表所示。
在力学应用上，就是要通过上述“基本元素”，构建特定的力学模型。举例而言，结构模型是力学研究中的重要内容，约束又在结构中具有十分重要的地位。在结构某一位置施加约束，在力学上就是要回答该位置处三个线位移（沿x,y,z轴方向的位移）和三个角位移（绕x,y,z轴三个方向的转动）的限制情况。为了简化说明，我们取如下图所示平面内的梁结构为例，工程上的简支梁一般可直接搭在基座上的，这是最简单的梁模型；但如果A端是焊接，直观感觉应该是改成固定端约束，但也不正确。因为焊接并不能完全约束，这里需要对“约束”的概念进行深入的解读，实际上，约束可以是完全约束，还可能不那么完全。
A端的约束在平面内可划分为对三个方向的位移限制，沿x,y方向的2个线位移限制和绕z轴的1个角位移限制，分别记为ux,uy,w，如果它们等于0就是完全约束，不是就不能称为完全约束。对于焊接可能会产生少许的转动，即w不一定等于0。因此应该加一个扭转弹簧限制转动约束，扭转弹簧的刚度描述转动的大小；再进一步，沿x,y方向的线位移约束也可以换成弹簧，模拟线位移不是0的情况。这样，我们就在自由和固支约束之间建立过渡约束，也就形成多种梁结构模型，以适应不同的分析需求。可见，在这个过程中，如果不理解约束的概念，只死记硬背书上的约束种类就无法满足这样的要求。
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