当前工程力学专业课程体系设置及教改中的一些问题

教改的目的
• 是培养符合工程实际需求的工程力学人才 • 随着科技的发展，工程实际需求发生了变化，这 是教改的根本依据 • 问题是如何才能培养符合工程实际需求的工程力 学人才 • 解决的前提是搞清楚工程实际要求工程力学人才 具有何种能力 • 这种能力培养本来是应该被包含于工程力学课程 体系中的（是力学方法论中的一环），但长期被 忽略了！
在材料力学中，增强补充建模的内容
如连续体假定、边界约束等
几点建议
• 大改
根据建模分析评价的方法论，重新设置课程体系和内容。
理由：受有限元等数值分析方法发展的冲击，现有课程的许多内容可 以归并或取消。
就固体方向而言，核心课程建议为：
材料力学、弹塑性力学、有限元、材料强度学
课程内容也必须做相应的调整（考虑数值分析方法发展）
什么是材料强度学
• 材料强度学兴起于上个世纪50年代（代表人物： 日本东北大学横堀武夫） • 材料强度学是一门研究材料变形、微观组织结构 演化、失效破坏等力学行为机理及相应材料特性 的本质性描述方法的学问，是一门具有工学特征 的科学（岡村編、強度解析学、[M]，東京、オーム 社、1985. ） • 材料强度学的一端是以连续介质为基础的宏观力 学参数或特性，而另一端则是连续介质概念不能 适用的现实材料内部微观结构（许金泉，材料强 度学，上海交大出版社，2009）。
社会需要工程力学专业吗？
大道理： • 国际上力学学科一般分散在材料、机械、航空、 土木等工科学科，有着非常明确的工程应用背景 和研究目的，而在我国的学科设置中，固体力学 学科隶属于独立设置的力学一级学科，往往因其 包罗万象而反而使其失去明确的研究目的。 • 这两种学科设置方式各有利弊，前者有利于从解 决实际问题的角度展开研究，但在共性或科学理 论的完整性、严密性方面可能会相对不受重视， 而后者则着重于从共性的角度去分析问题，易于 从科学的高度把握问题的本质
工程力学（固体部分）的方法论
工程问题
建立 分析模型
采用适 当理论
分析 计算
失效 准则
评价 预测
目前课程设置的范围
就工程应用来讲，绝大部分 被有限元覆盖，相应专业的 人更熟悉专用模块
课程体系的缺失
• 课程体系应该按以上方法论来设，但目前体系中建模及评价两个部分基 本没有涉及。 • 建模需要一定的经验，可以也应该在现有关于分析计算的课程中得到体 现。某种意义上善于计算首先必须善于建模。 • 但关于评价部分，无论思路还是方法，均与分析计算课程相差很远，需 要材料破坏或结构失效的机理。 • 机理（Mechanism）研究也许是真正的力学（Mechanics） 现在所谓的力学仅限于分析计算的theory，分析计算属于应用数学甚至 只是数学应用。 • 力学中真正属于自己或者反映本专业专长的课程是什么？
• 出路
必须有“我会的但人家不会”的东西，即有反映本专业专长的东西。 或许说分析计算能力比人家强，但这只是自我陶醉，因为这已经不是 解决关键工程力学问题的关键能力。 工程中有太多的关键力学问题，人家是不会的，如果工程力学专业的 人会，就有生存的空间，否则必然是误人子弟。
社会需要工程力学专业吗？
• 传统优势是会算人家算不了的，但随着计算条件的改善， 这一优势已荡然无存 • 常说：学工程力学专业的人后劲足，十来年后就比人家高 明了。 • 如果您是企业主，会等十来年吗？ • 退一步，比人家高明了，是因为学了力学？还是因为补充 了什么？ • 如果是因为补充了什么，那这个什么有无可能在课程中有 所反映？ 社会是需要工程力学专业人才的，但我们所培养的却不 能满足要求
要正视有限元等数值分析工具的作用，以及工程需求的层次性
固体方向上的专长课程
• 工程力学专业的关键能力是解决工程中力学问题 的能力 • 解决工程中力学问题能力的关键是评价的能力
计算也好拍脑袋也行，只是手段，不是目的，目的是评价
• 评价能力的关键是材料破坏或结构失效的判别 • 材料力学及断裂力学中已有的破坏或失效准则是 不够用的。 • 关于材料破坏或结构失效机理的学科分支是材料 强度学。
结论：这样的教改只能是把工程力学专业改没了！
力学教改的根本问题
• 要解决有别于其它专业的专业特长问题
任何形式上的改革而不是实质内容上的改革，是不能解决这个问题的。 遗憾的是，目前只见形式上的改革。
• 如果不能解决专业特长问题，就不应该继续“误 人子弟” • 工程力学是可以有专业特长的，但不是在分析计 算能力方面
我们要解决的是人家解决不了的 诸如新材料、复杂工况等
谢 谢！
当前工程力学专业课程体系设置 及教改中的一些问题
一孔之见，敬请教正 许金泉 上海交通大学工程力学系
思考的缘起
• 工程力学专业的毕业生与其它工科毕业生相比， 在就业机会、薪金方面，都要差一个档次（坦率 地说是误人子弟）！ • 转行的很多！（就业面宽是自慰） • 为什么？社会因素是借口，本质上是所培养学生 的能力不太符合社会的需要。 • 作为一个专业，它的学生出口不应只是少数研究 者，或者为国外内提供研究生生源！也就是说， 专业的教改，必须着眼于绝大部分该专业的学生。
材料力学注重概念、建模、简化及其计算，弹塑性力学注重分析计算 的理论与方法，有限元注重熟练掌握一种商用程序，材料强度学注重 机理及评价的思路
力学是干什么的？
• 是解决工程中结构可靠性的关键问题的
就固体方向而言，就是要解决工程结构的变形、强度及寿 命问题。 普通的可靠性问题，尽可留给其他专业的人去解决。
力学教改中的误处
• 两种趋势 1）加强数学基础、突出应用数学特色（理的更理） 2）增加一些别的专业的课程（工的更工） 只能做到算得更合理、更精确，达不到评价的目的
• 疑问 这样就是工程力学专业了吗？数学或者其它专业的专业课， 是真正属于自己或者反映本专业专长的课程吗？ 没有真正属于自己或者反映本专业专长课程的专业，有存 在的必要吗？
既然单独设置了，就应该走出一条自己的路来！
社会需要工程力学专业吗？
小道理： • 工程力学专业的困境
随着有限元的普及， “我会的人家也会，人家不会的我也不会”， 而别人还有其它专业基础。力学家还有一个臭毛病：“人家会的我看 不起”，越是名门遗传越厉害，不是名门也会装腔！ 力学是干什么的强度学
部分结果 分析计算 材料或结构 假定 模型 连续体 材力断力 破坏准则 各固体力学分支 自得 其乐
分析计算是针对连续体模型的，而不是针对现实材料或结构的
几点建议
• 小改 作为核心课程，增加材料强度学
许多学校开设了如“材料力学行为”类的课程，但如果只 是在连续体假定上展开，而不涉及材料内部微结构及失效 机理，则不属于材料强度学范畴。另一方面，材料学也不 是材料强度学。