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1、固体力学固体力学固体力学固体力学 Mhif S lid 清华大学工程力学系 Mechanics of Solids 清华大学工程力学系 郑小平郑小平 Zheng Xiaoping 2013 联系方式联系方式 郑小平郑小平 地址地址：逸夫科技楼逸夫科技楼3506室室地址地址：逸夫科技楼逸夫科技楼3506室室 电话电话: 62796187(O) 手机手机: 13683245499(M)手机手机: 13683245499(M) 邮件邮件: zhengxp 助教：李延深助教：李延深 地址地址液晶大楼液晶大楼513地址地址：液晶大楼液晶大楼513 手机：手机：15210361493 邮箱邮箱lfifil
2、邮箱邮箱：lys.firm 学生介绍情况（了解力学基础）学生介绍情况（了解力学基础） Zheng Xiaoping 2013 选课代表选课代表 教学与考试方式 课堂讲授（PPT，板书） 课堂讨论（提问，答疑，报告）课堂讨论（提问，答疑，报告） 课外作业（30%）（每周五由课代表收齐交李延深助教） 期末考试（70%）期末考试（70%） 结合参考迟到、早退、出勤情况 Zheng Xiaoping 2013 固体力学 1. 课程概述课程概述 2. 张量分析基础张量分析基础 3. 运动与变形运动与变形3. 运动与变形运动与变形 4. 应力与平衡应力与平衡 固体材料的本构关系固体材料的本构关系5. 固体
3、材料的本构关系固体材料的本构关系 6. 弹性力学的基本弹性力学的基本理论理论弹性力学的基本弹性力学的基本 7. 弹塑性力学问题弹塑性力学问题 8 固体力学专题固体力学专题8. 固体力学专题固体力学专题 Zheng Xiaoping 2013 1.课程概述1.课程概述 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 1.3 固体力学发展概况固体力学发展概况 1.4 如何学好固体力学如何学好固体力学 Zheng Xiaoping 2013 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 固体力学课程的来龙去脉? 固体力学课程的来龙去脉 （1）清华工
4、程力学系的起源与固体力学课程的出现（1）清华工程力学系的起源与固体力学课程的出现： 1957年工物系出现固体力学专业； 1958年成立工程力学数学系，分固体力学、流体力学、 热物应用数学计算数学等专业张维院士为副校热物理、应用数学、计算数学等专业（张维院士为副校 长兼系主任，杜庆华院士任系副主任，黄克智院士1959 年回国），逐渐形成兼顾论理和应用、为国防服务和培 养人才的特色。 约1960年开始招研究生（工作在读），出于对清华固体 力学专业的高标准要求，开设固体力学基础课程，力学专业的高标准要求，开设固体力学基础课程， 开始由若干老师共同承担，86年后由姚振汉教授主讲， 逐渐形成体系和教案。
5、 （2）目前状况（2）目前状况 2004年教学大讨论：要求上台阶，上水平，重基础，加 大信息量。课程名称由固体力学基础调整为固体 力学 Zheng Xiaoping 2013 力学。 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 课程定位? 课程定位 课程定位课程定位：本课程是固体力学专业研究生的一门重要课程。通过 本课程的学习和训练，使研究生能够掌握固体力学的基本理论和 基本方法，并且对固体力学的若干重要专题问题有比较深入理解 和认识。培养他们解决工程实际问题和科学技术问题的能力、理 论联系实际的能力，为研究生的论文研究和将来的科研工作打好 坚实基础。 课程内容：课程内容： （1）采用连
6、续介质力学的观点介绍固体力学的基本理论； （2）对固体力学的若干专题进行深入讨论。 Zheng Xiaoping 2013 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 我个人的认识? 我个人的认识 现代科学问题和工程技术问题的研究方法现代科学问题和工程技术问题的研究方法： 建立数学模型建立数学模型，数值计算（理论分析或试验分析），认识规律 固体力学课程就是建立固体力学问题的数学模型。 研究生的任务： 学几门重要的课程（增强力学素质）学几门重要的课程增强力学素质 做好一篇论文（） 从事力学研究队伍的两个层次：从事力学研究队伍的两个层次： 匠艺人：理论力学，材料力学，结构力学，（有限元法），
7、商 业软件 专家与大师弹性力学固体力学专家与大师：弹性力学、固体力学 （入行入道的分水岭与标志 ） Zheng Xiaoping 2013 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 教学大纲? 教学大纲 连续介力加线性 第一章 课程概述 （1）连续介质力学（加强非线性） （2）固体力学专题（加强塑性力学） 第章 课程概述 1.1 课程定位与教学大纲 1.2 固体力学的内涵与外延 1.3 固体力学发展概况 如何学好固体力学1.3 如何学好固体力学 第二章 张量分析基础 2.1 指标符号与求和约定2.1 指标符号与求和约定 2.2 Kronecker符号ij 2.3 Ricci符号eijk
8、 2.4 坐标变换 2 5 笛卡儿张量的般定义2.5 笛卡儿张量的一般定义 2.6 张量代数 2.7 正交曲线坐标 2.6 微分算子 Zheng Xiaoping 2013 2.6 微分算子 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 教学大纲? 教学大纲 第三章 运动与变形第三章 运动与变形 3.1 Lagrange 描述与Euler 描述 3.2 变形梯度与应变度量 3.3 几何方程与几种典型的几何非线性问题 3.4 应变协调方程与位移单值条件 3.5 正交曲线坐标系中的几何方程 第四章 应力与平衡第四章 应力与平衡 4.1 Cauchy应力,P-K第一类应力与PK第二类应力 4.2
9、 动量定理与运动方程 4.3 微极弹性理论及非局部连续介质力学 4.4 正交曲线坐标下的运动方程 第五章 固体材料的本构关系 5 1 热力学第一定律5.1 热力学第定律 5.2 热力学第二定律 5.3 本构方程构成的基本原理 5.4 小变形弹塑性本构关系 Zheng Xiaoping 2013 5.5 大变形弹性本构关系 5.6 线弹性静力学的应力应变关系 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 教学大纲? 教学大纲 第六章 弹性力学的基本理论第六章 弹性力学的基本理论 6.1 弹性力学问题的微分提法 6.2 弹性力学问题的变分方法与广义变分原理 6.3 基于变分原理的几种近似方法
10、6.4 线性弹性问题的边界积分方程 第七章 塑性力学问题（） 7 1 引言7.1 引言 7.2 经典弹塑性本构关系 7.3 流动理论 7.4 形变理论 7.5 Tresca流动理论（混合硬化） 7.6 塑性力学基本假设 7.7 弹塑性问题的数值解法简介 第八章 固体力学专题 8.1 热弹性问题 8.2 粘弹性问题 Zheng Xiaoping 2013 8.3 多场耦合问题 1.1 课程定位与教学大纲课程定位与教学大纲 ? 参考资料? 参考资料 郑小平PPT课件弹塑性力学问题电子讲义（网络学堂）郑小平：PPT课件，弹塑性力学问题电子讲义（网络学堂） 黄克智、黄永刚：固体本构关系 姚振汉：固体力
11、学基础电子讲义（ftp:/yao166.111.37.236）姚振汉：固体力学基础电子讲义（ftp:/yao166.111.37.236） 杜庆华、余寿文、姚振汉 ：弹性理论 杜庆华、郑百哲：应用连续介质力学 黄克智： 非线性连续介质力学 黄祝平：连续介质力学 邦连介匡震邦：非线性连续介质力学 Fung Y.C., First Course in Continuum Mechanics. 3rded. Fung YC Foundation of solid mechanics Prentice Hall Inc 2001Fung Y.C., Foundation of solid mechan
12、ics. Prentice-Hall Inc. 2001. 前修课程前修课程：弹性弹性力学力学 Zheng Xiaoping 2013 前修课程前修课程：弹性弹性力学力学 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 什么是固体力学? 什么是固体力学 固体固体指在一自然约定的时间空间尺度内可有效承受载荷的固体：固体指在自然约定的时间空间尺度内可有效承受载荷的 连续介质或原子聚集体。 力学力学是研究物质运动基本规律的科学力学：力学是研究物质运动基本规律的科学。 固体力学：研究与认识与固体受力、运动、变形、流动、断裂有 全自象来类关的全部自然现象，并包括利用这些知识来改善人类 生存条件、实
13、现人类目标的全部努力。（大不列颠百 科全书1993修订版） （空洞、抽象） Zheng Xiaoping 2013 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 什么是固体力学? 什么是固体力学 固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学。 激励 结构系统响应 以理论力学、材料力学、弹性力学为例： Zheng Xiaoping 2013 以理论力学材料力学、弹性力学 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 什么是固体力学? 什么是固体力学
14、理论力学：理论力学： 研究物体受力平衡条件，研究作用在物体上的力与运动之间的关系； 材料力学和弹性力学：材料力学和弹性力学： 研究物体的变形，研究作在物体上的力与变形之间的关系。 研究变形有什么意思？研究变形有什么意思？ 仅仅是梦也就罢了，偏偏是这般真实， 仅仅是雾也就罢了，偏偏是如此凝重，仅仅是雾也就罢了，偏偏是如此凝重， 仅仅是变形也就罢了， 偏偏它和安全问题联系在一起！ Zheng Xiaoping 2013 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 什么是固体力学? 什么是固体力学 固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学固体
15、力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学固体力学就是研究固体在外加激励下的响应的科学。 激励 结构系统响应 激励（响应）：力、电、磁、化学、生物 问题的类型正问题反问题黑（灰）匣子问题）问题的类型：正问题、反问题、黑（灰）匣子问题） Zheng Xiaoping 2013 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 固体力学包括的领域? 固体力学包括的领域 从学科角度从学科角度： 力学一级学科下属的五个二级学科： 流体力学；固体力学；工程力学；计算力学。 基金委分类： 一般力学，流体力学，岩土力学，生物力学，理性 力学，物理力学，爆炸力学，实验力学，计算力学。 从课程角度： 材料力学
16、；结构力学；弹性力学；塑性力学；断裂力学；损伤力材料力学；结构力学；弹性力学；塑性力学；断裂力学；损伤力 学；复合材料力学；散体力学；相变和多相力学 Zheng Xiaoping 2013 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 固体力学研究方法? 固体力学研究方法 固体力学三兄弟固体力学三兄弟： 理论：理论：建立固体力学的新型理论体系（特别是在材料本构理论方 面），例如：破坏过程的跨学科性、多层次性和状态方程面），例如：破坏过程的跨学科性、多层次性和状态方程 不清等；采用解析方法研究固体力学专门问题。 Zheng Xiaoping 2013 1.2 固体力学的内涵与外延固体力学的内涵与外延 ? 固体力学研究方法? 固体力学研究方法 固体力学三兄弟固体
