工程流體力學(xué)論文精選(九篇)

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第1篇：工程流體力學(xué)論文范文

論文摘要:通過工程流體力學(xué)教學(xué)實踐,探討多媒體教學(xué)在授課過程中產(chǎn)生的效果。提出了在工程流體力學(xué)教學(xué)活動中將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合,活躍課堂氣氛,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性,達(dá)到優(yōu)化教學(xué)效果的目標(biāo)。  

 

一、前言 

 

隨著計算機技術(shù)的普及和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,多媒體教學(xué)已被高等院校廣泛采用,并深受廣大師生的歡迎。因此,利用多媒體教學(xué)手段開發(fā)學(xué)習(xí)資源,構(gòu)建新的教學(xué)模式,達(dá)到最佳教學(xué)效果,成為國內(nèi)外提高教學(xué)質(zhì)量、改革教學(xué)方式的重要手段。 

本文通過工程流體力學(xué)教學(xué)實踐,探討多媒體教學(xué)在授課過程中產(chǎn)生的效果。提出了在工程流體力學(xué)教學(xué)活動中將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合,活躍課堂氣氛,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。達(dá)到優(yōu)化教學(xué)效果的目標(biāo)。 

 

二、傳統(tǒng)教學(xué)模式的利與弊 

 

傳統(tǒng)教學(xué)模式歷史悠久,教育理論成熟,已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗。在傳統(tǒng)教學(xué)中,通過教師的形象、生動的講述,學(xué)生易于接受,師生之間可以面對面地探討疑難問題。對于工程流體力學(xué)而言,教學(xué)內(nèi)容不可避免地會涉及到數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo),傳統(tǒng)的板書教學(xué)方式即可以留給學(xué)生更多的思考時間,同時又可以加深學(xué)生對公式推導(dǎo)過程的理解,加強記憶。然而傳統(tǒng)式教學(xué)主要依靠粉筆與黑板的教學(xué)條件,是以教師為主體的教學(xué)模式,從而大大降低了教學(xué)效率,也扼殺了學(xué)生個性的發(fā)揮和創(chuàng)意的產(chǎn)生。 

 

三、多媒體教學(xué)的特點 

 

多媒體教學(xué)以其鮮明的教學(xué)特點,豐富的教學(xué)內(nèi)容,形象生動的教學(xué)情景,在教學(xué)過程中發(fā)揮了重要的作用: 

第一,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,有利于提高課堂效率。興趣是學(xué)生獲取知識、拓寬視野、豐富心理活動最主要的推動力。多媒體技術(shù)綜合應(yīng)用文字、圖片、動畫和視頻等資料來進(jìn)行教學(xué)活動,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從根本上改變了傳統(tǒng)教學(xué)模式的單調(diào)性。而且多媒體教學(xué)可以充分發(fā)揮學(xué)生聽覺、視覺等器官對信息的接收,對學(xué)生的眼、耳等器官進(jìn)行多重刺激,從而活躍學(xué)生的思維,增強學(xué)生記憶力,提高課堂效率。第二,直觀、易懂,有利于提高教學(xué)質(zhì)量。流體力學(xué)是從力學(xué)的觀點出發(fā),主要研究流體所遵循的宏觀運動規(guī)律以及流體和周圍物體之間的相互作用規(guī)律的科學(xué),在日常生活和各種工程實際中具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域,是動力工程和流體機械專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。與固體的運動規(guī)律相比,流體在運動過程中存在諸如激波、接觸面間斷、兩相流體之間相互摻混等復(fù)雜現(xiàn)象。

多媒體教學(xué)手段能夠通過圖片、動畫和視頻資料等直觀、清晰地觀看復(fù)雜的流動現(xiàn)象,使學(xué)生較容易地掌握相關(guān)內(nèi)容,提高教學(xué)質(zhì)量。第三,增加教學(xué)容量,節(jié)約空間和時間。工程流體力學(xué)研究內(nèi)容較多,涉及范圍較廣,在有限的課時內(nèi)傳授給學(xué)生的信息量較大。傳統(tǒng)教學(xué)中知識的傳播主要靠教師的口授與黑板板書,在一定程度上限制了課堂信息的含量,多媒體教學(xué)充分地利用了電腦能夠存貯大量信息的優(yōu)勢,授課的信息量明顯增多,教學(xué)內(nèi)容更加豐富,使學(xué)生在有限的時間內(nèi)接收更多的知識,開闊了學(xué)生視野,增加課堂知識的容量,提高了教學(xué)的效率。 

 

四、多媒體教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合 

 

多媒體教學(xué)的發(fā)展并不意味著摒棄一切傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段,而是將多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)方式相結(jié)合,揚長避短,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,更好地服務(wù)于教學(xué)工作。 

工程流體力學(xué)教學(xué)內(nèi)容主要包括兩大部分,理論教學(xué)和流體力學(xué)實驗教學(xué)。 

工程流體力學(xué)理論教學(xué)部分包含大量流體力學(xué)的基本概念、基本方程和一些復(fù)雜的流動現(xiàn)象。例如在教學(xué)過程中,流體靜力學(xué)基本方程的推導(dǎo)過程依然使用傳統(tǒng)教學(xué)中的板書,這樣既可以留給學(xué)生足夠的思考時間,又可以加深學(xué)生對公式推導(dǎo)過程的理解,加強學(xué)生的記憶能力。而對于某些基本概念和特定的流動現(xiàn)象,可以通過多媒體教學(xué)手段,加深學(xué)生對基本概念和流動現(xiàn)象的理解。 

流體力學(xué)實驗是流體力學(xué)教學(xué)中的重要組成部分之一,貫穿于課程始終?，F(xiàn)行流體力學(xué)教學(xué)實驗多為驗證性實驗,實驗方法單一,同時,還受實驗老師較少、實驗課時有限以及設(shè)備等多種因素的影響,學(xué)生選擇的范圍極小,在很大程度上制約了學(xué)生思考問題、分析問題、解決問題的能力,不能很好地達(dá)到流體力學(xué)實驗教學(xué)的要求。然而引入多媒體教學(xué)手段以后,學(xué)生可以靈活地改變實驗條件,演示各種實驗現(xiàn)象。 

 

參考文獻(xiàn): 

第2篇：工程流體力學(xué)論文范文

論文摘要：從石油工業(yè)對油氣儲運工程專業(yè)本科畢業(yè)生的綜合素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力的要求出發(fā)，通過對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法手段進(jìn)行改革，改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，不斷培養(yǎng)學(xué)生工程意識和工程實踐能力，提高創(chuàng)新能力。

在西部大開發(fā)的推動下，石油工業(yè)也以驚人的速度迅猛發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)的應(yīng)用型石油工業(yè)人才已迫在眉睫。特別是榆林學(xué)院（以下簡稱“我院”）所在的榆林市，作為重要的國家能源化工基地，對油氣儲運人才的需要更加突出。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的努力下，我院的油氣儲運專業(yè)已被評為陜西省特色專業(yè)。為了加強油氣儲運專業(yè)學(xué)生能力的培養(yǎng)，造就工程型人才，對油氣儲運專業(yè)的教學(xué)進(jìn)行了全面的改革，將專業(yè)理論與實踐教學(xué)有機地結(jié)合起來，統(tǒng)籌規(guī)劃，使學(xué)生能更深刻地理解和掌握專業(yè)理論知識，培養(yǎng)工程意識，提高學(xué)生獨立實驗?zāi)芰?，強化學(xué)生工程實踐能力，全面提高專業(yè)素質(zhì)。但是，由于我院油氣儲運專業(yè)的發(fā)展相對榆林市石油工業(yè)的發(fā)展具有一定的滯后性，導(dǎo)致畢業(yè)學(xué)生不能達(dá)到目前油田企業(yè)的要求。因此，提高我院油氣儲運專業(yè)的教學(xué)水平具有重要的意義。鑒于這樣的形勢，本項目提出對油氣儲運專業(yè)課程最重要的專業(yè)課程之一工程流體力學(xué)課程的教學(xué)改革。

一、教學(xué)中存在的問題

在油氣儲運的課程編排中，《工程流體力學(xué)》課程是可以將儲運專業(yè)理論知識與實踐相銜接的很好橋梁。目前該課程的授課方式有所不妥，使得這門課不能充分發(fā)揮應(yīng)有的作用。因此，在理論知識與實踐相結(jié)合的條件下，應(yīng)該配套一系列仿真課件，與教學(xué)相結(jié)合，學(xué)生才能更好地將書本知識融入腦海。仿真課件可以使學(xué)生掌握難以理解的抽象理論，從而更好地學(xué)習(xí)該專業(yè)最重要的基礎(chǔ)課程，以便為將來的其它專業(yè)課程打下堅實的理論基礎(chǔ)。

在加強工程流體力學(xué)課程理論教學(xué)的同時，還要加以仿真課件的訓(xùn)練，再配合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過該課程的學(xué)習(xí)，結(jié)合實習(xí)與畢業(yè)設(shè)計環(huán)節(jié)，可以綜合地將課本理論知識與實際相結(jié)合，以利于提高學(xué)生綜合素質(zhì)，對于他們今后的工作或繼續(xù)深造發(fā)揮潛移默化的作用。

分析目前我院工程流體力學(xué)課程與實踐教學(xué)之間的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題是：教學(xué)體系、內(nèi)容與實踐課之間存在脫節(jié)現(xiàn)象，具體表現(xiàn)在以下方面：首先，作為專業(yè)最重要的課程之一，《工程流體力學(xué)》課程是學(xué)習(xí)其它專業(yè)課程的基礎(chǔ)，如果這個基礎(chǔ)打不好，那么其它課就很難學(xué)習(xí)。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生很多都不太明白課程中一些具體的流態(tài)名詞，以及抽象的流體損失問題，如果有了仿真課件，這些疑難問題就一目了然了。其次，我院儲運專業(yè)的實驗室設(shè)備中，有些由于廠家設(shè)計問題造成數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，所以原本剛夠?qū)W生分組實驗的儀器數(shù)目，現(xiàn)在只能增加每小組的人數(shù)才可以維持正常開設(shè)實驗課程。由于該課程中涉及的實驗數(shù)目較多，也導(dǎo)致了場地的嚴(yán)重不足。再次，教學(xué)中不能很好地將理論課知識與生產(chǎn)實習(xí)相互滲透。而《工程流體力學(xué)》課程作為本專業(yè)的基礎(chǔ)課程，與生產(chǎn)實習(xí)的相互滲透又甚為重要。

二、改革教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

為了更好地發(fā)揮該課程的作用，針對我院工程流體力學(xué)課程開設(shè)的現(xiàn)狀，以及國內(nèi)一些知名高校開設(shè)這門課程的情況，筆者提出幾點改革建議，以使學(xué)生能夠把學(xué)到的知識活學(xué)活用，提高他們分析問題和解決問題的能力。 轉(zhuǎn)貼于

1.按照實用、新穎、精練的要求，著力進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的提煉與更新

課程建設(shè)旨在突破學(xué)科專業(yè)局限，又要照顧到專業(yè)需要，對課程進(jìn)行整合、優(yōu)化，合理安排教學(xué)內(nèi)容。例如在本課程中加入非牛頓流體部分的教學(xué)內(nèi)容，形成課程的特色。

2.強調(diào)計算機在流體力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

應(yīng)該在教學(xué)中加入一部分符合我院具體專業(yè)情況的仿真模擬課件的使用量，學(xué)生可以將所學(xué)的知識和課件相結(jié)合，更加深他們對知識的理解和應(yīng)用。這樣，不但順應(yīng)時代的發(fā)展，也節(jié)省了學(xué)生花在琢磨流型變化上的很多時間。鑒于課程自身的特點，對于各種工藝流程圖的介紹，傳統(tǒng)的板書方法已不能完全滿足教學(xué)需求。筆者因此針對不同專業(yè)的教學(xué)大綱，制定了相應(yīng)的教學(xué)課件，通過多媒體教學(xué)，以彌補傳統(tǒng)教學(xué)方法中抽象、晦澀、枯燥的缺點，使學(xué)生從動態(tài)的畫面中，比較輕松地理解教師在教學(xué)中要傳授給學(xué)生的知識內(nèi)容。

3.有效組織實踐環(huán)節(jié)至關(guān)重要

工程流體力學(xué)是一門綜合性和實踐性均非常強的課程，因此有效組織實踐環(huán)節(jié)至關(guān)重要。學(xué)生通過在工廠的實習(xí)，可以將在學(xué)校中學(xué)到的理論知識與工廠中實際生產(chǎn)有效地結(jié)合起來，增強對理論知識的理解。應(yīng)盡快解決實驗設(shè)備結(jié)論不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，使教學(xué)儀器百分之百地準(zhǔn)確投入到學(xué)生的學(xué)習(xí)當(dāng)中去，盡可能地將流體力學(xué)作為向外專業(yè)進(jìn)行開放實驗，讓有興趣的學(xué)生也能參與。

通過該項目制定的措施實施于油氣儲運專業(yè)教學(xué)中，使每屆油氣儲運專業(yè)學(xué)生受益。提高學(xué)生對專業(yè)理論知識的理解深度，增強他們的專業(yè)技能，并能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識活學(xué)活用。此舉對學(xué)生的就業(yè)和繼續(xù)深造具有非常重要的意義。

三、教學(xué)效果的考核

前已述及，這門課程主要是油氣儲運學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)，這門課程的培養(yǎng)目標(biāo)旨在為以后的專業(yè)課打好扎實的基礎(chǔ)，樹立學(xué)生的應(yīng)用能力。因此，在考試方式上，更注重應(yīng)用能力的測試，考察學(xué)生與社會的接軌程度。這樣，考試題型多是一些發(fā)揮性的，讓學(xué)生用“漁”的本領(lǐng)去為本門課程的學(xué)習(xí)畫上休止符。

四、結(jié)語

總之，對于《工程流體力學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容改革的初步探索分析，可以促進(jìn)教學(xué)觀念的改變，按此目標(biāo)授課，對教師提出了更高的要求。同時，還可以促進(jìn)教材建設(shè)、實驗室建設(shè)及其儀器設(shè)備的更新，提高學(xué)生的動手能力及科研能力，從而實現(xiàn)“學(xué)有所用”，“教學(xué)相長”。

高等教育教學(xué)改革，特別是專業(yè)課程體系及教學(xué)內(nèi)容的改革，是一個系統(tǒng)和長期艱巨的實踐過程，專業(yè)教師任重而道遠(yuǎn)。只要不斷努力和探索實踐，就可以開拓出一條提高油氣儲運工程專業(yè)教學(xué)質(zhì)量、更加富有成效的新途徑，而且可以取得更好的教改成果。

第3篇：工程流體力學(xué)論文范文

論文關(guān)鍵詞：高職院校；流體力學(xué)；學(xué)習(xí)興趣

“流體力學(xué)”課程是我國高等院校工科專業(yè)的一門主干專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及土木、能源、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、化工等許多領(lǐng)域。該課程是聯(lián)系前期“高等數(shù)學(xué)”、“理論力學(xué)”等基礎(chǔ)課程和后續(xù)專業(yè)課程的橋梁和紐帶，在學(xué)生能力培養(yǎng)和知識體系構(gòu)建過程中起著“承上啟下”的作用。流體力學(xué)因曾經(jīng)在20世紀(jì)五六十年代對航空航天事業(yè)的巨大推動而倍受世人矚目。近年來，流體力學(xué)廣泛深入地向邊緣學(xué)科交叉滲透，這就要求相關(guān)領(lǐng)域的工作者要善于從錯綜復(fù)雜的工程實際中獨立地提出問題和解決問題。

民辦高職院校的學(xué)生入學(xué)成績較差、自主學(xué)習(xí)的能力較差。很多學(xué)生對流體力學(xué)現(xiàn)象認(rèn)識模糊，學(xué)生普遍感覺流體力學(xué)概念抽象，難以理解，對“流體力學(xué)”產(chǎn)生畏難情緒和厭學(xué)現(xiàn)象，學(xué)習(xí)積極性不高。2011年，江蘇省高職院校招生實行注冊入學(xué)，更意味著生源素質(zhì)的良莠不齊，這對工科專業(yè)的民辦高職院校的“流體力學(xué)”課程教學(xué)是個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

一、民辦高職院校學(xué)生的特點

1.入學(xué)成績較差

民辦高職院校在高等院校中處于較低的地位，這尤其體現(xiàn)在招生中，往往是錄取批次的最后一批。這就意味著入學(xué)的學(xué)生往往入學(xué)成績較差，從這幾年金肯職業(yè)技術(shù)學(xué)院（以下簡稱“我?！保┑匿浫〕煽儊砜?，從90分～330分都有，大多是在180分左右。因此民辦高職院校的學(xué)生往往數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)較差，計算能力較差，影響他們對工科課程的學(xué)習(xí)。

2.自主學(xué)習(xí)的能力較差

從和學(xué)生的交流情況來看，學(xué)生在課后很少主動學(xué)習(xí)、看相關(guān)的書籍，甚至連作業(yè)都有不能按時保質(zhì)完成的時候。

二、如何調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的主觀能動性

民辦高職院校和公辦本科院校以及公辦高職院校有很大的區(qū)別，使得在“流體力學(xué)”課程教學(xué)中不能照搬上述公辦院校的方法，而要根據(jù)民辦高職院校的特點來實行教學(xué)。

陶行知在《中國教育改造》中指出：“大凡選擇職業(yè)科目之標(biāo)準(zhǔn)，不在適與不適，而在最適與非最適。所謂最適者有二，一曰才能，二曰興味。才能足以樂業(yè)。”學(xué)習(xí)最有興趣的專業(yè)，因其興趣，才會有樂趣，才會安于學(xué)習(xí)。托爾斯泰說過：“成功的教學(xué)所需要的不是強制，而是激發(fā)學(xué)生的興趣?！睂γ褶k高職院校的學(xué)生更應(yīng)注重興趣的培養(yǎng)。

1.教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化，降低難度

（1）教學(xué)內(nèi)容精簡，理論夠用為度。鑒于高職院校學(xué)生的特點，再結(jié)合高職專業(yè)所實現(xiàn)的目標(biāo)——技能性人才，根據(jù)各專業(yè)的側(cè)重點，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。理論難度夠用為度，不求理論的系統(tǒng)性和完整性。以給排水工程專業(yè)為例，流體靜力學(xué)經(jīng)優(yōu)化后，保留靜壓強及其特性、靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用、平面和曲面的靜水總壓力的內(nèi)容，側(cè)重基本概念、基本定律和方程式，取消了平衡微分方程的內(nèi)容。對我校學(xué)生而言，難以聽懂，不如加強基本知識的介紹，如能透徹理解，對工作和生活更有用。

（2）教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)職業(yè)特點。應(yīng)該在教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)本專業(yè)的專業(yè)內(nèi)容。對于面向給排水工程專業(yè)開設(shè)的“流體力學(xué)”課程，其專業(yè)和自來水、污水的運輸和輸送緊密相關(guān)，都離不開管、泵的設(shè)計與使用，這就涉及到流體力學(xué)的許多方面。例如，分析流體在管道內(nèi)的流動規(guī)律、壓力、阻力、流速和輸量的關(guān)系時，應(yīng)向?qū)W生指出此處知識點的學(xué)習(xí)是為了根據(jù)流動規(guī)律和各參數(shù)關(guān)系來設(shè)計管徑、校核管材強度、布置管線以及選擇泵的大小和類型、設(shè)計泵的安裝位置等，把知識點融入到職業(yè)特點中，編成例題進(jìn)行講解。有些概念和理論是學(xué)生首次在“流體力學(xué)”里學(xué)到的，并且會貫穿到整個專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程中，例如雷諾數(shù)、水頭損失、沿程水損等，所以，對于此類知識的反復(fù)強調(diào)也是非常必要的。把“流體力學(xué)”和“泵與風(fēng)機”、“管道工程”、“水處理工程”等專業(yè)課聯(lián)系在一起，相關(guān)知識點能做到心中有數(shù)，為以后專業(yè)知識的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。優(yōu)化內(nèi)容的同時，也不同程度地降低了學(xué)習(xí)內(nèi)容的難度，這在客觀上為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性鋪平了道路。

2.活躍教學(xué)課堂氣氛，營造輕松的學(xué)習(xí)環(huán)境

（1）用重大事件激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)“流體力學(xué)”的自覺性、主動性和積極性。在教學(xué)中適當(dāng)?shù)卮┎逯v述一些有關(guān)的重大事故、重大災(zāi)害和重大建設(shè)項目（統(tǒng)稱“重大事件”），對于學(xué)生認(rèn)識現(xiàn)在的學(xué)習(xí)與未來工作之間的關(guān)系、提高學(xué)習(xí)自覺性、培養(yǎng)熱愛專業(yè)的思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)很有幫助，同時也有助于活躍課堂氣氛。

在講授“流體靜力學(xué)”這一章節(jié)內(nèi)容時，可舉1993年青海溝后水庫垮壩事件。1993年8月27日夜間，庫容為330萬m3的青海省海南藏族自治州溝后水庫在庫水位低于設(shè)計水位0.75m3的情況下突然垮壩失事，造成288人死亡，40人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失1.53億元。水利部專家組調(diào)查認(rèn)定，溝后水庫在設(shè)計上有缺陷，施工中又存在嚴(yán)重質(zhì)量問題，運行管理工作薄弱，這次垮壩屬于重大責(zé)任事故。結(jié)合流體靜力學(xué)講述這一事件時指出：不管在什么崗位，責(zé)任心和專業(yè)技術(shù)素質(zhì)也許會關(guān)系到千百人生命財產(chǎn)的安全。

（2）用工程或生活實例讓學(xué)生感受到科學(xué)很奇妙，身邊處處有科學(xué)。興趣是學(xué)習(xí)的最大動力，教師應(yīng)該讓學(xué)生直觀形象地了解流體力學(xué)的廣泛應(yīng)用性以及內(nèi)容的趣味性，將與日常生活或生產(chǎn)實際有關(guān)的例子介紹給學(xué)生?！傲黧w力學(xué)”的理論性較強，公式較多，學(xué)生理解比較困難。如果教師在課程的講解過程中，多穿插一些實際生活中的現(xiàn)象，與課本中的理論結(jié)合起來講，一定會大大提高學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生更好地熟記和應(yīng)用知識。在靜力學(xué)章節(jié)的學(xué)習(xí)過程中，可舉“人能下潛多深？”的例子，幫助理解靜力學(xué)基本方程。小時候經(jīng)常玩的一個游戲——吹紙條。拿出一個小紙條，讓它自然下垂。沿水平方向在它上面吹氣，紙條就會飄起，這是由于流動氣體的壓強小。而解釋流動氣體壓強為什么小，要借助伯努利方程來解釋?！罢九_安全線的由來”，“神奇的香蕉球”是如何踢出來的？這也要用伯努利方程來解釋。身邊的科學(xué)無處不在，只要仔細(xì)觀察，便能從中領(lǐng)悟到許多道理。

從奇妙的魚缸、小鳥喝水的杯子到飲水機的原理，介紹靜力學(xué)基本方程的應(yīng)用及等壓面的概念。簡單的原理，小小的發(fā)明，卻給生活帶來極大的方便，這就是創(chuàng)造發(fā)明的價值所在。

（3）增加語言的藝術(shù)性，讓枯燥的流體力學(xué)變得優(yōu)美和富有哲理。子曰：“學(xué)而時習(xí)之，不亦悅乎？”學(xué)習(xí)應(yīng)該是快樂輕松的事。從幼兒園到小學(xué)，都倡導(dǎo)素質(zhì)教育、快樂教育。高等教育也應(yīng)該貫徹這一思想，學(xué)習(xí)才能持久。

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)極容易枯燥乏味，使學(xué)生聽課索然無味，這必將不利于教學(xué)質(zhì)量的提高。如果我們的授課語言優(yōu)美，講述形象生動，把美的氣息、哲理的意味注入“流體力學(xué)”的教學(xué)，使學(xué)生學(xué)得輕松、自由，甚至浪漫，營造出輕松、快樂的學(xué)習(xí)氛圍。

在緒論中，可以談?wù)劻黧w力學(xué)中的人文文化。水與空氣都是流體的典型代表，是一切生命不可缺少的物質(zhì)，自古至今人們對它的了解、探索和應(yīng)用創(chuàng)造了豐富的文化物質(zhì)成果。“楚天千里清秋，水隨天去秋無際”。秋風(fēng)，天水一色，是大自然的美景，也是流體的流動現(xiàn)象。它們賦予我們靈感，承載著我們的喜怒哀樂。古圣人喜歡從哲理上描述水性，歌頌水德。老子說“智者樂水，仁者樂山”。老子的名言是“上善若水”。通過此類講述，使流體力學(xué)增加美的氣息，使力學(xué)融入人文，既說明我們的生活與其息息相關(guān)，又輕松了課堂氣氛。

在講授粘性流體流動存在著兩種流態(tài)時，可以借用古代文學(xué)中相關(guān)的名句，如描述湍流的有李白的“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”，描述層流的則有“半畝方塘一鑒開，天光云影共徘徊”等佳句。這樣可以幫助學(xué)生建立對流態(tài)十分形象而深刻的印象，從而有助于學(xué)生理解、掌握相關(guān)知識。

在教學(xué)過程中，還可穿插著向?qū)W生介紹定律知識背景的形成過程，以及相關(guān)科學(xué)家的工作，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)思想，輕松接受相關(guān)知識?！芭ｎD粘性定律”是牛頓對流體力學(xué)的主要貢獻(xiàn)之一，是流體力學(xué)教學(xué)的重點內(nèi)容。我們不僅僅要教給學(xué)生科學(xué)知識的本身，還應(yīng)重視如何使學(xué)生感悟科學(xué)精神。此時穿插介紹牛頓的哲學(xué)思想和科學(xué)方法。牛頓用引力理論和運動三定律把天上行星和它們的衛(wèi)星運動規(guī)律，同地上重力下墜的現(xiàn)象統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了天上人間的統(tǒng)一，這是牛頓在自然哲學(xué)上的偉大貢獻(xiàn)。

3.突出實驗教學(xué)的特殊地位，讓學(xué)生樂在其中

突出實驗教學(xué)的特殊地位，使教學(xué)貼近實際，貼近生活。通過演示實驗、學(xué)生驗證性實驗、競賽型的設(shè)計性實驗、實驗錄像、照片、仿真實驗教學(xué)等多種方式貫穿教學(xué)的全過程，讓學(xué)生看到各類實驗最深刻、真實的一面，從而豐富學(xué)生的經(jīng)驗，增強學(xué)生的見識，培養(yǎng)職業(yè)意識和實踐能力。

（1）開發(fā)課堂演示教具和演示實驗。開發(fā)一系列課堂教學(xué)演示教具，可以使學(xué)生耳目一新，課堂氣氛變得活躍起來。課堂演示教具和演示實驗的使用，必須簡單易行，價廉物美，且能解決教學(xué)問題，這對民辦高職院校的教師提出了較高的要求。講授表面張力和毛細(xì)管現(xiàn)象時，可演示毛巾浸濕的現(xiàn)象，順帶告訴學(xué)生如何在無人時給花草自動滴灌的方法；演示移液管移液凹面的現(xiàn)象時，告訴學(xué)生如何讀數(shù)，如何避免毛細(xì)管現(xiàn)象引起的誤差，同時可教學(xué)生化學(xué)實驗操作的細(xì)節(jié)。講述“流體靜力學(xué)”章節(jié)時，演示倒扣水杯的實驗，讓枯燥的方程變得形象，易于理解。從廢棄飲水機上拆下的“聰明頭”，介紹靜力學(xué)基本方程的實際應(yīng)用。這些教具都非常簡單，也易于獲得，甚至無需額外花錢，學(xué)生也非常感興趣。

（2）應(yīng)用多媒體教學(xué)演示。并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都能找到適合課堂演示的案例。隨著多媒體在教學(xué)中應(yīng)用的普及，一些復(fù)雜的演示實驗和昂貴的演示教具可以通過多媒體教學(xué)來實現(xiàn)。如雷諾實驗、水躍實驗、水擊現(xiàn)象，在生產(chǎn)實踐中所應(yīng)用的各種堰，都可一一演示，遠(yuǎn)勝貧乏的語言描述。

（3）用設(shè)計性實驗讓學(xué)生參與其中，樂在其中。設(shè)計性實驗圍繞職業(yè)特色專題，依據(jù)學(xué)生的實際情況而設(shè)，如：“自動虹吸管的改進(jìn)與應(yīng)用”。指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生對所學(xué)知識的掌握及興趣度，將他們分成幾個不同的實驗小組，然后指導(dǎo)和協(xié)助學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，動手組裝，最后依據(jù)實驗結(jié)果給出實驗成績。

該實驗教學(xué)模式的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：激發(fā)學(xué)生的求知欲望和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力；加深學(xué)生對理論知識的理解并向外延展；節(jié)省高校實驗室資金投入。

文中所提到的方法，最終需要教師來完成，這對教師提出了較高要求。雖然高職院校的教師的教學(xué)任務(wù)很繁重，尤其是民辦高職院校的教師，但這些方法都可以在平時的積累中完成，只需平時閱報、聽新聞、上網(wǎng)瀏覽、注意周遭事物，多和同行交流就可以做到。

第4篇：工程流體力學(xué)論文范文

關(guān)鍵詞：全英文課程；計算流體力學(xué)；課程建設(shè)；研究生

中圖分類號：G643 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）33-0221-03

一、引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)全球化潮流，高等教育也在走向國際化。高校與國際接軌的能力決定了其吸引國外高水平師資和優(yōu)秀學(xué)生的能力[1]，進(jìn)一步會影響到所在國的科技水平和國際形象。因此，全英文教學(xué)逐漸成為我國高校研究生教學(xué)改革的重點[2]，并有制度化和常態(tài)化的趨勢。在這種背景下，中國石油大學(xué)（北京）作為唯一一所教育部直屬的石油類高等學(xué)府，已將國際化辦學(xué)提升到了學(xué)校發(fā)展戰(zhàn)略的高度[3]，相繼出臺了聘請外教、接收來華留學(xué)生、提升教師國際化水平、推動全英文課程體系建設(shè)等一系列舉措。作為這一體系中的一環(huán)，計算流體力學(xué)全英文課程在中國石油大學(xué)（北京）機械與儲運工程學(xué)院的大力推進(jìn)下已作為該院的第一門全英文課程開設(shè)起來。計算流體力學(xué)被選為機械與儲運工程學(xué)院的第一門全英文課程與其學(xué)科特點有關(guān)。該院的油氣儲運工程、熱能工程等專業(yè)無論在基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用方面都或多或少需要用到計算流體力學(xué)，且隨著研究生培養(yǎng)質(zhì)量的提高，研究生參加國際會議、發(fā)表高水平國際期刊論文、出國聯(lián)合培養(yǎng)等涉外科研活動日益頻繁。他們在這些活動中能否得到國際同行的高度認(rèn)可，毫無疑問地取決于研究生是否能夠用英語無障礙地與國際同行就專業(yè)領(lǐng)域、研究方向甚至日常生活等方方面面進(jìn)行深入交流，包括英語的聽說讀寫能力甚至更高級的英語思維能力。

然而，用英語進(jìn)行科研活動對于母語非英語國家的學(xué)生來說是一大難題，尤其是我國學(xué)生長期處于單一漢語教學(xué)語境中，到了研究生階段早已習(xí)慣了十幾年的漢語教學(xué)。這使他們進(jìn)入科研工作后也不由自主地傾向于閱讀中文科技文獻(xiàn)、撰寫中文科技論文，大大局限了研究生的視野、局限了原創(chuàng)性成果的傳播范圍，也使他們在開會、畢業(yè)、出國、就業(yè)等壓力下不得不使用英語表達(dá)其科研成果時，往往“張不開嘴”、“下不了筆”，即使勉力為之也經(jīng)常詞不達(dá)意，難以清晰準(zhǔn)確地體現(xiàn)其科研成果的精髓，影響了與國際同行的交流效果。據(jù)筆者調(diào)查，大多數(shù)碩士生會用三分之一甚至更多的時間學(xué)習(xí)英語，博士生中能夠自如地用英文撰寫科技論文的人數(shù)也在少數(shù)，即使一些研究生通過了托福、雅思等英語考試，但是當(dāng)其在生活和科研中使用英文時仍然感覺格格不入、困難重重。

出現(xiàn)上述問題的原因來源于兩方面：一方面，我們給學(xué)生提供的教學(xué)、科研環(huán)境是全漢語的，與專業(yè)知識相關(guān)的詞匯、概念、原理、定律等都只用中文講授，使得學(xué)生在學(xué)習(xí)時已經(jīng)先入為主地把知識與中文綁定了，不知道這些知識地道的英文表達(dá)是什么。另一方面，學(xué)生為了通過各種英語水平考試所進(jìn)行的是泛泛的英語訓(xùn)練，由于缺乏應(yīng)用背景，往往是考試結(jié)束沒多久學(xué)生就把所記的詞匯、語法忘光了，不知道如何把英語用到自己的專業(yè)中形成綜合的英語能力。總之，學(xué)生在教學(xué)、科研、英語這三項活動中做的幾乎是互不相關(guān)的三件事。

解決這一問題的途徑之一就是把專業(yè)知識的教學(xué)環(huán)境改變?yōu)槿⒄Z，把英語有針對性地用到教學(xué)進(jìn)而科研中[4]。因此，以“計算流體力學(xué)”全英文課程建設(shè)為契機，通過一系列的教學(xué)研究，希望探索出一條適合中國學(xué)生實際情況的、行之有效的特色全英文教學(xué)之路，切實提高研究生的專業(yè)英語的全面應(yīng)用能力，進(jìn)而提高其科研創(chuàng)新和國際交流能力。本文針對第一次開課所遇到的問題進(jìn)行了初步探討，為后續(xù)優(yōu)化該課程的設(shè)置提供借鑒。

二、“計算流體力學(xué)”全英文課程課堂教學(xué)分析

為了切實分析出“計算流體力學(xué)”全英文課程的初次授課得失，以利于后續(xù)改進(jìn)提高教學(xué)質(zhì)量，僅從教師本身的經(jīng)驗體會進(jìn)行歸納是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要來自學(xué)生的第一手反饋資料。因此，從課程的時間安排、教學(xué)材料的難度和組織、教學(xué)方式、考核方式4個方面對學(xué)習(xí)了該課程的37名研究生進(jìn)行了問卷調(diào)查（選項間可以多選）。調(diào)查是采用網(wǎng)上下載問卷匿名填寫的方式進(jìn)行的，因此具有較高的可信度。

研究生課程與其他階段學(xué)生的課程最大的不同在于要求在第一年即修完所有課程，為后兩年研究工作的開展打下基礎(chǔ)。其中大部分課程均集中在第一年的第一學(xué)期。新開的“計算流體力學(xué)”全英文課程的時間安排，實質(zhì)上體現(xiàn)了與已有研究生課程的銜接關(guān)系以及學(xué)生的接受程度，而從學(xué)習(xí)者的切身體會去了解最為真實可靠。因此，問卷調(diào)查首先從課程的時間安排入手，結(jié)果示于圖1中。45%的學(xué)生認(rèn)為雖然課程時間安排得太緊湊但是有利于鍛煉英語，也有20%的學(xué)生認(rèn)為時間太緊而影響學(xué)習(xí)效果。出現(xiàn)這種情況的原因主要來自于該門課程目前的授課模式是從國外大學(xué)引進(jìn)外教來講課，外教在國外大學(xué)本身承擔(dān)了科研和教學(xué)工作，因此只能根據(jù)其空余時間來華集中授課（2周），因此授課強度高。但是凡事皆有正反兩面，集中高強度授課對于漢語課程或許不適宜，但是對于英語作為授課語言的課程反而會因為高頻度的語言刺激而使學(xué)生較快掌握專業(yè)英語。這一點從45%的學(xué)生的正面評價即有所反映，從教師課堂上的觀察也得出了相同結(jié)論，即從第2堂課開始學(xué)生已基本擺脫了第1堂課的完全聽不懂的狀態(tài)，掌握了基本的專業(yè)詞匯，從第4堂課開始已有較多學(xué)生能和教師用英語進(jìn)行專業(yè)知識的簡單交流。另有15%的學(xué)生認(rèn)為安排在第一學(xué)期較好因為有利于集中學(xué)習(xí)，20%的學(xué)生認(rèn)為安排在第二學(xué)期較好因為需要一些知識準(zhǔn)備。這兩方面其實也是各有利弊。安排在第一學(xué)期可以和絕大部分研究生課程同時學(xué)習(xí)，減輕后續(xù)學(xué)習(xí)和科研壓力；安排在第二學(xué)期可以在第一學(xué)期已經(jīng)學(xué)習(xí)了張量、數(shù)值傳熱學(xué)等漢語環(huán)境的課程后有較為充分的知識準(zhǔn)備，有助于提高全英文環(huán)境下的學(xué)習(xí)效果，畢竟對于外語來說，內(nèi)容本身越熟悉越容易聽懂[5]。

在教學(xué)內(nèi)容難易度方面（圖2），絕大多數(shù)學(xué)生（96%）反映教學(xué)內(nèi)容偏難偏多，感覺課堂上應(yīng)接不暇（25%）、課下需要較多時間消化吸收（43%），還有一些學(xué)生希望圍繞幾個難易適中、理論與實踐結(jié)合的話題來展開（28%）。就這些問題，經(jīng)過與外教的交流，發(fā)現(xiàn)外教已經(jīng)降低難度并減少內(nèi)容來授課了，這一調(diào)查結(jié)果恰恰反映出中外學(xué)生英語能力差別懸殊。在后續(xù)開課過程中要充分認(rèn)識到這一差別，做到循序漸進(jìn)，逐漸增加難度。另外，由于外教的學(xué)科背景與修習(xí)該課程的學(xué)生不一致，導(dǎo)致了學(xué)生覺得講授內(nèi)容偏理論化，不知如何應(yīng)用于工程。這一點在本校接手該課程后可以著手改善。

在教學(xué)材料適應(yīng)性方面（圖3）主要反映了2個問題：（1）目前的主要教學(xué)材料依靠記錄老師板書而獲得，既熟悉了英文（39%），又部分影響了聽課效果（27%）；（2）給學(xué)生提供的參考教材雖為國外教材，但都是面面俱到地介紹計算流體力學(xué)知識，沒有針對性和側(cè)重點，與課堂教學(xué)內(nèi)容的聯(lián)系也不緊密（21%）。針對這兩個問題，需要對教學(xué)材料進(jìn)行重新組織，挑選適合本專業(yè)特點的教學(xué)材料。

教學(xué)方式包括課堂組織形式（圖4）和語言環(huán)境（圖5）兩個相互關(guān)聯(lián)的方面。絕大多數(shù)學(xué)生對目前的授課形式比較滿意，認(rèn)為引入了國外的授課模式后課堂氛圍輕松，更有利于對知識的吸收（41%），每堂課開始前先讓學(xué)生用英文總結(jié)上節(jié)課內(nèi)容，既復(fù)習(xí)了知識又鍛煉了口語（43%）。這說明學(xué)生對全英文授課模式是認(rèn)可的，并不是僅僅將中文替換為英文的換湯不換藥的形式。具體到語言環(huán)境上，39%的學(xué)生認(rèn)為強制全程使用英文，雖然感覺不適應(yīng)但是避免了對中文翻譯的依賴，直接用英文學(xué)習(xí)知識更有收獲；26%的學(xué)生樂于接受教師邊講課邊書寫的形式，因為聽與看結(jié)合起來更易于聽懂和理解教學(xué)內(nèi)容；28%的學(xué)生希望遇到陌生英文詞匯時教師能用較淺顯的詞匯進(jìn)行解釋，這樣更便于從英文角度直接掌握知識。從圖4和圖5反映出的學(xué)生對于提問和強制使用英文的抵觸情緒，教師一方面應(yīng)堅持原則，另一方面應(yīng)多鼓勵學(xué)生直接使用英文學(xué)習(xí)與交流，疏解學(xué)生的緊張畏難心理。

在課程考核方式方面（圖6），壓倒性的意見（占92%）認(rèn)為目前采用大作業(yè)形式來考核很好，并且大作業(yè)題目本身比較靈活，在解決具體問題時強化了學(xué)習(xí)效果。也有少量呼聲要求在期末大作業(yè)之外增加平時小作業(yè)（3%），以及采用期末考試的形式（5%）?？梢钥紤]以后的考核方式多元化，增加學(xué)習(xí)過程考核，可能會收到更好地教學(xué)效果。

三、“計算流體力學(xué)”全英文課程建設(shè)初步意見

基于以上教學(xué)調(diào)查結(jié)果，將學(xué)生的反饋意見與教師的授課經(jīng)驗結(jié)合，分析得到了以下課程建設(shè)意見：

1.課時安排應(yīng)緊湊適度。總體上該課程應(yīng)安排在數(shù)值傳熱學(xué)、張量基礎(chǔ)等課程之后，使得學(xué)生在中文環(huán)境下預(yù)先掌握一定的計算流體力學(xué)基礎(chǔ)知識，更有利于向全英文環(huán)境的過渡。具體課時安排應(yīng)既不太緊也不太松，以平均每周3次課，每次2課時為宜，使得學(xué)生既能跟上課程進(jìn)度又不會因為上課間隔太長而遺忘已學(xué)的專業(yè)英語。

2.教學(xué)內(nèi)容應(yīng)精挑細(xì)選。應(yīng)該結(jié)合專業(yè)特點，以本專業(yè)工程中的典型案例為背景，圍繞難度適中的常用計算流體力學(xué)方法進(jìn)行講解。不求面面俱到，但求針對性強。建議在完善教學(xué)PPT的基礎(chǔ)上編寫專門用于這門課的講義和教材。

3.教學(xué)方式應(yīng)去中入西。正因為中國學(xué)生長期習(xí)慣于中文課堂的講授式教學(xué)，不需要與教師和同學(xué)進(jìn)行較多的交流，甚至講臺和課桌分別成為了教師和學(xué)生的“堡壘”，才導(dǎo)致容易將這一模式帶入到英文環(huán)境的課堂學(xué)習(xí)中。然而，這一帶入是極其不利的，因為學(xué)生面對的是英文和專業(yè)知識的雙重困難，如不在課堂上進(jìn)行充分地交流，學(xué)習(xí)效果非常有限且專業(yè)英文水平無法得到提高，最終必將陷入“英文阻礙專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，專業(yè)知識反過來阻礙英文的學(xué)習(xí)”這一怪圈。只有教師首先從自身做起，放棄傳統(tǒng)中式課堂的“上下級”教學(xué)模式，引入西式課堂的“平等式”、“開放式”授課模式，通過師生互動、生生交流、英文答辯等形式，才有可能讓學(xué)生樂于在英文環(huán)境下學(xué)習(xí)專業(yè)知識，全面培養(yǎng)專業(yè)背景下的英語綜合能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋培晶，陳紅，胡泊.非英語國家高校開設(shè)全英文授課碩士生培養(yǎng)項目現(xiàn)狀比較分析[J].學(xué)位與研究生教育，2008，（9）.

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[3]林伯韜，林青，龐惠文.石油工程專業(yè)材料力學(xué)全英文課程教學(xué)探索與實踐[J].大學(xué)教育，2016，（1）.

第5篇：工程流體力學(xué)論文范文

2、主要課程：工程力學(xué)、流體力學(xué)、巖土力學(xué)、地基與基礎(chǔ)、工程地質(zhì)學(xué)、工程水文學(xué)、工程制圖、計算機應(yīng)用、建筑材料、混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、工程結(jié)構(gòu)、給水排水工程、施工技術(shù)與管理。

3、主要實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)：包括工程制圖、認(rèn)識實習(xí)、測量實習(xí)、工程地質(zhì)實習(xí)、專業(yè)實習(xí)或生產(chǎn)實習(xí)、結(jié)構(gòu)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計或畢業(yè)論文等，一般安排40周左右。

4、主要專業(yè)實驗：材料力學(xué)實驗、建筑材料實驗、結(jié)構(gòu)試驗、土質(zhì)試驗等。

第6篇：工程流體力學(xué)論文范文

[關(guān)鍵詞] 力學(xué) 學(xué)科 發(fā)展報告

福建省力學(xué)學(xué)科在廣大的省內(nèi)力學(xué)工作者長期不懈努力下，通過與國內(nèi)外同行廣泛交流、相互學(xué)習(xí)，以及不斷從國內(nèi)外引進(jìn)優(yōu)秀力學(xué)人才，近十年來取得不少成果。目前，雖然總體上在國內(nèi)還無法處于先進(jìn)行列，但在某些領(lǐng)域的一些研究成果達(dá)到了國內(nèi)甚至國際先進(jìn)水準(zhǔn)，國內(nèi)影響也日益增加。但是，福建畢竟是力學(xué)小省，從事力學(xué)研究的隊伍很小，真正從事力學(xué)理論、基礎(chǔ)研究的人才更少。迄今，我省高校還沒有設(shè)置力學(xué)專業(yè)，更沒有力學(xué)或航空航天學(xué)院。正因為我們沒有強大的力學(xué)研究隊伍，我們的研究成果不夠系統(tǒng)，也無法形成國內(nèi)外影響力大的研究團(tuán)隊。力學(xué)是目前世界上發(fā)展非?？斓囊粋€學(xué)科，是眾多工程技術(shù)的基礎(chǔ)，其研究成果被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)的航天航空技術(shù)、艦船技術(shù)、兵器技術(shù)、尖端的建筑領(lǐng)域、車輛技術(shù)、機器人技術(shù)、高速精密機床、電子技術(shù)、防震救災(zāi)等等。力學(xué)學(xué)科強的省份，其工程技術(shù)各個領(lǐng)域普遍也強。由于經(jīng)濟(jì)實力有限，福建省同其他一些省市一樣，對力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科重視不夠，導(dǎo)致工程技術(shù)人才隊伍總體素質(zhì)不是很高，研究后勁不足。除了高層建筑、大型橋梁、水庫等事關(guān)國計民生的大項目外，很少見到生產(chǎn)企業(yè)借助力學(xué)尋找疑難問題的答案，或開發(fā)設(shè)計新產(chǎn)品。為此，總結(jié)力學(xué)學(xué)科發(fā)展，不僅僅是有助于本學(xué)科更快更好的發(fā)展，更重要的是促進(jìn)力學(xué)對工業(yè)進(jìn)步的推動作用。此外，還可以幫助年輕的力學(xué)工作者、力學(xué)愛好者，以及政府有關(guān)部門，更快更好了解我省乃至全世界力學(xué)發(fā)展動態(tài)、應(yīng)用與存在的問題，促進(jìn)力學(xué)人才隊伍的發(fā)展壯大。雖然我省力學(xué)人才數(shù)量與培養(yǎng)機制在國內(nèi)處于劣勢，然而，力學(xué)學(xué)科也同其他學(xué)科一樣， 有能力、也期待在海西建設(shè)中發(fā)揮更大的作用、得到更快的發(fā)展。

目前，我省力學(xué)學(xué)科研究領(lǐng)域主要集中固體力學(xué)、流體力學(xué)、計算力學(xué)、機械動力學(xué)與控制、細(xì)觀力學(xué)、實驗力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面。研究內(nèi)容既有理論方面的，也有許多工程實際應(yīng)用的，還有關(guān)于力學(xué)教育的。本學(xué)科報告將根據(jù)上述7個領(lǐng)域展開。

1固體力學(xué)

固體力學(xué)研究變形固體在外界因素（如載荷、溫度、濕度等）作用下受力、變形、流動、斷裂等。包括桿件及理想彈性體變形和破壞；變形固體塑性變形與外力的關(guān)系；細(xì)長桿穩(wěn)定性理論；桿系結(jié)構(gòu)、薄板殼以及它們的組合體；裂紋尖端應(yīng)力場、應(yīng)變場以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律。復(fù)合材料構(gòu)件的力學(xué)性能、變形規(guī)律和設(shè)計準(zhǔn)則。固體力學(xué)不但促進(jìn)了近代土木建筑、機械制造和航空航天等工業(yè)的進(jìn)步和繁榮，而且為廣泛的自然科學(xué)提供了范例或理論基礎(chǔ)[1-2]。大到橋梁、航天航空器、核動力結(jié)構(gòu)，小到計算機芯片、生物組織以及近年來高速發(fā)展的微/納米機械等都需要借助固體力學(xué)理論和方法。

1.1 我省固體力學(xué)研究現(xiàn)狀

1.1.1 斷裂與疲勞方向

通過三點彎曲疲勞試驗，分別跟蹤監(jiān)測了40Cr鋼及它的兩種表面處理試樣疲勞損傷過程，得出了40Cr鋼經(jīng)過兩種表面處理對其疲勞裂紋萌生壽命有顯著影響的結(jié)果，提出了對疲勞裂紋萌生壽命測量的一種新方法[3]。根據(jù)材料對稱循環(huán)持久極限和靜載強度極限，導(dǎo)出任意循環(huán)特征下材料持久極限的估算公式。通過非線性有限元方法對橡膠―鋼球支座的橡膠層與鋼球粘結(jié)界面上及橡膠中間層在扭轉(zhuǎn)載荷作用下存在中心裂紋和環(huán)形邊緣裂紋的情況進(jìn)行了數(shù)值模擬，給出撕裂能與裂紋尺寸、載荷和橡膠層厚度的關(guān)系曲線[4]。針對抽油機井常用油管在循環(huán)載荷作用下的疲勞斷裂問題進(jìn)行了理論與實驗研究。在實測油管載荷譜與應(yīng)變譜的基礎(chǔ)上應(yīng)用彈塑性有限元法計算油管螺紋內(nèi)的應(yīng)力應(yīng)變場，并進(jìn)行了有關(guān)的疲勞實驗，以得到油管的疲勞強度。

* 第一執(zhí)筆人：嚴(yán)世榕，福州大學(xué)車輛振動與電子控制研究所所長、教授。

1.1.2 板殼、薄壁桿件及復(fù)合材料方向

利用群論方法提出周期區(qū)域的分片正交多項式連續(xù)函數(shù)，在周期區(qū)域內(nèi)利用正交分片多項式逼近位移函數(shù)可以大大地降低計算量[5]。推導(dǎo)了一般各向異性板彎曲的積分方程，運用加權(quán)殘數(shù)配點法求解了正交各向異性板彎曲的積分方程。提出了兩種新的近似基本解加權(quán)雙三角級數(shù)廣義各向同性板解析形式的基本解和加權(quán)雙三角級數(shù)的疊加。根據(jù)Timoshenko幾何變形假設(shè)和Boltzmann疊加原理，推導(dǎo)出控制損傷粘彈性Timoshenko中厚板的非線性動力方程以及簡化的Galerkin截斷方程組;然后利用非線性動力系統(tǒng)中的數(shù)值方法求解了簡化方程組[6]。假設(shè)翹曲位移及切向位移的分布函數(shù)，考慮剪切變形的影響，利用最小勢能原理建立了單位均布畸變荷載作用下的薄壁桿件畸變角微分方程[7]。采用一般解法對該畸變角微分方程進(jìn)行求解，并推導(dǎo)求解的初參數(shù)法。采用加權(quán)余量法提出一個簡支工字型梁在橫向荷載作用下臨界荷載的計算公式；利用這個式子算出的值與試驗結(jié)果以及其它數(shù)值方法等得到的結(jié)果吻合得很好，說明文獻(xiàn)[7]提出的公式能迅速、有效地計算薄壁桿件的橫向臨界荷載。以均布荷載下的拋物線鋼管拱為研究對象，在考慮雙重非線性的有限元分析基礎(chǔ)上，提出純壓鋼管拱穩(wěn)定臨界荷載計算的等效柱法[8]。提出了基于桿件連續(xù)分布的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，優(yōu)化結(jié)果不僅更接近理論解，而且克服了理論解的非均勻各向異性材料的制造困難，也完全避免了各種數(shù)值拓?fù)鋬?yōu)化普遍具有的數(shù)值不穩(wěn)定問題[9]。

1.1.3 彈性動力學(xué)方向

分析了一般粘彈結(jié)構(gòu)特征值問題的特點，建立了一般粘彈結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析方法。與粘彈結(jié)構(gòu)已有的模態(tài)分析方法相比，該方法通用于更一般的粘彈結(jié)構(gòu)，在形式上不涉及粘彈本構(gòu)關(guān)系項，并只涉及一種模態(tài)向量[10]。導(dǎo)出了時間步長內(nèi)計算擾動的確定方法，并進(jìn)一步采用同步計算消除計算擾動效應(yīng)和后續(xù)步計算消除計算擾動效應(yīng)，兩種途徑抵消其不利影響?；贒istorted-Born Iterative方法，提出了一種求解彈性波強非線性逆散射問題的迭代方法。在數(shù)值模擬運算時利用矩陣法進(jìn)行離散處理，并采用正則化原理避免求解病態(tài)矩陣方程。應(yīng)用多重尺度法推得從平方非線性振動系統(tǒng)勢能井逃逸的時間。近似勢能法用于克服非線性帶來的困難。推導(dǎo)了系統(tǒng)的運動學(xué)、動力學(xué)方程。分析表明，結(jié)合系統(tǒng)動量及動量矩守恒關(guān)系得到的系統(tǒng)廣義Jacobi關(guān)系為系統(tǒng)慣性參數(shù)的非線性函數(shù)。證明了借助于增廣變量法可以將增廣廣義Jacobi矩陣表示為一組適當(dāng)選擇的慣性參數(shù)的線性函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，給出了系統(tǒng)參數(shù)未知時由空間機械臂末端慣性空間期望軌跡產(chǎn)生機械臂關(guān)節(jié)鉸期望角速度、角加速度的增廣自適應(yīng)控制算法。在高速公路剛架拱實橋動測及單車荷載作用研究基礎(chǔ)上，建立多車荷載激振模型，發(fā)展了研究剛架拱橋車激共振特性的可視化仿真方法，探討剛架拱橋在高速多車荷載作用下的共振條件，分析車距、車速和車數(shù)對豎向瞬態(tài)振動峰值的影響，編制運行多車荷載下振動仿真分析可視化程序。提出了基于壓力傳感器的汽車重心實時監(jiān)測機理的力學(xué)模型。利用該模型能實時監(jiān)測汽車的整車重量、重心位置，提供安全裝載和安全車速監(jiān)測與報警，可為汽車安全系統(tǒng)提供可靠的重心計算力學(xué)模型，為研制汽車重心實時監(jiān)測系統(tǒng)提供了必要參數(shù)與依據(jù)。論述數(shù)值計算中新的小波基無單元方法，即用小波基函數(shù)取代傳統(tǒng)無單元方法中的冪級數(shù)基之后，使無單元法具有了小波變換的局域化和多分辨率等優(yōu)良特性，并能有效地克服有限單元法的網(wǎng)格敏感性和單元之間應(yīng)力不連續(xù)現(xiàn)象，從而不但拓展和豐富了無單元法的理論內(nèi)容，也為其工程應(yīng)用開辟了新的途徑[11]。

1.1.4 工程應(yīng)用

推導(dǎo)了T型截面梁的彎矩-軸力-曲率關(guān)系，提出了分析大偏心體外預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量和梁彎曲性能的通用方法。比較荷載作用前后，轉(zhuǎn)向座和錨具的變形差，計算出體外筋的應(yīng)變和應(yīng)力。因此這一方法考慮了體外筋的變形協(xié)調(diào)條件，同時自動地考慮了體外筋偏心距的損失。以B樣條函數(shù)結(jié)合配點法直接求解框剪間有限個作用力與力矩，導(dǎo)出的遞推公式對任意水平荷載可直接應(yīng)用。采用動力特解邊界元法在時域內(nèi)求解壩-水-地基動力相互作用問題特性，研究了壩體、地基和系統(tǒng)阻尼對壩體的動力特性、動水壓力、動力放大系數(shù)及穩(wěn)定系數(shù)的影響。提出了一種求解柔性多體系統(tǒng)控制方程數(shù)值方法，在每一時間步，利用Newmark-β直接積分法計算迭代初值，基于控制方程及約束方程的泰勒展開，推導(dǎo)出Newton-Raphson迭代公式，對位移及拉格朗日乘子進(jìn)行修正。引用Blajer提出的違約修正方法對數(shù)值積分過程中約束方程的違約進(jìn)行修正。提出了地震作用下摩擦耗能支撐參數(shù)優(yōu)化的一種新的數(shù)學(xué)模型，在給定的幾條地震波作用下，在滿足框架的規(guī)范層間位移角限值要求下，框架各層安裝的耗能支撐剛度之和最小，從而實現(xiàn)安裝較少的耗能裝置而能達(dá)到相同的抗震要求[16]。

1.2 與國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的對比與不足

整體上，我省還沒有建立起幾個系統(tǒng)、穩(wěn)定的固體力學(xué)研究方向。與國內(nèi)外比較尚處于相對落后的研究水平。許多研究領(lǐng)域尚處于空白。系統(tǒng)性、原創(chuàng)性研究成果就更少了。

1.3 國內(nèi)外固體力學(xué)發(fā)展趨勢預(yù)測

固體力學(xué)的研究對象向跨尺度和復(fù)雜性方向發(fā)展；研究手段以跨學(xué)科、交叉性和系統(tǒng)性為特色。 其基本理論以研究力與熱、電、磁、聲、光、化學(xué)及生命領(lǐng)域的相互作用，實現(xiàn)從原子、分子的微觀結(jié)構(gòu)到納米結(jié)構(gòu)、細(xì)觀顯微結(jié)構(gòu)，直至宏觀結(jié)構(gòu)的多尺度關(guān)聯(lián)理論框架的建立。固體力學(xué)可以將地震、邊坡失穩(wěn)、泥石流、礦井崩塌等自然災(zāi)害提煉成為具有群體缺陷、裂紋和裂隙的不連續(xù)、非均勻介質(zhì)的力學(xué)演化過程，預(yù)測和防范突發(fā)災(zāi)害的發(fā)生。固體力學(xué)在陸地和海洋石油勘探采集和輸運、核電技術(shù)、風(fēng)能技術(shù)、高壩技術(shù)和高功率水力發(fā)電技術(shù)、大型工程結(jié)構(gòu)的選址等重大工程中也將發(fā)揮愈來愈重要的作用。集傳感功能和驅(qū)動功能為一體的智能材料和結(jié)構(gòu)蘊含著許多與傳統(tǒng)領(lǐng)域不同的力學(xué)問題。新型材料與結(jié)構(gòu)的多場耦合力學(xué)，包括力－電－磁－熱耦合場基礎(chǔ)理論與體系、破壞理論、智能結(jié)構(gòu)性能等是固體力學(xué)領(lǐng)域充滿生機的研究方向。 利用生物學(xué)和生物技術(shù)來設(shè)計材料與器件將極大地沖擊整個工程界、生物界和醫(yī)學(xué)界。

1.4 我省固體力學(xué)發(fā)展對策

目前普遍強調(diào)工程應(yīng)用的大社會背景對力學(xué)這門基礎(chǔ)性學(xué)科的發(fā)展是極為不利的。鼓勵自由探索，促進(jìn)系統(tǒng)性、原創(chuàng)性、基礎(chǔ)性的研究工作是促進(jìn)力學(xué)學(xué)科發(fā)展的最重要基礎(chǔ)工作。主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）固體力學(xué)作為影響廣泛的重要基礎(chǔ)學(xué)科，需要長期、穩(wěn)定地投入。自由探索和基礎(chǔ)研究是科學(xué)新思想、新理論和新方法的重要源泉。需要以全面發(fā)展的觀點長期穩(wěn)定地處理好基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究和工程需求的關(guān)系，營造在各方面都鼓勵創(chuàng)新的環(huán)境。

（2）人才培養(yǎng)，特別是充分發(fā)揮優(yōu)秀人才作用是力學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要源泉。建立有利于人才培養(yǎng)的長期、公正、公平、合理的科研成果和科技人才評價體系，力學(xué)學(xué)科的科學(xué)研究和人才培養(yǎng)尤其要避免急功近利。各高校在力學(xué)學(xué)科的建設(shè)上不能以其能否直接解決工程實際問題為取舍的依據(jù)，而要以現(xiàn)有人才和研究基礎(chǔ)為依據(jù)。穩(wěn)定、扎實的力學(xué)學(xué)科人才培養(yǎng)可以直接惠及眾多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。

（3）從固體力學(xué)學(xué)科的性質(zhì)、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以及國家需求來看，目前的重要科學(xué)問題和前沿領(lǐng)域主要有：微納米力學(xué)、多尺度力學(xué)與跨尺度關(guān)聯(lián)和計算、新材料與結(jié)構(gòu)的多場耦合力學(xué)、生物材料與仿生材料力學(xué)、科學(xué)與工程計算與軟件、儀器設(shè)備研制及實驗力學(xué)新技術(shù)與新表征方法。國家建設(shè)需求的重要支撐點和應(yīng)用發(fā)展方向主要有：固體強度與破壞力學(xué)、計算力學(xué)軟件、固體力學(xué)在國家安全以及航空航天工程中的應(yīng)用、大型工程結(jié)構(gòu)與工業(yè)裝備的力學(xué)問題、爆炸與沖擊力學(xué)、環(huán)境與災(zāi)害關(guān)鍵力學(xué)問題等。

2流體力學(xué)

2.1 計算流體力學(xué)

流體力學(xué)是力學(xué)的一個分支，它主要研究流體的運動以及流體和其它介質(zhì)間相互作用和流動的規(guī)律。流體涉及面廣，它可以是氣、水，也可以是油或其它流變物質(zhì)。流體力學(xué)在氣象、水文、石油勘探、船舶、飛行器和工業(yè)機械等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。流體力學(xué)數(shù)學(xué)上的描述是著名的Navier-Stokes方程及其各種變化。

空氣動力學(xué)是流體力學(xué)針對空氣運動問題的一個分支，也是流體力學(xué)研究的一個主要內(nèi)容。20世紀(jì)初，飛機的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了空氣動力學(xué)的發(fā)展。航空器的研究需要了解飛行器周圍的壓力分布、飛行器的受力狀況和阻力等問題，這就促進(jìn)了流體力學(xué)在實驗和理論分析方面的發(fā)展。20世紀(jì)中后期，流體力學(xué)開始和其他學(xué)科互相交叉和滲透，形成了新的交學(xué)科，如物理-化學(xué)流體動力學(xué)、磁流體力學(xué)等。

流體力學(xué)研究的手段主要有三：實驗，理論分析，數(shù)值計算。理論分析是根據(jù)流體力學(xué)基本方程，通過數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分析，得出各種定量和定性結(jié)果。由于流體運動的復(fù)雜性，實驗方法在流體力學(xué)中占有重要的地位?，F(xiàn)代流體力學(xué)就是在純理論的古典流體力學(xué)與偏重實驗的古典水力學(xué)結(jié)合后才蓬勃發(fā)展起來的。實驗對于驗證流體運動的基本規(guī)律，測定經(jīng)驗參數(shù)，解釋物理現(xiàn)象均有重要意義。

隨著計算機技術(shù)和各種高效計算方法的發(fā)展，使許多原來無法用理論分析或?qū)嶒炑芯康膹?fù)雜流體問題有了求得數(shù)值解的可能性，形成了“計算流體力學(xué)”學(xué)科。從20世紀(jì)60年代起，在飛行器和其它相關(guān)工程的設(shè)計中，開始大量采用數(shù)值模擬，使得數(shù)值模擬成為與實驗和理論分析相輔相成的一個重要研究手段，并正在成為流體力學(xué)的主要發(fā)展方向。數(shù)值模擬方法特點如下：

①給出流體運動區(qū)域內(nèi)的離散解，而不是一般理論分析方法所關(guān)注的解析解；

②它的發(fā)展與計算機技術(shù)的發(fā)展直接相關(guān)，因為復(fù)雜的流動問題要求大計算量的運算；

③若物理問題的數(shù)學(xué)模型是正確的，則可在較廣泛的流動參數(shù)（如馬赫數(shù)、雷諾數(shù)、氣體性質(zhì)、模型尺度等）范圍內(nèi)研究流體力學(xué)問題，且能給出流場參數(shù)的定量結(jié)果。

廈門大學(xué)在計算流體力學(xué)學(xué)科開展了多方面的研究，其主要研究力量分布在數(shù)學(xué)、海洋、化學(xué)、材料、物理機電等院系，并建立了多套高水平的大型計算服務(wù)器。特別值得一提的工作是：數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院在可壓和不可壓粘性流體數(shù)學(xué)模型的理論探索和高階數(shù)值模擬的研究中取得了具有國際水平的成果，豐富和發(fā)展了下面幾個重要方法:

2.1.1 譜方法（Spectral method）[17-19]。該方法是一類高階方法，它利用整體高階多項式逼近偏微分方程的解。它主要有兩種形式：從弱形式出發(fā)的Galerkin譜方法和從強形式出發(fā)的配點法，它們都可以認(rèn)為是加權(quán)殘差法的特殊形式。其中配點方法更像差分法，它要求在配置點上滿足原方程，與差分法不同的是：它用高階多項式的準(zhǔn)確求導(dǎo)代替了導(dǎo)數(shù)的差分逼近。Galerkin譜方法與有限元方法在原理上類似，都是先將偏微分方程定解問題轉(zhuǎn)化成與之等價的變分形式，然后通過試探函數(shù)和檢驗函數(shù)的選取來逼近解，它們的主要不同在于試探函數(shù)和檢驗函數(shù)的選取以及高維情況下基函數(shù)的構(gòu)造。譜方法的收斂速度取決于解的正則度，當(dāng)解無限光滑時可以達(dá)到指數(shù)階收斂，即比任何代數(shù)階的收斂速度都快，這是譜方法相比差分法和有限元法的一個主要優(yōu)點。

2.1.2 擬譜法和譜元法[20-21]。擬譜方法（Pseudo-spectral method）是一類準(zhǔn)譜方法，可以通過從弱形式出發(fā)的廣義Galerkin譜方法構(gòu)造，也可以由強形式出發(fā)的配點法得到。兩者在某些特殊情形下是等價的，但對絕大多數(shù)問題，配點法無法導(dǎo)出簡潔的弱形式，導(dǎo)致理論分析十分困難。現(xiàn)在配點法正漸漸淡出研究人員的視線?；趶V義Galerkin方法的擬譜方法的構(gòu)造分兩步：首先構(gòu)造問題的Galerkin譜方法，然后利用高精度Gauss型數(shù)值積分近似弱形式中的積分。有別于標(biāo)準(zhǔn)譜方法中使用的正交多項式基，在擬譜方法中，基函數(shù)通常選擇基于數(shù)值積分的Lagrange多項式基，這給計算，尤其是非線性問題的計算帶來了很大的便利。由于Gauss型數(shù)值積分的高精度，在大多數(shù)情形下擬譜方法的收斂速度與譜方法相同。傳統(tǒng)意義下的譜方法對于復(fù)雜區(qū)域的處理能力極其有限，這限制了它的應(yīng)用范圍。20世紀(jì)80年展起來的譜元法（spectral element method）很好地解決了這個問題。譜元法結(jié)合了譜方法和有限元法各自的優(yōu)點，既能處理復(fù)雜的計算區(qū)域，又有譜方法的高精度，它在不可壓流體的計算中取得了很大的成功，如今已是計算流體中最常用的方法之一。譜元法與hp-有限元方法很相似，但兩者在發(fā)展的初期有許多不同點，hp-有限元使用的多項式階數(shù)不高，所使用的基函數(shù)也與譜元法不一樣。不過隨著兩類方法的發(fā)展，它們呈現(xiàn)出越來越多的共同點，有些學(xué)者已把兩類方法歸結(jié)為同一種方法。由于譜方法還具有低耗散，低色散的優(yōu)點，如今它已成為湍流數(shù)值模擬的主要方法。

2.1.3 湍流大渦模擬（Large eddy simulation，LES) [20-22]。 自然界中的流體運動主要有兩種形式，即層流（laminar） 和湍流（turbulence），層流是指流動時流線相互平行的流動，而湍流則是無規(guī)則脈動的，有強的渦旋和摻混性。目前一般的看法是：無論是層流還是湍流，它們都服從Navier-Stokes (NS)方程。由于湍流運動特征尺度的多樣性，一般來說，直接數(shù)值模擬(DNS)僅局限于湍流機理的基礎(chǔ)理論研究和一些較簡單的問題。湍流大渦模擬（LES）是介于DNS和雷諾平均NS(RANS) 之間的一個折衷方法。LES需要的網(wǎng)格點數(shù)比DNS大大減少，這使得它能夠應(yīng)用于許多實際工程計算中。LES僅計算大尺度部分，而亞格子尺度運動（SGS）通過附加模型實現(xiàn)。目前廣泛使用的SGS模型有1963年Smagorinsky 提出的“渦粘性” 模型及其變種，如“尺度相似性” 模型，“動力學(xué)模型”，“代數(shù)渦粘性”模型和“重正化群”模型等，這些模型均在某些特定的情形和適當(dāng)?shù)募僭O(shè)下適用， 且跟所選擇的數(shù)值方法相關(guān)。較新的LES模型包括速度估計模型以及無(顯式)模型的單調(diào)積分LES(MILES)和譜消去粘性（Spectral vanishing viscosity， 即SVV)LES。MILES的基本思想是借助非線性高頻限制器來限制高頻波段上的能量振蕩，可以起到與顯式SGS模型同樣的效果。而SVV-LES是在譜元法框架內(nèi)提出的，其基本思想是通過引入線性高頻粘性項來抑制可解尺度量在截斷頻率附件的震蕩。與其它LES方法相比，SVV-LES簡單且無附加計算量。

3計算力學(xué)

20世紀(jì)50年代，隨著計算機的發(fā)展，計算力學(xué)這個力學(xué)和科學(xué)計算的交叉學(xué)科得到了快速發(fā)展，特別是60年代后有限元法及其相應(yīng)軟件產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使得計算力學(xué)這個新興學(xué)科迅速滲透到土木、水利、機械、航空、電子及生命科學(xué)等各個領(lǐng)域，成為計算機輔助設(shè)計（CAE）的重要核心內(nèi)容，也使得力學(xué)這個傳統(tǒng)的學(xué)科煥發(fā)了新的強盛的生命力。在當(dāng)今科學(xué)研究和工程實踐中， 科學(xué)計算已經(jīng)成為與科學(xué)理論、科學(xué)實驗并行的重要科學(xué)方法。2006年美國自然科學(xué)基金委員會了《基于數(shù)值模擬的工程科學(xué)》的研究報告，明確指出計算力學(xué)和數(shù)值模擬在工程科學(xué)發(fā)展中的重要地位。

近年來我省科技工作者在計算力學(xué)及其工程應(yīng)用方面開展了積極的研究工作，取得了一定的科技成果。在計算力學(xué)方法方面，我省學(xué)者系統(tǒng)地發(fā)展了土木水利、機械、航空航天等領(lǐng)域常見的梁板殼結(jié)構(gòu)的高效無網(wǎng)格分析方法，該方法采用整體坐標(biāo)建立板殼無網(wǎng)格近似，不僅簡便直接，適用于任意復(fù)雜形狀的殼體，并且可以避免參數(shù)變換，大大提高了計算效率。同時該方法利用穩(wěn)定節(jié)點積分構(gòu)造離散方程，兼顧了穩(wěn)定、效率和精度，為快速準(zhǔn)確地分析和設(shè)計這種類型結(jié)構(gòu)提供了一種有效的數(shù)值工具。同時，針對福建省暴雨天氣常見的土質(zhì)邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生的滑坡問題，建立了暴雨條件下土質(zhì)邊坡突發(fā)失穩(wěn)的大變形高效無網(wǎng)格模擬法，該方法可有效模擬失穩(wěn)剪切帶所引發(fā)的邊坡非線性大變形損傷破壞全過程，實現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的高效無網(wǎng)格法全過程仿真分析，可為暴雨條件下邊坡工程的設(shè)計施工、滑坡災(zāi)害的預(yù)報、預(yù)防和加固處理提供理論依據(jù)和指導(dǎo)，有重要的理論和實際工程意義。另外，在雜交元研究方面提出了基于基本變形模式的正交化單元構(gòu)造方法，不僅概念明晰，而且由于不依賴于材料參數(shù)而大大提高了計算效率。并且，在拓?fù)鋬?yōu)化方面提出了類桁架結(jié)構(gòu)連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化方法，有效地避免了棋盤格問題。這些計算力學(xué)方法所取得的研究成果得到了國內(nèi)外同行的引用和認(rèn)可。

在工程應(yīng)用方面，我省學(xué)者對汽車減震及管道密封橡膠構(gòu)件的受力斷裂行為進(jìn)行了非線性有限元和無網(wǎng)格分析和模擬，提出了合理的設(shè)計方案。對于大型土木結(jié)構(gòu)例如大跨橋梁、大壩與深水進(jìn)水塔以及深埋特長隧洞等結(jié)構(gòu)，應(yīng)用有限元法進(jìn)行了動力抗震抗風(fēng)分析，取得了滿意的結(jié)果，提供了有效的工程服務(wù)。另外，應(yīng)用從微觀第一原理到宏觀有限元無網(wǎng)格計算的多尺度高性能計算方法，成功地進(jìn)行了材料微觀設(shè)計。

雖然我省計算力學(xué)研究與應(yīng)用已經(jīng)得到快速發(fā)展，但在國內(nèi)仍然處于相對落后的地位，表現(xiàn)在原創(chuàng)性研究偏少，參與解決工程實際問題不夠。當(dāng)前我省相關(guān)科研工作者應(yīng)抓住海西發(fā)展的大好時機加大科研力度，爭取在高性能計算方法、大規(guī)模工程問題數(shù)值仿真分析、災(zāi)害條件下工程機構(gòu)性能的計算模擬及評估預(yù)防、先進(jìn)的汽車仿真方法與應(yīng)用以及高性能材料計算設(shè)計等方面取得新的突破，同時密切聯(lián)系實際，切實提高解決海西建設(shè)中的工程技術(shù)問題的能力。

4機械動力學(xué)與控制

近年來，福州大學(xué)、廈門大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)、華僑大學(xué)等在機械動力學(xué)與控制方面做了不少工作。我省的機械動力學(xué)與控制在以下幾個方面的研究在國內(nèi)具有較鮮明的特色和一定的影響力。

4.1 機器人系統(tǒng)動力學(xué)與控制問題的研究

福州大學(xué)在單臂、多臂、柔性臂空間機器人系統(tǒng)的運動學(xué)規(guī)劃、動力學(xué)分析及控制系統(tǒng)設(shè)計等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作。他們研究了載體姿態(tài)無擾、末端爪手障礙規(guī)避、機械臂關(guān)節(jié)受限等不同目標(biāo)要求下的多種運動學(xué)規(guī)劃方法。在控制系統(tǒng)設(shè)計方面，分別給出了單、雙臂空間機器人關(guān)節(jié)空間軌跡及末端爪手慣性空間軌跡跟蹤的非線性反饋控制、變結(jié)構(gòu)滑?？刂啤erminal滑?？刂啤⒛：兘Y(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、自適應(yīng)控制、復(fù)合自適應(yīng)控制、終端滑模自適應(yīng)控制、魯棒自適應(yīng)混合控制、自適應(yīng)Backstepping滑?？刂啤⒆赃m應(yīng)模糊滑?？刂?、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動力學(xué)控制、基于速度濾波器的魯棒控制、模糊小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊基函數(shù)自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)補償控制、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前饋控制及閉鏈雙臂空間機器人基于內(nèi)力優(yōu)化配置原則的滑模變結(jié)構(gòu)控制、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模補償控制等一系列相關(guān)的控制方案[23-35]。在柔性臂空間機器人控制系統(tǒng)設(shè)計方面，給出了各類期望運動的Terminal滑?？刂?、Backstepping反演控制、于奇異攝動法的Backstepping反演控制、關(guān)節(jié)運動自適應(yīng)控制及柔性振動的快速實時抑制、運動模糊控制及柔性振動主動抑制、運動魯棒跟蹤控制及柔性振動主動抑制等多種控制方案。其成果以150余篇論文形式，在國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊及會議上發(fā)表與交流。此外，福州大學(xué)還開展了爬墻機器人安全系統(tǒng)的控制研究，對其提出了變結(jié)構(gòu)控制方法、模糊控制方法等[36-37]。

4.2 機械系統(tǒng)動力學(xué)研究

福州大學(xué)針對立井提升系統(tǒng)動力學(xué)與控制、攤鋪機和振動壓路機動力學(xué)分析、以及汽車底盤動力學(xué)控制[38-42]等方面進(jìn)行了系列研究，分析了影響提升設(shè)備動力學(xué)特性的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)、運動參數(shù)，提出了減少其工作過程振動的變結(jié)構(gòu)控制與模糊控制方法；針對高等級道路建設(shè)中重要設(shè)備――攤鋪機的國產(chǎn)化改造與開發(fā)設(shè)計，系統(tǒng)研究了其工作原理、動力學(xué)特性等，建立了相關(guān)的動力學(xué)模型，確定了影響整機正常工作的動力學(xué)特性及其影響因素；為消化吸收并趕超國外先進(jìn)的汽車電子控制技術(shù)，開展了系統(tǒng)的汽車底盤總成的動力學(xué)與電子控制技術(shù)的系列研究，其研究成果有助于相關(guān)新產(chǎn)品的問世或改進(jìn)。福州大學(xué)還對軸向運動弦線橫向振動控制進(jìn)行了多種控制方法的研究[43-46]，其成果可用于指導(dǎo)相應(yīng)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計。

4.3 研究不足與展望

迄今，還沒有系統(tǒng)地將機械動力學(xué)及其控制的研究成果應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)品的更新?lián)Q代中。目前，國內(nèi)急需高精尖機床的開發(fā)技術(shù)與動態(tài)分析優(yōu)化技術(shù)等。我省目前是工程機械大省，但還不是強省，進(jìn)一步提高相關(guān)產(chǎn)品性能與可靠性，仍然需要開展大量的工作。我省的工程機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代（如集成優(yōu)化、計算機智能控制等）、工程機械新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計與分析、汽車整車集成優(yōu)化與設(shè)計分析、新型汽車電子控制系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計、高速設(shè)備性能分析與改進(jìn)、機械設(shè)備計算機智能故障診斷、微型機械產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計等等，均以力學(xué)的分析研究為其成功的關(guān)鍵。

為改變這個落后局面，尤其是海西經(jīng)濟(jì)建設(shè)中更好發(fā)揮力學(xué)的作用，需要政府、企業(yè)、高校等投入更多人力物力，更積極主動地對重要機械產(chǎn)品、大批量生產(chǎn)的機械產(chǎn)品與汽車等開展機械動力學(xué)分析研究，對相關(guān)進(jìn)口軟件進(jìn)行二次開發(fā)或早日開發(fā)出自己的專用機械動力學(xué)分析軟件，以提高企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力與開發(fā)速度。同時增強完善實驗?zāi)芰εc手段，實現(xiàn)對重要機械產(chǎn)品開展動力學(xué)特性實驗，以確保產(chǎn)品性能穩(wěn)定與可靠性。積極利用國內(nèi)外的動力學(xué)研究成果，開展重要設(shè)備、大型設(shè)備、危險設(shè)施或設(shè)備的動態(tài)故障診斷研究，確保這些設(shè)備、設(shè)施安全可靠高效地運行。

5細(xì)觀力學(xué)

細(xì)觀力學(xué)是固體力學(xué)的一大分支，即采用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法分析具有細(xì)觀結(jié)構(gòu)的材料的力學(xué)問題，是固體力學(xué)與材料科學(xué)的交叉學(xué)科，其發(fā)展對固體力學(xué)研究層次的深入以及對材料科學(xué)規(guī)律的定量化表達(dá)都有重要意義。

前幾年我省在細(xì)觀力學(xué)方面的研究進(jìn)展不多，近幾年來才有所發(fā)展。研究主要集中在PZT和PLZT鐵電陶瓷的電致疲勞機理，微觀電疇原位觀測，應(yīng)力、高溫、腐蝕性環(huán)境介質(zhì)等耦合作用下固體材料的微結(jié)構(gòu)和變形斷裂行為的演變規(guī)律等幾個方向：

①根據(jù)鐵電材料自發(fā)應(yīng)變與自發(fā)極化不唯一性，以及晶界的不同取向，提出自發(fā)極化過程中材料能量密度是變形梯度和電位移向量的非凸函數(shù)，從能量角度出發(fā)，導(dǎo)出鐵電鐵彈材料的自極化穩(wěn)定構(gòu)形所應(yīng)滿足的必要條件，利用兩電疇的Gibbs 自由能之差作為疇變方向的判據(jù)，由要求板的Gibbs 函數(shù)最小來確定疇變量的大小。②進(jìn)行了PZT 鐵電陶瓷四點彎曲試樣在交變力、交變電場及機電耦合疲勞作用前后的微裂紋和電疇的觀察，獲得裂紋擴(kuò)展與極化方向，加載類型之間關(guān)系。③發(fā)展了一種原位XRD觀測電疇系統(tǒng)，對電疲勞過程中PLZT鐵電陶瓷試樣表面X射線衍射峰隨疲勞次數(shù)的變化進(jìn)行了原位觀測。同時，利用SEM觀察了疲勞前后試樣的斷口形貌，并系統(tǒng)地進(jìn)行了電場特征和溫度對PLZT試樣電疲勞性能影響的實驗觀測。④基于Raman散射原理，建立原位觀測電疇翻轉(zhuǎn)的Raman測試系統(tǒng)，對三種不同預(yù)極化處理的PLZT試樣在靜電場作用、電循環(huán)作用下的裂紋尖端的疇變行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究；通過原位Raman觀測PLZT材料在準(zhǔn)同型相界附近的相變過程。⑤系統(tǒng)進(jìn)行牛皮質(zhì)骨在拉伸、剪切、撕裂三種載荷類型下的裂紋起裂韌性研究。研究了皮質(zhì)骨中礦物成分對皮質(zhì)骨動態(tài)粘彈性性能的影響，發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)骨中的礦物質(zhì)成分存在將降低膠原纖維的可動性，增強材料的粘彈性特性。⑥對牙齒等生物復(fù)合材料的性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)牙齒具有很明顯的壓電效應(yīng)，壓電性能與濕度和細(xì)管的分布密切相關(guān)。⑦研究在不同保護(hù)氣氛中，不同退火溫度對碳化硅纖維的材料斷裂強度的影響，揭示了微結(jié)構(gòu)的演變和宏觀性能之間的相互關(guān)系。2004年3月29～31日，張穎教授于廈門組織召開了全國細(xì)觀力學(xué)會議，清華大學(xué)，中科院力學(xué)所，浙江大學(xué)，同濟(jì)大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)等國內(nèi)知名高校和研究所的眾多教授、專家參加了本次會議。

細(xì)觀力學(xué)和微納米力學(xué)在全球、全國范圍內(nèi)正在迅速擴(kuò)展和深入，具有多學(xué)科交叉的強烈特征，國際競爭非常激烈。我省學(xué)者在細(xì)觀力學(xué)方面和微納米力學(xué)方面的投入較少，今后應(yīng)該在非線性，動態(tài)，多物理場，跨尺度、尺度效應(yīng)，微納米力學(xué)和器件等方面加大研究投入。

6實驗力學(xué)

1991年，福建省力學(xué)學(xué)會成立了實驗力學(xué)專業(yè)委員會。福建省力學(xué)學(xué)會實驗力學(xué)專業(yè)委員掛靠福州大學(xué)土木工程學(xué)院。

為更好開展實驗力學(xué)工作，經(jīng)過多年多方面努力，我省實驗力學(xué)條件不斷改善。2006年6月福州大學(xué)“工程結(jié)構(gòu)福建省高校重點實驗室”被批準(zhǔn)成立，2008年與臺灣大學(xué)聯(lián)合成立了“福建省海峽兩岸地震工程研究中心”，2008年“土木工程本科實驗教學(xué)中心”獲批“福建省本科實驗教學(xué)示范中心”。2008年福州大學(xué)土木工程學(xué)院實驗中心擁有土木綜合實驗館、工程結(jié)構(gòu)實驗館、巖土及地下工程實驗館、水利工程實驗館等場館，總面積超過1.7萬多平米，現(xiàn)有儀器設(shè)備總價值超過6000萬元。其中裝備的美國MTS大型結(jié)構(gòu)加載系統(tǒng)價值超過1280萬元，共有7個作動器，具備靜載全過程、疲勞、多維擬靜力和多維擬動力試驗功能。此外，正在建設(shè)的“福州大學(xué)地震模擬振動臺三臺陣系統(tǒng)”（價值2500余萬元）包括三個振動臺，其中中間為固定的4m×4m水平三自由度振動臺，兩邊為2.5m×2.5m可移動的水平三自由度振動臺各一個，三個臺在12m32m的基坑內(nèi)呈一直線布置，其中邊臺最大可移動距離10m，可實現(xiàn)多臺同步或異步地震輸入，拓展了地震模擬實驗的空間，該臺陣系統(tǒng)將于2009年12月全面建成投入使用。該臺陣系統(tǒng)的建成將使福州大學(xué)成為目前世界上少數(shù)幾個擁有地震模擬振動臺臺陣的單位之一。

7結(jié)構(gòu)力學(xué)

結(jié)構(gòu)力學(xué)是土木工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，涉及建筑工程、結(jié)構(gòu)工程、道路工程、橋隧工程、水利工程及地下工程等。一方面它以高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)等課程為基礎(chǔ)，另一方面，它又成為鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)抗震等專業(yè)課程的基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)課和專業(yè)課的學(xué)習(xí)中起著承前啟后的關(guān)鍵作用。

為增強基礎(chǔ)教育并提高結(jié)構(gòu)力學(xué)在工程中的應(yīng)用，自上世紀(jì)90年代初，我省高校興起結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)法研究熱潮，把結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)改革推向新的高度，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了模塊結(jié)構(gòu)改革，將結(jié)構(gòu)力學(xué)教學(xué)內(nèi)容歸納為基礎(chǔ)型、擴(kuò)展型和研究型模塊。使用高等教育出版社出版的由龍馭球、李廉錕等教授主編的統(tǒng)編教材的同時，在結(jié)構(gòu)動力學(xué)部分，融入結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、抗震、車激振動等學(xué)科前沿知識，增加了隔震結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)的內(nèi)容，補充和修正了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容中關(guān)于“伴生自由振動”的相關(guān)結(jié)論，實現(xiàn)了與學(xué)生原有知識的有機融合；有兩項重要教研成果：階梯形變截面梁“圖乘貼補簡化”計算方法和剛架拱“考慮二階效應(yīng)影響線”問題引入課堂討論，更新了教學(xué)內(nèi)容。

上世紀(jì)90年代末，我省結(jié)構(gòu)力學(xué)平面教材和多媒體立體化教材建設(shè)取得突破，先后出版了《結(jié)構(gòu)力學(xué)解題與思考》（陳，中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999。2007年該書由煤炭工業(yè)出版社修訂再版）、《廣義結(jié)構(gòu)力學(xué)及其工程應(yīng)用》（陳，中國鐵道出版社，2003）、《結(jié)構(gòu)力學(xué)》（祁皚參編，清華大學(xué)出版社，2006）等。

正如王光遠(yuǎn)院士所指出，結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)科呈現(xiàn)出“從狹義到廣義，從被動到主動，從確定到不確定，并與結(jié)構(gòu)工程滲透融合”的發(fā)展趨勢。我國在力學(xué)領(lǐng)域的理論研究已位居世界先進(jìn)行列，但在應(yīng)用軟件的研制方面落后了一大步，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用軟件寥若晨星。結(jié)構(gòu)力學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)教育與國際先進(jìn)水平接軌，體現(xiàn)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)教育思想；完善教學(xué)資源庫建設(shè)，加強國際教學(xué)交流是當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)工科專業(yè)特點，面向能力培養(yǎng)、面向工程實踐、面向信息時代、面向一流水準(zhǔn)，應(yīng)是我省結(jié)構(gòu)力學(xué)研究與教學(xué)所追求的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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課題組成員：

1、嚴(yán)世榕，福州大學(xué)車輛振動與電子控制研究所所長、教授。

2、周瑞忠，福州大學(xué)土木工程學(xué)院教授（本文顧問）。

3、周克民，華僑大學(xué)土木工程學(xué)院教授。

4、許傳矩，廈門大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院教授。

5、王東東，廈門大學(xué)建筑與土木學(xué)院教授。

6、陳力，福州大學(xué)機械工程學(xué)院教授。

7、周志東，廈門大學(xué)材料學(xué)院副教授。

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第8篇：工程流體力學(xué)論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬試驗；鍋爐原理；教學(xué)；切向燃燒

作者簡介：張維蔚（1978-），女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，講師。（內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）張偉杰（1978-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，中國航天科工集團(tuán)第六研究院，工程師。（內(nèi)蒙古 呼和浩特 010072）

基金項目：本文系內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校基金項目（項目編號：200828）、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)校級教改項目（項目編號：2013028）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）22-0168-02

“鍋爐原理”是熱能與動力工程專業(yè)的主要專業(yè)課之一。該課程以電站煤粉鍋爐為教學(xué)對象，系統(tǒng)地闡述了電站鍋爐的主要系統(tǒng)、主要設(shè)備及工作原理，內(nèi)容包括鍋爐用燃料、煤粉制備系統(tǒng)及設(shè)備、燃燒基本理論及燃燒設(shè)備、鍋爐主要受熱面、蒸汽凈化及鍋爐機組的熱力計算方法等。通過“鍋爐原理”課程教學(xué)可讓學(xué)生認(rèn)識和了解鍋爐，掌握有關(guān)鍋爐的設(shè)備構(gòu)造、工作原理、設(shè)計選型等有關(guān)知識。[1]

“鍋爐原理”是一門經(jīng)典的傳統(tǒng)專業(yè)課程，很多教學(xué)工作者在鍋爐教學(xué)過程中積累了豐富的經(jīng)驗。專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容與基礎(chǔ)課程有所不同，知識點既與基礎(chǔ)課內(nèi)容聯(lián)系，又與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。這就要求課程教學(xué)過程中既能及時地反映相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，又要注重與基礎(chǔ)理論知識結(jié)合。

“鍋爐原理”教學(xué)過程中，如何采用現(xiàn)代教學(xué)手段使學(xué)生更好地了解鍋爐的結(jié)構(gòu)及其工作原理是每一位“鍋爐原理”課程的任課教師所面臨的最棘手的問題。傳統(tǒng)的教學(xué)方式是通過教材的圖片并輔之以語言描述來講解鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理，這種教學(xué)方式對理論的講述較為抽象、不易理解。[2]現(xiàn)代教學(xué)中加入了多媒體教學(xué)、模型教學(xué)等現(xiàn)代教學(xué)手段，在結(jié)構(gòu)講解中起到了較好的效果，但也不能把抽象的理論形象化。

針對這種情況，筆者提出將虛擬試驗應(yīng)用于“鍋爐原理”課程的教學(xué)過程，即利用虛擬試驗將一些較為抽象的理論或者在真實試驗中難以測出的數(shù)據(jù)以圖片的形式展示出來，通過鍋爐結(jié)構(gòu)和工作原理仿真的方式，以增強學(xué)生對鍋爐原理某些知識的認(rèn)識，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，優(yōu)化教師的課堂教學(xué)過程，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

一、虛擬試驗介紹

本文提到的虛擬試驗實際上是使用計算流體力學(xué)軟件來模擬鍋爐中煙氣、工質(zhì)的流動、傳熱等過程，并給出模擬計算的結(jié)果。

計算流體力學(xué)是近代流體力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是一門具有強大生命力的邊緣科學(xué)。它以電子計算機為工具，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學(xué)方法，對流體力學(xué)的各類問題進(jìn)行數(shù)值實驗、計算機模擬和分析研究，以解決各種實際問題。目前只要是與流體、傳熱及化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用，是除了真實試驗之外的“虛擬試驗”，可以給出真實試驗?zāi)軌驕y量到的流體的速度分布、溫度分布、濃度分布等參數(shù)，而這些內(nèi)容也恰好是“鍋爐原理”教學(xué)中涉及到的。采用虛擬試驗方法，可在不做實驗的情況下，仍能形象地向?qū)W生展示鍋爐中煙氣、工質(zhì)等流體真實的流動、傳熱等情況，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、“鍋爐原理”教學(xué)中虛擬試驗的應(yīng)用實例

“鍋爐原理”教學(xué)中涉及煙氣、工質(zhì)流動、傳熱、燃燒的知識點較多，例如爐膛內(nèi)煤粉氣流的燃燒過程、煙道中煙氣的流動、受熱面管內(nèi)工質(zhì)的流動等等。本文以直流燃燒器四角切圓燃燒為例，介紹虛擬試驗在“鍋爐原理”教學(xué)中的應(yīng)用。

直流煤粉燃燒器四角布置切圓燃燒方式是現(xiàn)代大型煤粉鍋爐主要的燃燒方式之一，應(yīng)用非常廣泛。直流燃燒器四角切圓燃燒方式中，燃燒器布置在爐膛四個角上，為便于描述，四個角分別記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，如圖1所示。四個角上布置的直流煤粉燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個穩(wěn)定的強烈旋轉(zhuǎn)火炬，在離心力的作用下，氣流向四周擴(kuò)展，爐膛中心形成真空，即無風(fēng)區(qū)；無風(fēng)區(qū)的外面是氣流強烈旋轉(zhuǎn)的強風(fēng)區(qū)；最是弱風(fēng)區(qū)。不同的區(qū)域由于壓力不同，所以氣流的流動方向是不同的。要充分說明直流煤粉燃燒器四角切圓燃燒方式下爐膛內(nèi)空氣動力特性對燃燒的影響，需要對氣流的流動方式加以分析說明。

本文以虛擬試驗方式介紹的是燃用煙煤的410t/h煤粉鍋爐直流煤粉燃燒器四角切圓燃燒方式下二次風(fēng)形成的爐膛冷態(tài)空氣動力特性。鍋爐的爐膛深度為8.81m，爐膛寬度為9.6m，二次風(fēng)速為40m/s，二次風(fēng)在爐膛中心形成了直徑為85600mm的假想切圓，如圖1所示。

當(dāng)二次風(fēng)速為40m/s時，二次風(fēng)在爐內(nèi)形成的強烈旋轉(zhuǎn)氣流的速度矢量圖和壓力等高線圖如圖2（a）、（b）所示。從圖2（a）可以看出，四個角上布置的燃燒器射出的四股氣流在爐膛中心形成一個穩(wěn)定的強烈旋轉(zhuǎn)火炬。在煤粉氣流實際燃燒過程中，這種流動方式每支氣流都會受到來自上游鄰角氣流的沖擊，會被上游氣流加熱，使之可以著火燃燒，并以此再去點燃下游鄰角的氣流，使相鄰煤粉氣流互相引燃，對煤粉氣流的著火燃燒非常有利。

另外，由于離心力作用，旋轉(zhuǎn)氣流使?fàn)t膛中心的無風(fēng)區(qū)形成負(fù)壓，從圖2（b）可以看出，無風(fēng)區(qū)壓力較周圍區(qū)域要低很多，這樣上、下壓力較高區(qū)域的高溫?zé)煔饩蜁亓鞯酱藚^(qū)域，可以卷席到部分的高溫?zé)煔?，在煤粉氣流實際燃燒過程中對煤粉氣流的著火燃燒也是非常有利的。另外，切圓燃燒方式使煤粉氣流呈螺旋形旋轉(zhuǎn)上升，也延長了煤粉在爐內(nèi)的停留時間。

再以噴口Ⅰ為例，從圖2（a）可以看出，由于四股氣流在爐膛內(nèi)要形成假想切圓，因此氣流從燃燒器噴口噴入爐膛時與相鄰兩壁面夾角并不是相等的，即圖1中的夾角α>β，所以氣流噴入爐膛后卷吸兩側(cè)高溫?zé)煔獾那闆r不同，氣流兩側(cè)的速度矢量分布也不相同。從圖2（a）可以看到氣流從噴口Ⅰ噴出后的速度矢量，夾角α區(qū)域的氣流速度方向是朝向主氣流的，而夾角β區(qū)域的氣流速度方向與主氣流速度方向類似，這充分說明α側(cè)補氣條件比β側(cè)要充分。從圖2（b）也可以看到噴口Ⅰ附近的壓力分布，α側(cè)和β側(cè)的壓力分布也是不同的。

圖1 四角切圓燃燒的爐內(nèi)空氣動力特性圖

圖2 四角切圓燃燒二次風(fēng)速度矢量圖和壓力等高圖

在鍋爐實際運行中，為了使直流煤粉燃燒器四角布置切圓燃燒方式得到良好的爐內(nèi)空氣動力特性，四角配風(fēng)必須均勻。因為相鄰兩角射流相互作用，如果配風(fēng)不均勻會造成切圓位置偏斜。圖3是噴口Ⅱ氣流速度偏低時爐膛內(nèi)的速度矢量圖。由于噴口Ⅱ氣流速度偏低，導(dǎo)致動量降低而使剛性減弱，在噴口Ⅰ的射流作用下偏轉(zhuǎn)增大而有貼近后墻的趨勢，而且這種情況下四股氣流的作用點發(fā)生改變，噴口Ⅳ的射流也有貼近前墻的趨勢。另外，從圖3還可以看出，由于四股氣流速度不同，假想切圓中心位置發(fā)生了明顯偏斜，而且氣流擾動趨勢較圖2也有明顯減弱。這種情況不僅影響燃燒，而且會造成局部水冷壁結(jié)渣。[3]

圖3 噴口Ⅱ氣流速度偏低時爐膛內(nèi)空氣動力特性

通過上述幾張圖，可以清楚、形象地向?qū)W生展示四角切圓燃燒爐膛內(nèi)的空氣動力特性，彌補了語言描述存在的不足，會在學(xué)生心中留下較深刻的印象，有助于加強課堂的教學(xué)效果。上述例子是通過二次風(fēng)形成的空氣動力特性分析了對煤粉氣流燃燒的影響，虛擬試驗中還可以考慮煤粉氣流的流動以及燃燒過程。

三、結(jié)語

課堂教學(xué)過程中，任課教師可將虛擬試驗的試驗結(jié)果以圖片的形式向?qū)W生展示，圖片中有詳細(xì)的流體速度分布、壓力分布或者溫度分布等信息，并可根據(jù)教學(xué)情況改變某些參數(shù)，重新得到試驗結(jié)果。通過這一教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生會對這一部分內(nèi)容中涉及到的流體流動、傳熱等方面的內(nèi)容以及在鍋爐中的應(yīng)用有深刻的認(rèn)識。

本論文僅以直流燃燒器切向燃燒為例介紹了虛擬試驗，除此之外，“鍋爐原理”教學(xué)中這種鍋爐結(jié)構(gòu)與流體流動、傳熱結(jié)合的例子很多，都可采用現(xiàn)代教學(xué)方法結(jié)合虛擬試驗向?qū)W生展示。將虛擬試驗應(yīng)用于熱能與動力工程專業(yè)“鍋爐原理”的教學(xué)過程，將虛擬試驗的試驗結(jié)果和教師的課堂講授有機結(jié)合，可使抽象的內(nèi)容具體、形象化，有效地調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另外，也可以使任課教師有效地組織教學(xué)活動，提升課堂教學(xué)效果。這樣不僅使學(xué)生對鍋爐結(jié)構(gòu)有深刻的認(rèn)識，還可以與專業(yè)基礎(chǔ)課緊密結(jié)合，為電力系統(tǒng)培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實、實踐能力強的優(yōu)秀人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉江明.電廠鍋爐原理及設(shè)備[M].北京：中國電力出版社，2008.

第9篇：工程流體力學(xué)論文范文

論文關(guān)鍵詞數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)數(shù)控改造

論文摘要隨著液壓伺服控制技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓伺服系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，隨之液壓伺服控制也出現(xiàn)了一些新的特點，基于此對于液壓伺服系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行研究，并進(jìn)一步探討液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向，以期能夠?qū)τ谙嚓P(guān)工作人員提供參考。

一、引言

液壓控制技術(shù)是以流體力學(xué)、液壓傳動和液力傳動為基礎(chǔ)，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論、模糊控制理論，將計算機技術(shù)、集成傳感器技術(shù)應(yīng)用到液壓技術(shù)和電子技術(shù)中，為實現(xiàn)機械工程自動化或生產(chǎn)現(xiàn)代化而發(fā)展起來的一門技術(shù)，它廣泛的應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)，在農(nóng)業(yè)、化工、輕紡、交通運輸、機械制造中都有廣泛的應(yīng)用，尤其在高、新、尖裝備中更為突出。隨著機電一體化的進(jìn)程不斷加快，技術(shù)裝各的工作精度、響應(yīng)速度和自動化程度的要求不斷提高，對液壓控制技術(shù)的要求也越來越高，文章基于此，首先分析了液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點，并進(jìn)一步探討了液壓傳動的優(yōu)點和缺點和改造方向。

二、液壓伺服控制系統(tǒng)原理

目前以高壓液體作為驅(qū)動源的伺服系統(tǒng)在各行各業(yè)應(yīng)用十分的廣泛，液壓伺服控制具有以下優(yōu)點：易于實現(xiàn)直線運動的速度位移及力控制，驅(qū)動力、力矩和功率大，尺寸小重量輕，加速性能好，響應(yīng)速度快，控制精度高，穩(wěn)定性容易保證等。

液壓伺服控制系統(tǒng)的工作特點：(1)在系統(tǒng)的輸出和輸入之間存在反饋連接，從而組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋介質(zhì)可以是機械的，電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。(2)系統(tǒng)的主反饋是負(fù)反饋，即反饋信號與輸入信號相反，兩者相比較得偏差信號控制液壓能源，輸入到液壓元件的能量，使其向減小偏差的方向移動，既以偏差來減小偏差。(3)系統(tǒng)的輸入信號的功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率可以達(dá)到很大。因此它是一個功率放大裝置，功率放大所需的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)伺服系統(tǒng)偏差大小自動進(jìn)行的。

綜上所述，液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理就是流體動力的反饋控制。即利用反饋連接得到偏差信號，再利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與希望值相符。

在液壓伺服控制系統(tǒng)中，控制信號的形式有機液伺服系統(tǒng)、電液伺服系統(tǒng)和氣液伺服系統(tǒng)。機液伺服系統(tǒng)中系統(tǒng)的給定、反饋和比較環(huán)節(jié)采用機械構(gòu)件，常用機舵面操縱系統(tǒng)、汽車轉(zhuǎn)向裝置和液壓仿形機床及工程機械。但反饋機構(gòu)中的摩擦、間隙和慣性會對系統(tǒng)精度產(chǎn)生不利影響。電液伺服系統(tǒng)中誤差信號的檢測、校正和初始放大采用電氣和電子元件或計算機，形成模擬伺服系統(tǒng)、數(shù)字伺服系統(tǒng)或數(shù)字模擬混合伺服系統(tǒng)。電液伺服系統(tǒng)具有控制精度高、響應(yīng)速度高、信號處理靈活和應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，可以組成位置、速度和力等方面的伺服系統(tǒng)。

三、液壓傳動帕優(yōu)點和缺點

液壓傳動系統(tǒng)的主要優(yōu)點液壓傳動之所以能得到廣泛的應(yīng)用，是因為它與機械傳動、電氣傳動相比，具有以下主要優(yōu)點：

1液壓傳動是由油路連接，借助油管的連接可以方便靈活的布置傳動機構(gòu)，這是比機械傳動優(yōu)越的地方。例如，在井下抽取石油的泵可采用液壓傳動來驅(qū)動，以克服長驅(qū)動軸效率低的缺點。由于液壓缸的推力很大，且容易布置。在挖掘機等重型工程機械上已基本取代了老式的機械傳動，不僅操作方便，而且外形美觀大方。

2液壓傳動裝置的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。例如相同功率液壓馬達(dá)的體積為電動機的12％～13％。液壓泵和液壓馬達(dá)單位功率的體積目前是發(fā)電機和電動機的1／10，可在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速。借助閥或變量泵、變量馬達(dá)可實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍可達(dá)1：2000，并可在液壓裝置運行的過程中進(jìn)行調(diào)速。3傳遞運動均勻平穩(wěn)，負(fù)載變化時速度較穩(wěn)定。因此，金屬切削機床中磨床的傳動現(xiàn)在幾乎都采用液壓傳動。液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)，使用安全、可靠，不會因過載而造成主件損壞：各液壓元件能同時自行，因此使用壽命長。液壓傳動容易實現(xiàn)自動化。借助于各種控制閥，特別是采用液壓控制和電氣控制結(jié)合使用時，能很容易的實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)，而且可以實現(xiàn)遙控。液壓元件己實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、和通用化，便于設(shè)計、制造和推廣使用。

液壓傳動系統(tǒng)的主要缺點：1液壓系統(tǒng)的漏油等因素，影響運動的平穩(wěn)性和正確性，使液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比：2液壓傳動對油溫的變化比較敏感，溫度變化時，液體勃性變化引起運動特性變化，使工作穩(wěn)定性受到影響，所以不宜在溫度變化很大的環(huán)境條件下工作：3為了減少泄漏以及滿足某些性能上的要求，液壓元件制造和裝配精度要求比較高，加工工藝比較復(fù)雜。液壓傳動要求有單獨的能源，不像電源那樣使用方便。液壓系統(tǒng)發(fā)生的故障不易檢查和排除。

總之，液壓傳動的優(yōu)點是主要的，隨著設(shè)計制造和使用水平的不斷提高，有些缺點正在逐步加以克服。

四、機床數(shù)控改造方向

(一)加工精度。精度是機床必須保證的一項性能指標(biāo)。位置伺服控制系統(tǒng)的位置精度在很大程度上決定了數(shù)控機床的加工精度。因此位置精度是一個極為重要的指標(biāo)。為了保證有足夠的位置精度，一方面是正確選擇系統(tǒng)中開環(huán)放大倍數(shù)的大小，另一方面是對位置檢測元件提出精度的要求。因為在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，對于檢測元件本身的誤差和被檢測量的偏差是很難區(qū)分出來的，反饋檢測元件的精度對系統(tǒng)的精度常常起著決定性的作用。在設(shè)計數(shù)控機床、尤其是高精度或太中型數(shù)控機床時，必須精心選用檢測元件。所選擇的測量系統(tǒng)的分辨率或脈沖當(dāng)量，一般要求比加工精度高一個數(shù)量級?？傊?，高精度的控制系統(tǒng)必須有高精度的檢測元件作為保證。

(二)先局部后整體。確定改造步驟時，應(yīng)把整個電氣設(shè)備部分改造先分成若干個子系統(tǒng)進(jìn)行，如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、主軸、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強電部分等，待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯。在每個子系統(tǒng)工作中，應(yīng)先做技術(shù)性較低的、工作量較大的工作，然后做技術(shù)性高的、要求精細(xì)的工作，做到先易后難、先局部后整體，有條不紊、循序漸進(jìn)。

(三)提高可靠性。數(shù)控機床是一種高精度、高效率的自動化設(shè)備，如果發(fā)生故障其損失就更大，所以提高數(shù)控機床的可靠性就顯得尤為重要?？煽慷仁窃u價可靠性的主要定量指標(biāo)之一，其定義為：產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。對數(shù)控機床來說，它的規(guī)定條件是指其環(huán)境條件、工作條件及工作方式等，例如溫度、濕度、振動、電源、干擾強度和操作規(guī)程等。這里的功能主要指數(shù)控機床的使用功能，例如數(shù)控機床的各種機能，伺服性能等。