1. 結(jié)合港口、海岸及近海工程學(xué)科建設(shè)進(jìn)行
該課程是一門(mén)工科專(zhuān)業(yè)研究生的一門(mén)學(xué)位基礎(chǔ)課程,國(guó)內(nèi)外一般都是為陸地上土建專(zhuān)業(yè)、機(jī)械等方面的固體力學(xué)專(zhuān)業(yè)的研究生開(kāi)設(shè)的。專(zhuān)門(mén)為港口、海岸及近海工程專(zhuān)業(yè)研究生開(kāi)設(shè)的少。從上課的內(nèi)容看,理論方面的內(nèi)容多,實(shí)際應(yīng)用方面的內(nèi)容少。
作者所在的“港口、海岸及近海工程”學(xué)科于2009年5月獲得上海海事大學(xué)校級(jí)重點(diǎn)學(xué)科,申請(qǐng)人為該重點(diǎn)學(xué)科幾位學(xué)科帶頭人之一。作者所做的有關(guān)重點(diǎn)學(xué)科方面的研究也就集中在該課程“彈塑性力學(xué)”的主要內(nèi)容。因此,該門(mén)課程的發(fā)展對(duì)“港口、海岸及近海工程”這一重點(diǎn)學(xué)科的建設(shè)也有重要的作用。
港口、海岸及近海工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生的研究方向都是港工結(jié)構(gòu)、巖土工程、巖土與結(jié)構(gòu)相互作用、結(jié)構(gòu)與波浪相互作用等方面,其實(shí)它們都是該課程“彈塑性力學(xué)”的內(nèi)容。因此,這門(mén)課是研究生從事研究工作的基礎(chǔ),學(xué)生把這門(mén)課學(xué)好了,對(duì)他們碩士論文的完成有重要作用。因此,該門(mén)課程對(duì)提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量有重要意義。
2. 以本教研室已購(gòu)買(mǎi)的大型通用有限元軟件ABAQUS、Fluent作為彈塑性力學(xué)計(jì)算工具
ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件,其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。 ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類(lèi)型的材料模型庫(kù),可以模擬典型工程材料的性能,其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料,作為通用的模擬工具, ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)(應(yīng)力、位移)問(wèn)題,還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問(wèn)題,例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析(流體滲透、應(yīng)力耦合分析)及壓電介質(zhì)分析。
ABAQUS 對(duì)某些特殊問(wèn)題還提供了專(zhuān)用模塊來(lái)加以解決。ABAQUS 被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問(wèn)題和模擬高度非線性問(wèn)題。
CFD商業(yè)軟件FLUENT是通用CFD軟件包,用來(lái)模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù),因而FLUENT能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型,使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動(dòng)/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。目前與FLUENT配合最好的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格軟件是ICEM,而不是早已過(guò)時(shí)的GAMBIT。
3. 教學(xué)內(nèi)容建設(shè)
彈塑性力學(xué)課程的建設(shè)目標(biāo)總的來(lái)說(shuō)就是以現(xiàn)代教育理念為指導(dǎo),以培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才為目標(biāo),整合提升教學(xué)資源的質(zhì)量,創(chuàng)新教育模式,加快研究生課程體系和教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化步伐,構(gòu)建研究生自主型、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的模式。按照教育部“一流教師隊(duì)伍、一流教學(xué)內(nèi)容、一流教學(xué)方法、一流教材、一流教學(xué)管理”的精品課程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),力爭(zhēng)建成反映學(xué)科發(fā)展前沿和教學(xué)改革成果的研究生精品課程,全面提升研究生教育的質(zhì)量和水平。
在教學(xué)內(nèi)容的建設(shè)目標(biāo)應(yīng)使教學(xué)內(nèi)容能反映學(xué)科前沿的科學(xué)技術(shù)成果,采用現(xiàn)代化教學(xué)方式,教學(xué)過(guò)程中貫穿創(chuàng)新方法和科學(xué)思維。
(1)調(diào)整和優(yōu)化原來(lái)的教學(xué)內(nèi)容
突出最基本的原理和理論:具體包括彈塑性力學(xué)的三大假設(shè)、一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)或應(yīng)力空間、三維應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力、應(yīng)力莫爾圓、應(yīng)力橢球、主偏應(yīng)力、平衡微分方程、一點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)、應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系、應(yīng)變張量、應(yīng)變協(xié)調(diào)方程、彈塑性本構(gòu)方程、屈服條件、塑性理論、增量理論、流動(dòng)理論。
增強(qiáng)屈服、應(yīng)力空間、本構(gòu)模型方面的內(nèi)容:屈服面或屈服準(zhǔn)則、應(yīng)力空間、本構(gòu)模型是最基本的理論方面的內(nèi)容,除了突出之外,還要增強(qiáng)這三方面的教學(xué)內(nèi)容。
突出彈塑性力學(xué)在實(shí)際工程中的應(yīng)用,特別是突出彈塑性力學(xué)在港口、海岸與近海工程中的應(yīng)用方面的內(nèi)容。
要突出彈塑性力學(xué)在巖土工程、邊坡工程、建筑工程、橋梁工程中的應(yīng)用,特別要彈塑性力學(xué)在港口、海岸與近海工程中的應(yīng)用,具體包括高樁碼頭、板樁碼頭、重力式碼頭、海洋平臺(tái)、海洋樁桶基礎(chǔ)等。
(2)教學(xué)內(nèi)容要及時(shí)吸收本課程領(lǐng)域最新的研究成果
通過(guò)查看最新的國(guó)內(nèi)外期刊、會(huì)議論文等文獻(xiàn),搜集彈塑性力學(xué)領(lǐng)域的最新研究成果,并將之融入到教學(xué)內(nèi)容中。
4. 教學(xué)方法和手段
在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,采用靈活多變的教學(xué)方法,注重教學(xué)方法的合理使用,采用課堂常規(guī)教學(xué)、多媒體教學(xué)、課后質(zhì)疑與自學(xué)等多種方法結(jié)合。有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,變被動(dòng)聽(tīng)講為課堂互動(dòng),促使學(xué)生積極思考,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能和主觀能動(dòng)性,提高教學(xué)效果和對(duì)學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力的培養(yǎng)。在理論課的教學(xué)中,有步驟、有計(jì)劃的引入先進(jìn)的現(xiàn)代教育技術(shù),制作本課程的多媒體電子課件,通過(guò)傳統(tǒng)教學(xué)方法和多媒體教學(xué)的有機(jī)結(jié)合,提高教學(xué)效率和教學(xué)效果。
教學(xué)手段方面,一是充分利用多媒體的優(yōu)勢(shì),避免通篇繁瑣的文字內(nèi)容,有內(nèi)容詳實(shí)、圖文并茂、版面活潑,使學(xué)生易于接受的特點(diǎn),同時(shí)有較多的照片和影像學(xué)資料。二是傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代信息技術(shù)手段結(jié)合。借助于現(xiàn)代信息技術(shù)手段是必然趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,要對(duì)多媒體課件教學(xué)要全面的理解和應(yīng)用。多媒體對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的理解形象、直觀,對(duì)基本概念的理解起到了較好的效果,但對(duì)于公式推導(dǎo)部分等方面的教學(xué)內(nèi)容,學(xué)生的思維難以適應(yīng)多媒體教學(xué)進(jìn)度和思路。在教學(xué)中可采用傳統(tǒng)的教學(xué)與多媒體教學(xué)相互結(jié)合,互相補(bǔ)充,有效地解決教學(xué)學(xué)時(shí)和教學(xué)效果的矛盾。
資助項(xiàng)目:上海海事大學(xué)第六期研究生精品課程(彈塑性力學(xué))建設(shè)項(xiàng)目,編號(hào)201401
(作者單位:上海海事大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院)