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系统动力学的理论基础范文1
j.d.walecka 著
我们对于物理世界的理解在20世纪发生了一场革命，从“经典物理”进入了“现代物理”时代。经过一个多世纪的蓬勃发展，现代物理学及其衍生的各个分支学科的广泛应用，不仅使我们对于自然规律的理解和认识的深度和广度远远超出了人们的想象，也使当今社会的科学技术水平及人类的生活面貌发生了巨大变化。本书对现代物理的几个重要领域的理论基础给出了简明扼要的高水平的阐述。
本书作者是一位著名的核物理学家，1986—1992年担任连续电子束加速器设备(cbaf)的科学主任，并被授予杰出教授，同时是斯坦福大学和威廉一玛丽学院的名誉教授，曾荣获弗吉尼亚终身科学成就奖。在长期从事现代物理教学与科研的基础上，撰写了《现代物理导论：理论基础》并于2008年由世界科学出版社出版。该书用了不长的篇幅对于量子力学、原子物理、核物理、粒子物理、狭义与广义相对论、量子流体以及量子场论等现代物理各个分支学科的理论基础作了非常简明的介绍。本书是在该书的基础之上撰写的提高版(前一本被作者称为卷1，而本书称为卷2)，旨在对那些非常优秀的学生扩充他们在卷1中所学到的现代物理理论基础的范围，运用更抽象的现代数学工具，研习通常不得不通过几门课才能获取的内容。使学生能用统一的观念面对需要解决的现代物理问题。
作为对卷1的补充与提高，本书侧重以下几个论题：量子力学的重新表述、角动量、散射理论、拉格朗日场论、对称性、费曼规则、量子电动力学(包括高阶贡献)、路径积分、以及量子系统的正则变换等。
转贴于
包括了175个习题，以增强和扩充覆盖的范围。
全书内容共分12章，各章的标题分别为：1.引言；2.量子力学(重新表述)；3.角动量；4.散射理论；5.拉格朗日场论；6.对称性；7.费曼规则；8.量子电动力学(qed)；9.高阶过程；10.路径积分；11.量子系统的正则变换；12.习题。
系统动力学的理论基础范文2
关键词：机械专业；分析力学；教学内容；授课方法
中图分类号：O342 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0174-02
一、分析力学课程特点和内容
分析力学是经典力学的一个分支，其严格定义目前尚未有一致性结论[1]。一般认为分析力学是以广义坐标为手段，虚位移原理和动力学普遍方程为理论基础，运用数学分析的方法研究力学问题的一门学科[2]。1788年，拉格朗日重要著作《Mécanique Analytique》的出版，标志着分析力学的初步形成。之后在各国学者的推动下，分析力学取得了长足的发展，并且有了更丰富的内涵和外延。
分析力学学科具有以下特点：（1）以标量的“能量”以及广义坐标、广义力为中心；（2）不考虑理想约束力，因此比起牛顿力学，更适于处理约束系统；（3）高度数学化，有理论深度；（4）应用广泛，已超出经典力学范畴。
分析力学学科包含如下内容：拉格朗日力学、哈密顿力学、动力学变分原理、微振动理论、刚体动力学、天体力学、稳定性理论、Noether定理、Birkhoff系统、几何力学等。其中，传统工科分析力学的授课内容一般为前三部分，而理科分析力学的内容要更为广泛一些。
二、机械专业分析力学课程存在的问题
对于机械专业来讲，其研究对象为受约束的机构，研究内容为机械振动和机构动力学等。对于机械振动，分析力学可使其建模方法更加规范化；对于机构动力学，由于其存在大量的约束，采用分析力学方法建模更加便捷。因此，机械专业分析力学课程的开展是非常必要的。
目前对于机械专业的分析力学课程，还存在一些值得探讨的问题。首先，这门课程一般只作为选修课，课时有限，授课时必须有所取舍和侧重；其次，工科学生的数学基础相对理科学生略显薄弱，但课程中存在一些数学背景深厚的概念，因此需要在课程的严谨性和易懂性之间取得一定的平衡；最后，分析力学即使在力学课程中也是一门基础学科，因此在授课时应注意将其知识与其他力学课程中的知识串联在一起，而不是孤立地讲授。
下文针对这些问题，讨论了机械专业分析力学课程内容的设置，并阐述了笔者在讲解一些重要内容和知识点时相比传统的授课方法进行的具体改进。
三、机械专业分析力学课程的内容设置和讲授方法
上文提到，机械专业分析力学的应用领域主要在结构和机构动力学，因此，课程的设置应偏重于拉格朗日力学，尤其是第二类拉格朗日方程。
（一）第一章 绪论
讲述近代力学发展史、分析力学的大致定义、分析力学的特点。在近代力学发展史讲授中，要突出分析力学尤其是拉格朗日力学的地位，提高学生对课程的重视性。讲述分析力学特点时，要明确指出其最大特点是适合处理约束系统，以区别理论力学所学的知识。
（二）第二章 分析运动学
这部分属于基础知识，授课内容灵活性不大，讲授内容包括：约束、等时变分、虚位移和自由度、广义坐标、运动学问题的分析法。
对于第一部分约束，笔者相比其他一些传统教材，加入了判断微分约束是否可积的方法。因为学生在接触到微分约束不一定是非完整约束这个结论的时候，很自然地会产生一个问题：究竟哪些微分约束才是可积的？该部分的内容填补了这个空白。
第二部分内容等时变分实际上在这里讲授显得较早，但是该部分内容作为基础，可以使得下一部分内容虚位移中变分符号的出现不显得太过突兀。另外通过学习变分的运算法则，学生才能够从坐标的约束方程得到各虚位移之间的约束方程。
第三部分内容与传统授课相比，笔者主要针对自由度这个概念将学生所学知识横向比较。对于自由度的概念，学生在许多课程中都有学习，但不同课程由于研究对象不同，对其定义也会有所偏差。例如，振动力学由于不涉及非完整约束，就可以把自由度定义为描述系统位形的最少坐标数。另外还要对学生强调，自由度数与所研究的问题侧重点有关，例如四连杆机构有一个自由度，但如果考虑连杆的弹性振动，则有无限个自由度。
第五部分内容运动学问题的分析法是大部分传统教材所没有的，内容主要参考了教材[3]。通过学习这部分内容可以基于坐标之间的关系得到速度之间的关系，避免了采用理论力学的基点法。这样一来，即使学生理论力学基础较差，也不会太过影响这门课程的学习。
（三）第三章分析静力学
这部分内容设置灵活性同样不大，讲授内容包括：广义力、虚位移原理、拉格朗日-狄里克雷定理。
第二部分虚位移原理的使用范围本应是“理想约束、双面约束、实位移是虚位移中的一个”。但是学生对于“实位移是虚位移中的一个”这个表述一般不易理解。因此可以放宽为“理想约束、双面约束、定常约束”，这样并不影响学生应用该原理。对于例题的设置，可以选用一些材料力学和结构力学求解梁支座约束力的题目，以体现分析力学的基础性。
第三部分拉格朗日-狄里克雷定理是虚位移原理在保守系统中的具体应用。对于平衡稳定性的概念，可以引入材料力学的压杆稳定性和流体力学中绕流物体的稳定性进行类比，使学生认识到这是一个具有普遍意义的概念。
（四）第四章分析动力学
传统分析动力学需要讲授哈密顿正则方程及相关概念，但是哈密顿正则方程主要优势在于研究物理领域，对于机械振动和机构动力学，正则方程用处较小。而正则方程延伸出的诸多概念如正则变换、泊松括号等，学生学习起来太过抽象。因此笔者认为机械专业可以不讲授哈密顿正则方程相关内容。因此这一章的讲授内容包括：动力学普遍方程、第二类拉格朗日方程、动能的结构、微振动、初次积分、第一类拉格朗日方程、Routh方程。
本章第二部分第二类拉格朗日方程是分析力学课程最重要的内容。第二类拉格朗日方程的推导过程较为烦琐，学生会感到枯燥，但仍然不可或缺。因为这部分公式的推导为接下来的内容如动能的结构、初次积分等打下了基础，同时对学生的逻辑思维能力也是一个提升。在例题方面，笔者建议设置一些电路系统和机电耦合系统，这样可以使学生意识到该方程的普适性。另外，学生在学习这部分内容时，常犯的一类错误就是眼高手低，尤其是求导、正负号等很容易出错。因此一定要让学生独立完成一定量的课堂练习。
第三部分内容动能的结构虽然略显抽象，但考虑到旋转机械动力学是机械领域的一个重要研究方向，仍然有必要进行讲授。这部分内容也为第四和第五部分内容打下了基础。
第四部分内容微振动主要讲授如何得到非线性振动的线性化方程。笔者发现在许多工科的振动力学教材中，虽然都提到了把动能写成速度的二次型，势能展开为坐标的二次型，就可以得到线性化的振动方程，但并没有给出一种规范的方法，因此添加了这部分内容。这部分内容主要参考了理科教材[4]。
第五部分内容是分析力学求解动力学方程的古典方法。虽然目前求解动力学方程往往采用数值方法，但并不代表该部分内容就不重要了，因为初次积分代表系统存在守恒量，在一些特殊条件下代表具体的力学量的守恒，如能量守恒、角动量守恒等，具有明确的物理意义，而不仅仅是数学上的抽象概念。另外需要对学生强调初次积分和约束的区别，虽然形式相似，但前者是由动力学方程得到的，而后者是纯粹的运动学概念。
（四）第五章动力学变分原理
动力学存在多种形式的变分原理，笔者在授课时只选择了工程中常用的两个变分原理，一是高斯最小拘束原理，二是哈密顿原理。前者在机构分析中应用较多，而后者在弹性振动中应用广泛。这一章的讲授内容包括：高斯原理、泛函与变分法、哈密顿原理。
第二部分泛函与变分法的讲授主要是为哈密顿原理打基础。虽然学生只需记住公式便可运用哈密顿原理，但实际上对于接触最多的有限自由度系统，直接使用第二类拉格朗日方程会比哈密顿原理方便得多，因此哈密顿原理主要是讲述一种思想而非具体方法，所以一定要讲授泛函和变分法的概念。对于哈密顿原理，其泛函的宗量较为抽象，可以引入简支梁的应变能（宗量为挠度）作为类比，便于学生理解。
第三部分的哈密顿原理与第二类拉格朗日方程等价，但使用起来需要分部积分，没有直接采用后者方便，学生往往会有一种印象，认为哈密顿原理用处不大。因此笔者授课时引入了简支梁的振动方程作为例题，虽然推导过程比较烦琐，但可以使学生了解到，哈密顿原理可以处理第二类拉格朗日方程不能处理的问题，而不仅仅是数学形式上更简洁。
四、结论
分析力学作为一门古老的学科，内涵外延非常丰富，针对不同本科专业的授课内容应具有不同的侧重点，授课方式也应有所不同。本文针对机械专业分析力学课程存在的一些问题，阐述了教学内容和方法上的具体改进。在教学内容中，充分考虑机械专业工科特点，删减了一些偏理科专业的内容。在教学方法上，一方面注重与其他课程的联系，突出分析力学的基础性。另一方面兼顾了课程的严谨性和学生的理解能力。实践证明收到了良好的教学效果。
参考文献：
[1]梅凤翔.分析力学的定义和内容――分析力学札记之二十五[J].力学与实践，2015，37（2）：238-242.
[2]力学词典编辑部.力学词典[M].北京：中国大百科全书出版社，1990.
系统动力学的理论基础范文3
论文摘要:对飞行器设计专业必修课《飞行力学》课程教学实践进行探索，旨在寻找更好的教学改革方法，培养学生实际工作能力和创新能力。为培养新型航空人才提供良好的教学环境和教学方法。
《飞行力学》是研究飞行器在大气层内运动规律的学科，是以空气动力学，刚体力学、结构力学、控制理论和计算数学等作为主要理论基础，对飞行器动力学特性进行综合的学科[1]。《飞行力学》课程是飞行器专业的专业主干课程，理论和实践性都很强，通过本课程的学习，应使学生了解飞行器运动的基本特性和飞机的飞行品质问题，掌握相应的数学建模与处理方法，初步掌握一般飞行器设计规律，获得解决工程实际问题基本能力，同时培养科学的专业创新思维。
目前，我国航空工程类专业的人才培养模式极不适应航空工业的发展要求。这就要求我们研究如何构建航空工程专业人才培养新体系，有必要对专业基础和专业课程进行大幅度的更新、调整、融合，新开设了一批反映综合化、数字化、智能化的新课程。
1 《飞行力学》课程特点及存在的主要问题
《飞行力学》课程是飞行器专业的专业主干课程，理论和实践性都很强，其特点如下。
(1)要求掌握的基础知识强，包括高等数学，理论力学、材料力学、结构力学、空气动力学、机械原理等。
(2)与其他学科密切相关，控制理论、计算数学、飞行器总体设计等。学生在学习这门课程时，普遍感到这门课程概念多，其中的分析方法和基本理论不能很好地理解与掌握，因此，如何帮助学生理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合所学知识解决实际问题的能力，是本课程教学中所以解决的关键问题。
虽然国内对这门课的教学已经进行了多年，但是仍然不能适应现代高新科学技术及新的创新性教学模式的发展，主要存在以下几个问题。
(1)实验环节少。由于客观条件限制，我们的学生很少能够自己动手对飞行力学中讲述的各项飞行性能进行计算，对飞机的操纵性和稳定性缺乏直观认识，更谈不上对操纵系统进行设计，对飞机的各项模态特性进行计算和仿真。学生们前学后忘，没有形成知识体系。
(2)教学方式比较单一。课程基本是在教室进行的，老师课堂讲授，学生被动接受，学生和老师之间，学生和学生之间的交流较少。
(3)对学生的创造性思维启发不够，学生没有亲自解决一些实际工程问题，和实际接触较少，不能够把该课程和以后的科研和工作联系起来。
2 实践教学改革措施
根据本门课程，我们应该综合考虑各种因素，对该课程进行教学改革，增加实践性教学环节，从而带动教学模式的改变，形成一套完整的实践性教学改革体系。《飞行力学》实践教学是学生熟悉实际飞机结构的设计特点、建立综合设计概念、掌握一般设计规律的学习与实践锻炼过程。
首先要培养学生浓厚的学习兴趣，只有对本课程有了兴趣，才能勤于思考，积极动手，发现问题，进而有效地解决问题，增强工程实践能力。为了培养学生的学习兴趣，要针对教学方法和教学手段进行改革:在教学方法方面，通过示范教学和教学法研究，积极探索，注重将科研最新进展和发展趋势引入教学中，启发学生对课程的兴趣。在教学手段方面，积极探索新的教学手段，采用课堂教学，实践性教学，上机实践，课程设计，前沿知识讲座等形式，将传统的教学手段与多媒体教学，网络教学，实验教学，课外拓展教学相结合，提高学生学习兴趣。
其次，调动一切积极因素，根据现有的教学基础，充分利用有限的教学资源，大力进行实践性教学的改革。具体实现方式如下。 转贴于 (1)建立飞行力学实验室。使学生熟悉基本飞行仪表:地平仪、速度表、高度表、迎角过载表、罗盘操作等，了解教练机和现代战斗机的座舱仪表特点。
(2)利用地面飞行模拟器进行飞机飞行性能实验。如操纵飞机在不同飞行高度下进行加减速机动，体验飞机的加减速能力;操纵飞机在不同状态下进行正常盘旋机动;学习空间机动的操纵，如筋斗、战斗转弯、半滚倒转等机动;进行飞机的起飞、着陆操纵，熟悉基本航线飞行的要点。
(3)利用地面飞行模拟器进行飞机的操纵性和稳定性实验。掌握常规布局飞机的模态特点，激发典型的纵向运动和横航向运动典型模态;通过飞行模拟操纵认识定直侧滑飞行所需的杆位移、脚蹬位移等实验。
(4)在实践性教学的关键环节安排上机实验和课程设计。构建基于多知识点的综合性、设计性实验体系，利用Matlab的飞行计算与仿真功能，运用所学专业的理论基础知识，进行综合性实践训练。学生根据选题方向和实验结果每人完成一份完整的实践性报告，作为整个实践教学环节的总结。
(5)组织学生到飞机设计单位和试飞单位进行参观学习，定期举办飞行力学知识讲座，聘请有经验的设计人员和学者、教授给学生讲授飞行力学最新的设计技术和发展方向。
3 结语
总之，《飞行力学》课程实践教学可以起到综合运用学生所学基础课程内容、建立工程设计概念、分析工程问题、掌握工程设计方法的理论结合实践锻炼综合思维的承接作用。这一过程对于工程专业本科生来说，必需在进入工作岗位前需要锻炼和具备的处理工程设计问题的基本能力。因此，本课程对于培养合格的飞机工程设计师是不可或缺的。
参考文献
[1] 方振平，陈万春，光.航空飞行器飞行动力学[M].北京航空航天大学出版社，2003.
系统动力学的理论基础范文4
【关键词】科任教师 班级管理 研究进展
一、班级管理的历史背景与现状
我国自清末民初成立“训务部”，实行“学监制”以来，依次出现“级任教师制”“指导制”“导师制”等班级管理雏形。在借鉴俄国班主任制基础上我国于1952年始设“班主任”，主要对学生进行管理、指导与德育。2009年8月，教育部印发了《中小学班主任工作规定》，明确将中小学班主任培训纳入教师教育计划。在班级管理历史背景中，班主任一直是其唯一主角，而针对科任教师工作的各方面，教育部基本没有做出太大补充，成为教育制度中一大空缺。
现阶段，我国大多数中小学实行的班级管理模式仍是传统的单一班主任制。即班主任是班级管理的核心所在，是直接实施者。近年来，很多学者发现并指出，“管理的缺位”与“服务的越位”早已使班主任沦陷于不堪重负的漩涡中，科任教师却在参与班级管理上常表现出视而不见、漠不关心的态度，使“教书”与“育人”严重分离、脱节。
二、科任教师参与班级管理的理论基础
1.群体动力学原理
群体动力学即研究群体对个人影响作用的理论。这一原理在科任教师参与班级管理的运用上，主要体现在《大型学校年级组建设和管理的研究》一文中，该研究者认为，群体动力学原理对教师教学默契的形成有很大的促进作用，每位教师都有自己独特的教学个性，若教师间能很好地交流合作，教师间共同性的教学特征就很容易形成。从某种意义上说，可以很好地提高教师教学水平。另外，群体动力学也为研究教师群体凝聚力强弱提供了重要理论基础。
2.皮格马利翁效应（又名“罗森塔尔效应”）
科任教师参与班级管理的有效与否，很大程度上取决于师生的交流互动与二者关系的巧妙处理。教育心理学对“皮格马利翁效应”的揭示，证明了师生关系对班级管理效能有着直接的影响。
3.全面质量管理（TQM）
全面质量管理（TQM）理论中的一个核心概念是“全员参与”。以顾吉祥为代表的研究者认为，班级管理的组织系统是一个开放的、错综复杂的系统。对班级管理意味着该系统中内部成员（学生、班主任和班级科任教师）和外部成员（学校其他老师、家长等）全部行动起来，以提高班级管理效能。
三、科任教师参与班级管理研究进展
1.导师制
以张艳萍、张静为代表的研究者在《中学设置导师制的实践与探索》一文中对导师制作了具体阐释，具体要求是：以班主任为核心，班级科任教师组成导师组负责整个班级管理建设，每个导师在面向全体学生的同时，还要负责分配给自己的若干学生，促进学生个性、人格发展和全面素质的提高。这样在不增加校舍和师资的情况下，最大限度地发掘现有教育资源潜力。
2.多班主任制
对多班主任制的研究体现在叶建军、黄金梅的《多班主任制――中学班级管理模式新构想》一文中，研究者在对现行中学班级管理模式――单一班主任制概况及弊端进行深入分析的基础上，提出了多班主任制，即学校或班级根据自身情况来决定每个班级由多个甚至所有科任教师来共同担任“班主任”，共同参与班级建设管理和学生教育工作。
3.小班化教育
小班化教育也是针对传统班级管理模式弊端所提出的创新构想之一，通过“小班化教育”的改革，原有班级规模大大减小，每班学生控制在24～32人左右，该构想不单纯是对原班级规模的缩小，而是以此为基础对教学内容、方法、技术及师生交往状况的全方位变革。
4.班级组与学习共同体
对班级组与学习共同体的研究以李涵为代表，在其《班级管理模式创新与新型学习共同体构建》一文中提到这是一种新型班级管理模式的构建，具体做法是取消现有班主任的称谓，把所有教师都纳入班级管理中组成“班级组”，班级组集体对班级管理负责，且在班级内组成不同类型的学习共同体，具体形式有四种，即“多对一”“一对多”“一对一”及“多对多”，将“教书”和“育人”从组织制度上很好地融为一体。另外，研究者赵蒙成对班级组和学习共同体予以理论支持，如交往理论、建构主义理论等，并提到小班化教育改革的实质是促使班级由社会组织向社会初级群体来过渡，目标是构建学习共同体。
5.班级管理委员会制度
班级管理委员会制度与上述几个制度最大的区别在于该制度将家长与学生很好地纳入了班级管理建设中，最大限度发挥了集体合力的潜质。该制度赋予了班级管理以新的内涵：即在班级经营过程中，以班主任为核心的科任教师以及部分家长代表、学生代表组成的核心成员共同参与对班级的管理建设。
四、科任教师参与班级管理的保障措施
制度的保障对任何管理理念的实施都有着不容忽视的重要性与必要性，上述制度能否取得预期效果，不仅仅在于构想的创新性、教师的自觉性，更在于制度的保障性。本人查阅了2004～2013年的中国期刊网，将有代表性且利于科任教师有效参与班级管理的保障措施归纳如下：加强科任教师与班主任二者之间的合作交流；加强科任教师专业的培养，提升其自身的班级管理能力。建立并完善评价管理制度，并使之落实。
在众多文献中，以研究者路晨为代表的观点较为新颖，其文《浅析初任教师之工作困扰》虽然主要以初任教师为论述对象，却更全方位、更立体地从师资培养、地方教育行政部门、学校管理者、教师群体及初任教师自身等五个维度展现了其对策措施，非常具有启发意义。另外，学者周建平在其文《生态式管理与教学管理制度变革》中提到在教学制度安排上，就是要建立一种激励性的制度架构，多样化的立体组织系统以及网络性的沟通机制。
五、综合评价
总而言之，就是要坚持定性与定量相结合，过程与终端相结合的原则，在全面提升科任教师专业化素养及其班级管理能力的基础上，对班级管理作出实事求是的评价，从而全面提高班级管理效能。通过不断的理念创新和制度探索，科任教师会以更恰当、更科学的方式来对班级进行有效管理。
参考文献：
[1]刘晓红.班主任制：困境及破解路径.当代教育科学，2009，（16）.
[2]单方保.大型学校年级组建设和管理的研究.上海教育科研，2006，（3）.
[3]顾吉祥.凝聚集体合力，创新班级管理――班级管理委员会制度初探.上海教育科研，2007，（10）.
[4]张艳萍，张静.中学设置导师制的实践与探索.上海教育科研，2003，（9）.
[5]叶建军，黄金梅.多班主任制――中学班级管理模式新构想.教学与管理，2012，（4）.
[6]李涵.班级管理模式创新与新型学习共同体构建.中国教育学刊，2013，（4）.
系统动力学的理论基础范文5
关键词：机械振动;噪声控制;微分方程
1. 课程描述
《机械振动与噪声控制》课程适用的专业为机械类与近机类，选修学生属于大学本科三年级下学期的范围。本课程侧重机械振动与噪声控制原理，其内容密切联系实际工程，是一门专业基础选修课程。该课程以机械设计、机械原理为理论基础，研究机械工程中广义系统的振动问题;同时它又是一种方法论。
2. 课程目标
本课程的目的在于使学生能以动态而不是静态的观点去看待一个机械工程系统;从整体而不是孤立的视角，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为;能结合机械工程，应用经典振动理论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。要重点研究2个方面：①对机、电、液系统中存在的问题能够以振动力学的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的内质和有效的解决方法;②如何控制一个机、电、液系统，使之按预定的规律运动，以达到预期的技术经济指标，为实现最佳振动奠定基础。
3. 课程内容及安排
授课28学时，实验4学时。
第O章 绪论
本章教学目标：全面掌握机械振动的基本概念和研究对象，了解本课程的研究任务、学习目的和意义。
本章教学基本要求：了解机械振动的基本含义和研究对象，学习本课程的目的和任务;掌握广义系统运动微分方程的含义。了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性。掌握自由度的含义，学会分析动态系统内振动的过程，掌握系统或过程中存在的耦合。了解力学系统的几种分类方法;掌握振动力学的工作原理、组成;领会激励、响应的意义。了解振动系统中基本名词和基本变量。了解线性系统、非线性系统、确定性振动、随机振动的概念。了解模态的基本组成。
第1章 单自由度线性系统的自由振动
本章教学目标：学会单自由度线性系统的振动微分方程的建立方法、简化方法与分析方法。
本章教学基本要求：了解振动微分方程的基本概念。能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电子网络的振动微分方程。掌握阻尼的概念、特点，学会求等效阻尼。能够用拉普拉斯变换求系统的频率响应函数。掌握频率响应函数的基本形式及相关参数的物理意义。了解无阻尼固有频率、有阻尼固有频率的意义。能够根据系统的振动微分方程，求出系统振动的通解。掌握无阻尼系统、具有黏性阻尼系统的响应求法。掌握相平面方法，了解相平面、相轨迹与奇点的概念。
第2章 单自由度线性系统的受迫振动
本章教学目标：学会通过系统的受迫振动方程来分析系统的时间特性。
本章教学基本要求：了解系统受迫振动的组成。初步掌握系统的特征根的实部与虚部对系统自由响应项的影响情况。了解受迫振动系统时间响应分析中常见的典型输入信号及其特点。掌握简谐激励的定义和基本参数，能够求解单自由度线性系统的单位脉冲响应。掌握受迫振动系统过渡阶段的基本形状及意义。掌握共振现象。掌握幅频响应曲线、相频响应曲线的基本形状，以及振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系。掌握半功率带宽的定义及其与系统特征参数之间的关系。了解如何通过半功率带宽的方法，解答系统的阻尼比。掌握共振频率的定义，掌握品质因数与系统阻尼比的关系，掌握频率比的含义。能够求解任意激振力作用下的响应，掌握卷积法，机械阻抗方法。
第3章 多自由度线性系统的振动
本章教学目标：学会通过系统运动方程的矩阵形式来分析系统的特性。
本章教学基本要求：掌握刚度影响系数的定义，掌握广义特征值问题、固有模态与模态正交性。掌握模态质量、模态刚度、模态矩阵、主坐标的求法。掌握复指数算法的基本数学原理，会严格证明。熟悉动柔度矩阵或复频响应矩阵。掌握比例黏性阻尼和实模态理论，瑞利阻尼的定义和具体表达式，瑞利阻尼中两个比例系数的确定。了解自由振动的模态叠加方法。会用模态叠加方法和直接求解方法确定系统的自由振动。了解减振器的概念。
第4章 连续线弹性系统的振动
本章教学目标：学会连续线弹性系统振动的求解方法。
本章教学基本要求：了解连续参数系统的定义。掌握直杆的纵向自由振动方程。学会固支杆、自由杆、一端固定一端自由杆的模态图。掌握模态函数的正交性。理解欧拉-伯努利直梁的弯曲振动动力学平衡方程。掌握均匀悬臂梁、均匀简支梁、均匀自由梁的模态图。理解矩形薄板自由振动，薄板的简单边界条件，前4阶模态的绘制。
第5章 线性振动的近似分析方法
本章教学目标：学会瑞利近似分析方法。
本章教学基本要求：了解近似分析方法的由来。掌握瑞利商。熟练掌握用瑞利法计算均匀简支梁的基频。（作者单位：三峡大学机械与动力学院）
基金项目：三峡大学2013年高等教育科学研究项目（1322）
参考文献：
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系统动力学的理论基础范文6
关键词：力学 力学性能 实践 应用
中图分类号：G42 ？ 文献标识码：A？？文章编号：1672-3791（2015）02（b）-0000-00
力学是物理学中最基础最古老的一门学科，它的研究范围包括从一般的物体的机械运动到天体的运动。小到基本粒子的碰撞、衰变、相互作用的轨迹，大到宇宙探测、航天、航空都属于力学的问题。其应用的范围包括最早的土木工程、桥梁道路、水利工程、航海造船、机械冶金方面的应用，到后来的航空航天、防灾减灾、环保能源、生物化工等领域。其应用范围之广，令人吃惊。基于此，本文针对力学性能进行进一步深入的探究，并且介绍了有关力学能力的几个实践应用。
1 力学简介
1.1 力学定义
力学是一门独立性较强的基础学科，其主要研究的便是力和能量以及它们与液体、固体以及气体间的平衡、变形以及运动的关系。力学不仅仅是一门基础性较强的学科，而且其也是一门技术性较强的学科，其包含有很多有关工程技术的理论基础，并且在广泛的实践应用中不断的壮大。力学在军事工程以及土木工程方面都起着举足轻重的作用。目前，工程学领域已经拥有多个分支，而这各个分支当中很多重要的进展都十分依赖于力学有关的运动规律、强度以及刚度等等。力学与工程学之间的结合，促进了整个工程力学的形成与发展，现如今，不仅是历史较为久远的土木工程、水利工程、建筑工程等需要工程力学的贡献，而且核技术工程以及航空航天工程等新兴学科中工程力学也起着至关重要的作用。力学既是基础学科又是技术学科的二重性使得其为沟通人类认识与改造自然方面均做出了重要贡献。
1.2 力学的分类
力学大致可以分为静力学、动力学以及运动学这三部分，其中静力学所研究的是物体所受的力在平衡状态或者是物体在静止状态下的问题；而动力学则讨论的是物体在受力的作用下与物体运动之间的关系；运动学仅仅考虑物体是怎样进行运动的，而对其与所受力之间的关系则不予讨论。
根据研究对象的不同对力学进行分类，则可以分为固体力学、流体力学以及一般力学这三方面，其中流体不仅包括液体，而且还包括气体，通常将固体力学和流体力学统称为连续介质力学，一般采用连续介质的模型进行研究。而一般力学通常指的是以质点、刚体、质点系和刚体系为研究对象的力学，有时还会将抽象力学纳入一般力学的范畴，一般力学不仅要研究离散系统的基本规律，还会研究一些与工程技术相关的新兴学科的理论。固体力学、流体力学以及一般力学这三个力学分支在发展过程当中，会根据对象以及模型的不同出现了不同的研究领域和分支学科。其中材料力学、结构力学、弹塑性力学、断裂力学等均属于固体力学；而水力学、水动力学、气体动力学、空气动力学、渗流力学、多相流体力学等均属于流体力学；而理论力学、分析力学、振动理论、刚体动力学、运动稳定性、陀螺力学等均属于一般力学。而各个学科在交叉融合的过程当中又产生了流变学、气动弹性力学以及粘弹性力学等等。
力学在工程技术方面的实践应用结果形成了工程力学以及应用力学的各个分支，例如岩石力学、土力学、爆炸力学、环境空气动力等等。而力学在于其他基础学科进行结合的同时也产生了一些交叉性的学科分支，例如与天文学相结合而形成的天体力学。
2 力学能力的潜在研发
2.1 材料的力学性能
材料在不同温度、湿度以及介质条件下，在受到扭转、弯曲或者交变应力的作用下，所表现出来的力学性能是不同的。
（1）脆性
脆性指的便是材料在受到外力作用下几乎没有发生塑性变形就遭受断裂破坏的一种特性。材料的脆性与材料的韧性以及塑性是相反的。通常情况下，脆性材料是没有屈服点的，但是其有断裂强度以及极限强度，这两者几乎是一样的，混凝土、铸铁以及陶瓷等均属于脆性材料，脆性材料与其它工程材料相比，其在拉伸方面的性能较为脆弱，脆性材料一般情况下采用压缩试验来进行评定。
（2）塑性
塑性指的是材料在拉力或者冲击力的作用下能稳定地产生的永久变形而不被破坏其完整性能力。材料的塑性变形一般会发生在材料所承受的荷载超过其弹性极限之后，材料发生不可逆的形变。材料发生塑性形变之后，不能恢复到初始状态，在这一情况下，材料会保留一部分或者是全部荷载时的变形。
（3）强度
材料在外荷载的作用下，用以抵抗塑性变形以及断裂的能力。可以根据外力作用的性质进行分类，可以分为抗拉强度、屈服强度、抗压强度以及抗弯强度等等，工程上经常用到的是屈服强度以及抗拉强度，而这两个强度一般可以通过拉伸试验测得。强度是衡量材料承载能力的一个重要指标。
（4）弹性
材料的弹性一般指的是其在外力作用下从而发生的一系列形变，而当外力消除后能够能够恢复到原来的大小以及形状的性质。在一定的限度之外，在外力消除之后材料并不能恢复原来形状，则这一限度称为弹性限度，同一物体的弹性限度是并不是固定不变的，它会随着温度的升高而有所减小。
2.2 力学性能的研究方法
力学研究的方法所遵循的基本法则便是理论联系实际，然后再将其应用于实践，应该根据对自然现象的观察，尤其是对定量观测的结果进行分析，从而总结出一系列经验以及数据，或者是为特定的目的从而设计的一系列科学实验所测定的结果，从而得出量与量之间的定性以及数量的关系。这一过程便是模型建立的过程，质点、质点系、弹性体、刚体以及连续介质等均是不同的力学模型，在建立模型的基础上可以根据已知的一些力学以及物理学的规律，结合合适的数学工具，对其进行理论上的演绎工作，从而得出新的结论。对于所得理论所建立的模型是否合理，则应该进行新一轮的观测，并将其进行工程实践或者进行科学的实验进行论证，对于理论的演绎当中，为了使得理论能够更具概括性以及实用性，经常会采用诸如雷诺数、泊松比等无量纲的参数，而这些参数不仅能够对物理本质进行很好的反应，而且由于其是单纯的数字，所以不会受尺寸、工程性质以及实验装置等的牵制。现代的力学实验设备，通常需要多工种、多学科间的协作，对物体力学能力的应用研究不仅需要更为细致、独立的分工，而且还需要进行更为综合以及全面的协作。
3 力学能力的实践应用
3.1 力-热-电-磁耦合效应
在固体力学当中，经典的连续介质力学将可能会被突破，而一些新的力学模型以及力学体系，将会能够概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观以及微观方面的因素，以及关于这些因素方面的演化，从而使得一些复合材料的韧化、强化以及功能化能够产生量的提升和质的飞跃。固体力学能够将力、热、电以及磁等效应进行融合，目前，机械力与热、电以及磁等效应的相互转化以及控制大都还局限于测量以及控制的元件之上，而这些效应的结合将会带来更大的用途，近年来出现的微电子元器件，已经十分迫切的要求对这类力、热、电的耦合效应做更深入的研究，而以“Mechronics”为代表的微工艺、微控制以呈及微机械等方面的发展，会极大的推动对力、热、电、磁耦合效应的研究。
3.2 航空航天方面的应用
流体力学的发展能够推动航天飞机以及新一代的超声速民航机的成功研制，目前，在对高温空气的有关热动力学进行研究中，必须对原先的热力学平衡的假定进行放弃，而且对超声速流毕节层的控制、降噪以及减阻等也带来了一些列新的问题。在流体力学的指导下，所取得的工程技术成就不胜枚举，最突出的便有人类登月、在月球建立空间站、航天飞机等为代表的航天技术，以速度超过5倍声速的军用飞机、起飞重量超过300t、尺寸达到大半个足球场的民航机为代表的航天技术都是力学能力在航天航空方面的实践应用。
3.3 一般力学
目前，关于一般力学的研究已经开始进入了对生物体运动问题的研究，开始研究了人以及动物的行走以及奔跑当中所产生的一系列力学问题，而且有关这一方面的研究，已经产生了一系列新的结果，对于这一方面的研究，不仅能够对生物的进化方向产生一系列的理性认识，而且也可以为人类进一步提高某些机构以及机械性能方面的要求提供一些理论性的指导。其中在进行一般力学的研究时应该重视对固体的非平衡理论、塑性与强度的统计理论、原子乃至电子层次上子系统的动力理论，为了能够更加深入的进行这些研究，应当充分利用与开发计算机模拟与现代宏观、细观以及微观实验与观测技术。工科中的各项实践也离不开力学，因此，在工科的基础课当中，也开设了不同的力学课程，其中包括理论力学、材料力学、结构力学等等。
3.4 环境力学的兴起
环境力学是将力学以及环境相互结合从而形成的一门新兴交叉学科，主要是对自然环境当中的破坏、变形、迁移以及其所伴随产生的一些列的物理、化学以及生物过程和导致的物质、能量运输、动量对环境的演化规律以及对人类所生存环境所产生的影响进行描述。环境力学的发展不仅能够深化人们对环境问题中的物理过程以及基本规律的认识，而且能够在一定程度上促进环境问题的定量化研究。现阶段对环境力学的研究，不仅要对该学科发展的自身规律以及要求有一定的重视，在此基础上，还应该与国家所需求的和工程实际进行紧密结合，能够将理论研究、规律分析以及防治措施进行有机的结合。而关于中国的环境力学的研究则必须抓住一复杂介质流动和多过程耦合为基础、沿海和西部这两个经济发展地区、水环境、大气环境、灾害与安全，从而对重点发展领域进行确立，促进学科的多方面发展。对于环境力学的研究，能够解决一些实际方面的问题，例如对于西部干旱、半干旱环境治理的动力学问题；重大环境灾害发生的机理以及预报；以水或者是气为载体的物质运输过程等方面的研究。
3.5 生物力学的兴起
目前，生物力学已经有了很大的发展，生命科学以及包括力学在内的基础以及工程科学交叉、融合已经成为了当今生命科学研究的热点，已经为生物力学的发展提供了新的方向。现代分子以及细胞生物学不仅提出了大量的新课题，而且带来了很多新的研究工具，推动了生物力学开始由着宏观向微观深入，而且开始强调了有关宏观和微观方面的融合。现阶段生物力学的发展特点可以归纳为内涵扩大、有机融合、微观深入以及宏观与微观相结合，但是宏观生物力学仍旧为当今主流。有关生物力学的实践应用，更加促进了以解决与应用所相关的工程技术问题为目标的新的生物工程学的发展。在实践应用方面，组织工程、药物设计与输运、血流动力学、骨、肌肉关节力学等已经得到了临床以及工业界的一致认同，已经相继解决了一系列关键技术方面的问题。
4 结论
力学作为基础性与技术性相互结合的一门学科，随着当今社会的快速发展，已经在社会的各个领域当中得到了广泛的应用。随着工程学的越分越细，其各个分支当中的关键性的进展都十分依赖于力学当中有关的运动规律、强度以及刚度等理论知识。因此，我们应该在充分了解有关力学的定义以及分类的基础上，对物体的力学性能进行深入的探究，充分了解其力学性能，并且能够将其利用于社会的各个领域，而有关环境力学以及生物力学等新兴学科的研究与应用，也是力学以后研究的重要方向。
参考文献：
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