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理论力学
中国大学MOOC(慕课) 2020-02-17
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本课程为全国第一门理论力学国家精品课程、首批国家精品资源共享课程,由国家级教学团队承担。对传统的教学体系作了较大改进,率先引入计算机辅助分析方法。力图实现三个能力的培养,即正确建立力学模型的能力;对力学性态作瞬时或过程分析的能力;判断分析结果正确与否的能力。,中国大学MOOC(慕课)

 上海交通大学理论力学课程一直是交大坚持优秀教风与学风的一门课程。2003年被评为首批国家级精品课程,是该年度唯一的理论力学国家级精品课程。2013年又被评为首批国家级精品资源共享课。作为理论力学绪论部分的现代力学与工程分析2014年已建设成为国家级精品视频公开课。

理论力学课程团队历史悠久,长期以来,形成了严谨的教风,全部教授在一线为本科生上课,以老带新,持续发展是该团队的传统。在几代人的努力下,团队教学效果优良。洪嘉振教授2003年荣获国家教学名师奖。力学基础课程(包括理论力学)教学团队2009年荣获教育部国家级教学成果二等奖,2010年荣获国家级教学团队称号。理论力学教学团队2017年荣获上海交通大学首届教书育人奖(集体奖)一等奖。

理论力学是高等学校工科本科,特别是机械、土木与航空航天等大类专业的一门重要的技术基础课,本课程主要内容包括:数学基础、静力学、刚体平面运动学、刚体系运动学及其计算机辅助分析、矢量动力学基础、刚体动力学、分析力学基础及刚体系动力学及其计算机辅助分析。

本课程以培养学生分析与解决工程问题的能力为核心目标,提出“一个基础、两个支柱与三个培养”的模式。“一个基础”即根据创新人才培养的需要加强理论力学的基本概念与基本理论;“两个支柱”是让学生掌握理论力学问题的经典分析与计算机辅助分析的两种方法;“三个培养”是指通过理论力学的学习,培养学生具备对复杂(包括简单)工程对象建立力学模型的能力,具备对这些力学模型进行静力学、运动学和动力学(包括瞬时与过程)分析的能力,具备利用理论力学的基本概念判断分析结果正确与否的能力。

根据理论力学课程新体系主编的教材在总体上分为三个模块,即数学基础、理论力学基本概念与方法、理论力学问题计算机辅助分析原理与方法。利用自主开发的辅助教学软件《理论力学问题求解器》培养解决工程对象性态分析的能力,实现与国内外大型通用工程分析软件的接轨。

授课目标

  通过理论力学的学习,培养学生具备对复杂(包括简单)工程对象建立力学模型的能力;具备对这些力学模型进行静力学、运动学和动力学(包括瞬时与过程)分析的能力;具备利用理论力学的基本概念判断分析结果正确与否的能力。

授课团队

刘铸永 副教授

刘铸永,上海交通大学工程力学系副系主任、副教授,兼任中国振动学会机械动力学专业委员会委员、中国自动化学会空间及运动体控制专业委员会委员、华东基础力学与应用工程协会常务理事。2008年毕业于上海交通大学获工学博士学位。2012年至2013年在德国斯图加特大学工程与计算力学研究所做访问学者。主要从事多体系统动力学与控制、航天器动力学研究。发表期刊论文30余篇,出版国家级规划教材《理论力学》(第4版)1本。主持国家自然基金2项、上海市自然基金1项、航天八院项目8项;参加国家自然基金重点项目、军口973子课题、军口863子课题等10余项。国家级教学团队“力学基础课程团队”成员、国家精品课程“理论力学”主讲教师,荣获“全国基础力学青年教师讲课比赛”一等奖、上海市力学学会“优秀青年学者”一等奖、上海交大最高荣誉“教书育人奖”、“优秀教师奖”、“唐立新教学名师奖”等。

吴勇军 副研究员

2005年研究生毕业于浙江大学力学系,获博士学位。目前在上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系工作,副研究员。研究兴趣为非线性随机振动与控制、不确定振动系统的智能软计算方法、生物系统随机动力学与控制等。在国际国内主流期刊上发表学术论文24篇(英文SCI论文17篇),主持完成国家及省部级科研项目3项。为十几份国际国内期刊(包括Mechanical Systems and Signal Processing, International Journal of Non-linear Mechanics, Nonlinear Dynamics,  Applied Mathematical Modelling, Journal of Computational Science, Journal of Vibration and Acoustics-ASME等)的审稿人,国家自然科学基金项目通讯评审专家。 主讲《理论力学》(国家精品课程)、《分析动力学》、《结构动力学》、《高等动力学》、《工程力学-理论力学部分》等本科生或研究生课程,国家精品课程《振动力学》的骨干成员。2009年获上海交通大学晨星青年学者奖(B类),2016年获上海交通大学烛光奖二等奖(教学)。

陈龙祥 副教授

陈龙祥,男,1981年生,博士,船舶海洋与建筑工程学院工程力学系副教授。2009年4月博士毕业于上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院工程力学系,2016年1月至今任上海交通大学副教授。2013年6月至2014年6月,受国家留学基金委资助赴美国University of California, Merced访问研究。主要承担全校工科平台本科生“理论力学”和力学系研究生课程“分析动力学”的授课工作以及“振动力学”在线课程建设工作。主要研究方向为时滞系统动力学与控制、遥操作机械臂动力学与控制、结构振动主动控制。截至目前,主持国家自然科学基金项目2项,上海市自然科学基金1项,并参与完成多项纵向基金项目的研究,其代表性成果发表在《Journal of Sound and Vibration》、《Journal Vibration and Control》、《Smart Materials and Structures》和《力学学报》等国内外著名学术刊物上,共发表科技文章30篇,其中SCI检索源期刊17篇,EI检索源期刊24篇。2011年博士论文获得上海市优秀博士学位论文。

刘锦阳 教授刘锦阳老师是上海交通大学工程力学系教授,博导,动力学与控制学科负责人。国家级精品课程理论力学主讲教师。主持多项国家自认科学基金项目和863项目,发表SCI论文30余篇。

洪嘉振 教授

洪嘉振,清华大学本科6年毕业,我国文革后的第一位硕士学位答辩者。上海交大船建学院教授,中国力学学会教学工作委员会副主任,大辞海力学篇主编。曾任上海交大建工与力学学院副院长兼工程力学系主任,教育部高等院校力学基础课程教学指导委员会主任。中国自动化学会空间及运动体控制专业委员会副主任等职。1992年获国务院,国家教委授予的“做出突出贡献的中国硕士学位获得者”称号。1993年被国务院学位委员会聘为博士生导师。2002年获宝钢教育基金全国优秀教师特等奖。2003年获首届国家级教学名师奖。2004年被授予全国模范教师称号。2011年评为上海市教卫党委系统“创先争优·师德标兵”。

课程链接


课程大纲

第一讲 绪论

1.1绪论(一)

1.2绪论(二)

第二讲 数学基础

2.1 矩阵

2.2 矢量、矢量基与基矢量

2.3 矢量的代数描述

2.4 平面矢量.

第三讲 静力学:力与力偶

3.1 前言

3.2 力与力系

3.3 力矩

3.4 力偶

第四讲 静力学:力系的简化

4.1 空间一般力系的简化

4.2 力系简化的最简结果

4.3 平行力系的简化

4.4 平面力系的简化

第五讲 静力学:约束

5.1 常见理想约束及其约束力的简化(一)

5.2 常见理想约束及其约束力的简化(二)

第六讲 静力学:力系的平衡

6.1 力系的平衡方程

6.2 单刚体的平衡(一)

6.3 刚体系的平衡(一)

6.4 刚体系的平衡(二)

第七讲 静力学:摩擦与摩擦力

7.1 滑动摩擦

7.2 带摩擦的平衡问题(一)

7.3 带摩擦的平衡问题(二)

7.4 滚动摩擦

第八讲 刚体平面运动学:刚体的位形

8.1 数学基础及前言

8.2 连体基以及刚体位形的描述

8.3 刚体的平面运动

第九讲 刚体平面运动学:刚体的姿态变化与基点的运动

9.1 刚体的姿态变化的描述

9.2 基点的位置、速度与加速度

第十讲 刚体平面运动学:刚体上给定点的运动

10.1 定点的位置与速度

10.2 刚体的速度瞬心

10.3定点的加速度

第十一讲 刚体平面运动学:相对刚体任意动点的运动

11.1 动点的位置、速度与加速度

11.2 刚体系矢量瞬时分析方法(一)

11.3 刚体系矢量瞬时分析方法(二)

第十二讲 刚体系运动学计算机辅助分析:理论基础

12.1 前言

12.2 刚体系的位形描述

12.3 约束方程

12.4 速度、加速度约束方程

第十三讲 刚体系运动学计算机辅助分析:求解器

13.1计算机辅助分析基础

13.2理论力学问题求解器概述

13.3理论力学问题求解器使用

第十四讲 矢量动力学基础:惯量、动量定理

14.1 惯量

14.2 动量

14.3 动量定理

第十五讲 矢量动力学基础:动量矩定理

15.1 对定点的动量矩定理

15.2 对动点的动量矩

15.3 对质心的动量矩定理

第十六讲 矢量动力学基础:动能定理

16.1 动能

16.2 力的功和势能

16.3 动能定理

第十七讲 刚体动力学:刚体的平面运动

17.1 刚体平面运动的动力学条件

17.2 单刚体动力学方程

17.3 刚体系动力学方程

17.4 动力学综合应用

第十八讲 刚体动力学:碰撞

18.1 基本假设、恢复因数

18.2 碰撞动力学方程及应用(一)

18.3 碰撞动力学方程及应用(二)

第十九讲 分析力学基础:达朗贝尔原理

19.1 质点系达朗贝尔原理

19.2 平面运动刚体达朗贝尔原理(一)

19.3 平面运动刚体达朗贝尔原理(二)

第二十讲 分析力学基础:虚位移原理

20.1 虚位移

20.2 虚位移原理及应用

20.3 广义力及质点系平衡的条件

第二十一讲: 刚体系动力学计算机辅助分析

21.1 刚体系动力学及其计算机辅助分析

21.2动力学逆问题与理想约束力

21.3刚体系静平衡分析

21.4平面机械系统动()力学模型的定义

预备知识

高等数学、线性代数、大学物

证书要求

1.完成每讲单元测试,单元测试成绩占课程总成绩的30%

2.完成期末考试,成绩占课程总成绩的70%

总评成绩60-80分为合格,可获得合格证书;

总评成绩80分及以上为优秀,可获得优秀证书。

参考资料

1.洪嘉振、刘铸永、杨长俊,《理论力学》(第4版),高等教育出版社,2015

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本课程为全国第一门理论力学国家精品课程、首批国家精品资源共享课程,由国家级教学团队承担。对传统的教学体系作了较大改进,率先引入计算机辅助分析方法。力图实现三个能力的培养,即正确建立力学模型的能力;对力学性态作瞬时或过程分析的能力;判断分析结果正确与否的能力。,中国大学MOOC(慕课)