工程力学专业本科生已陆续学习了理论力学、材料力学、弹性力学、振动力学、流体力学等众多力学基础课程,掌握了许多力学原理和方法,但也造成课程间条块分割以及知识的零散化、碎片化,限制了学生的力学思维和视野。针对这一问题,连续介质力学课程抽象出连续介质模型,采用张量描述和连续函数数学理论,描述和研究连续介质的应力、应变、普遍规律和本构方程,填补固体与流体、刚体与变形体、动与静的鸿沟,形成大一统的力学理论,也为研究非均质材料结构、冲击大变形、损伤与断裂等不连续问题、局部性问题奠定坚实的基础。
连续介质力学基础课程用到的数学理论和工具非常多,包括高等数学的微积分理论、线性代数、矩阵理论、张量分析等,尤其是使用张量这一强有力的数学工具,使得对连续介质的力学行为的描述简洁、凝练和高效。
连续介质力学基础课程的第二大特色是理论性强,在建立连续介质模型和采用连续函数推演的基础上,无论是对连续介质应力、变形的描述还是对其普遍规律和本构理论的阐释,皆有行云流水、水银泻地般的理论风格,理论体系严谨严密。
本课程的第三大特色是承前启后,一方面与大学物理以及理论力学、材料力学、弹性力学等基础性力学课程的联系非常密切,既可以说这些基础力学课程升华为连续介质力学,也可以说连续介质力学能退化到这些基础力学课程;另一方面,连续介质力学也是研究非均质、大变形、局部性问题力学行为的基础,由连续介质力学的模型稍加改造就可诞生许多非经典的连续介质力学理论,用以解决这些问题。
连续介质力学的最基本假设是“连续介质假设”,即真实的流体和固体可以视为由连续的、充满全空间的介质组成,物质的宏观性质依然受牛顿力学的支配。这一假设忽略物质的具体微观结构(对固体和液体微观结构研究属于凝聚态物理学的范畴),而用一组偏微分方程来表达宏观物理量(如质量、速度、压力等),这些方程包括描述介质性质的本构方程和基本的物理定律,如质量守恒定律、能量守恒定律等。学生学习该课程后应达到如下目标要求:
1、抓住力矢量、速度矢量、加速度矢量、应力、应变、弹性系数、柔度系数等的张量特点,掌握采用指标符号和张量工具描述连续介质的力学行为。
2、能用多种描述、多种张量阐释连续介质的应力和变形特性。
3、依据本构方程遵从的一般原理,基本掌握连续介质本构方程的建立方法。
4、能简洁、有效地梳理厘清本课程理论与大学物理及基础性力学课程的概念、方法、原理之间的逻辑联系。
1、线上学习交流讨论时间30学时以上,获得总成绩10%;
2、完成线上线下作业,获得总成绩10%;
3、单元测试占10%,得分根据实际测试情况;
4、期末测试占70%,得分根据实际测试情况;
总评60分合格,总评90分优秀。
只要其在本科阶段学习高等数学、线性代数、大学物理及弹性力学即可。
1. 杜珣,连续介质力学引论,清华大学出版社.
2. 黄祝平,连续介质力学基础,科学出版社.
3. 武生智,俞焕然,连续介质力学,兰州大学出版社.
4. 杜庆华,应用连续介质力学,清华大学出版社.
5. 匡震邦,非线性连续介质力学,上海交通大学出版社.
6. 黄克智,非线性连续介质力学,清华大学出版社.
7. 黄克智,固体本构关系,清华大学出版社
8. 谢多夫(俄)著,李植译,连续介质力学,高等教育出版社.
9. 冯元桢(美)著,葛东云,陆明万译,连续介质力学初级教程,清华大学出版社.