鄭茂盛，滕海鵬，王 怡，劉姣姣

（西北大學(xué) 化工學(xué)院，陜西西安 710069）

1 概述

1）“彈塑性力學(xué)”是西北大學(xué)化工過(guò)程機(jī)械專(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位研究生的核心基礎(chǔ)課程。徐秉業(yè)和劉信聲編寫(xiě)的《應(yīng)用彈塑性力學(xué)》是目前國(guó)內(nèi)較為流行的教材[1]，是一部成功實(shí)現(xiàn)了從實(shí)踐到理論提升和抽象的基礎(chǔ)性教科書(shū)。正如徐秉業(yè)、王曉純先生所指出的“力學(xué)是從工程實(shí)際中來(lái)的，而工程實(shí)際經(jīng)常是非常復(fù)雜的，要用分析的方法解決這類(lèi)問(wèn)題，是非常困難的。因此，在研究這類(lèi)問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)化”[2]。

（1）“彈塑性力學(xué)”就是通過(guò)一些重要的假設(shè)和簡(jiǎn)化，形成了抽象的模型化的處理方法。比如，對(duì)材料的簡(jiǎn)化是，物體是“連續(xù)的、均勻的、各向同性的”等。并且，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系進(jìn)行簡(jiǎn)化和假設(shè)，建立了線彈性模型、非線性彈性模型、理想彈塑性模型、線彈性線性強(qiáng)化模型、剛塑性模型、冪強(qiáng)化模型等。

（2）從靜力學(xué)、幾何學(xué)和物理學(xué)三方面出發(fā)，建立這些未知量所滿足的彈塑性力學(xué)基本方程和相應(yīng)的邊界條件。再根據(jù)彈塑性體定量的本構(gòu)關(guān)系，即應(yīng)力和應(yīng)變（或應(yīng)變?cè)隽浚┲g的定量關(guān)系，原則上就可以求解彈塑性問(wèn)題。已經(jīng)建立的若干典型的解法，如塑性力學(xué)里的，靜定問(wèn)題求解法、滑移線法、主應(yīng)力法、能量法、參數(shù)方程法、加權(quán)殘值法和界線法等內(nèi)容，都可作為非力學(xué)專(zhuān)業(yè)彈塑性力學(xué)課的基本題材。

2）在現(xiàn)代的許多工程領(lǐng)域，如化工過(guò)程機(jī)械、航天航空工程、機(jī)械工程、土木工程、水利工程等，其裝備和設(shè)施都是以彈塑性力學(xué)方法的分析結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造的。在工程應(yīng)用中，也時(shí)常會(huì)出現(xiàn)很多工程人員只會(huì)應(yīng)用軟件（例如ABAQUS、ANSYS 和SAP2000 等），而無(wú)法判斷其結(jié)果的正確性等現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根本原因：

（1）教學(xué)活動(dòng)與工業(yè)和工程實(shí)際相脫節(jié)，其影響已經(jīng)波及具體的工程應(yīng)用部門(mén)；

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不足，運(yùn)用知識(shí)的能力較差，不能舉一反三。此外，在“彈塑性力學(xué)”課程的教學(xué)實(shí)踐中，還會(huì)遇到有人疑慮學(xué)習(xí)彈塑性力學(xué)是否有用的問(wèn)題。正鑒于此，必須在“彈塑性力學(xué)”課程的教學(xué)活動(dòng)中注重將專(zhuān)業(yè)知識(shí)與工程實(shí)例相融合，將運(yùn)用彈塑性力學(xué)基本理論解決實(shí)際工程問(wèn)題的案例融入教材和教學(xué)活動(dòng)中，舉一反三，使抽象的理論教學(xué)活動(dòng)變?yōu)樯鷦?dòng)的“實(shí)際體驗(yàn)”，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。

3）綜上所述，目前彈塑性力學(xué)課程的教學(xué)中存在主的要問(wèn)題有：

（1）理論教學(xué)與工程實(shí)際脫節(jié)，影響到具體的工程部門(mén)的正常應(yīng)用。

（2）學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性不足，運(yùn)用知識(shí)的能力較差，不能舉一反三。因此，針對(duì)這些現(xiàn)象，有必要對(duì) “彈塑性力學(xué)”課程進(jìn)行改革和建設(shè)，以適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要。

2 “彈塑性力學(xué)”課程改革和建設(shè)的指導(dǎo)思想

中華人民共和國(guó)成立以來(lái)，黨和國(guó)家一貫重視教育工作和教育導(dǎo)向。不同時(shí)期，均制定了教育方針，要求教育要面向國(guó)家建設(shè)[3-5]。尤其是，黨的十八大報(bào)告明確指出，要“堅(jiān)持教育為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)、為人民服務(wù)，把立德、樹(shù)人作為教育的根本任務(wù)，全面實(shí)施素質(zhì)教育，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人，努力辦好人民滿意的教育”。我國(guó)的教育法規(guī)定了我國(guó)的教育方針是“教育必須為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)，必須與生產(chǎn)勞動(dòng)相結(jié)合。培養(yǎng)德、智、體等方面全面發(fā)展的社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者和接班人”。

以上論述已經(jīng)清晰地表明了教育之目的是必須為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)，必須與生產(chǎn)勞動(dòng)相結(jié)合，培養(yǎng)社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者。足見(jiàn)，所培育出來(lái)的社會(huì)主義事業(yè)的建設(shè)者就必須具有為社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)的本領(lǐng)，而且其學(xué)習(xí)的內(nèi)容也必須能夠與生產(chǎn)勞動(dòng)相結(jié)合。

因此，將教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)內(nèi)容與工業(yè)和工程實(shí)際內(nèi)容相結(jié)合相貼近，就是培養(yǎng)服務(wù)于社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)之本領(lǐng)的支撐環(huán)節(jié)。特別是，所有的工業(yè)過(guò)程，尤其化工過(guò)程，都必須是安全可靠的，而“彈塑性力學(xué)”正是各種裝備和設(shè)施設(shè)計(jì)和建造的基礎(chǔ)，甚至可以說(shuō)“彈塑性力學(xué)”是設(shè)備安全的“生命線”，這就回答了學(xué)習(xí)彈塑性力學(xué)是否有用的問(wèn)題。對(duì)于化工過(guò)程機(jī)械專(zhuān)業(yè)而言，這一點(diǎn)就尤為重要。安全問(wèn)題是關(guān)乎千家萬(wàn)戶切身利益的重要議題，因此，必須牢固樹(shù)立“責(zé)任重于泰山”“人民利益高于一切”的安全觀，并以“不忘初心、牢記使命”的人生觀為基準(zhǔn)，把安全意識(shí)滲透到設(shè)備安全運(yùn)行和設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)中，深刻認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)本門(mén)課程的重要性和必要性。

3 課程內(nèi)容的構(gòu)建

基于上述有關(guān)“彈塑性力學(xué)”課程的改革和建設(shè)的指導(dǎo)思想的論述，在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)中，精選并融入一些與工業(yè)和工程實(shí)際內(nèi)容相結(jié)合相貼近的議題，作為培養(yǎng)具有服務(wù)于社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)之本領(lǐng)人才的支撐環(huán)節(jié)，達(dá)到舉一反三，起到提高學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)之作用。

經(jīng)過(guò)梳理教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐，以“確保裝備安全性為牽引，提高運(yùn)用彈塑性力學(xué)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力為核心，全面提升教育質(zhì)量為目標(biāo)”，實(shí)施“思材雙建”“工程化實(shí)用性學(xué)習(xí)”的改革方案，進(jìn)行化工過(guò)程機(jī)械專(zhuān)業(yè)“彈塑性力學(xué)”課程建設(shè)，在凝練徐秉業(yè)和劉信聲編寫(xiě)的《應(yīng)用彈塑性力學(xué)》教材中有關(guān)彈塑性力學(xué)基本原理及其方法的經(jīng)典應(yīng)用作為非力學(xué)專(zhuān)業(yè)彈塑性力學(xué)課程基礎(chǔ)知識(shí)的前提下，精選并融入一些與工業(yè)和工程實(shí)際內(nèi)容相結(jié)合相貼近的內(nèi)容，如選取了“高韌性材料引起缺口根部應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)移”“塑性變形引起的損傷”“高韌性管件的彎曲及失效”“缺陷對(duì)管件抗彎行為之影響”“高韌性材料的能量吸收過(guò)程分析”“雙金屬?gòu)?fù)合管成型過(guò)程分析”“顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的熱應(yīng)力分析”等，構(gòu)建了該課程教材的新內(nèi)容，并強(qiáng)調(diào)材料韌性對(duì)提高設(shè)備安全性的重要作用。同時(shí)，還以這些新加內(nèi)容為核心，組織撰寫(xiě)了“Elastoplastic Behavior of Highly Ductile Materials”（高韌性材料的彈塑性行為）一書(shū)，由Springer出版社出版（2019.10.）。該書(shū)較為系統(tǒng)地刻畫(huà)了由于材料的高韌性，使得梁、板、管等典型構(gòu)件呈現(xiàn)出的一系列優(yōu)異行為，從而避免了脆性失效的危險(xiǎn)，延長(zhǎng)了部件和設(shè)備的使用壽命和安全性。

此外，在課程的課堂教學(xué)活動(dòng)中，增加了國(guó)際上典型機(jī)械失效所導(dǎo)致的重大災(zāi)難和社會(huì)后果的案例，例如，1967年1月，格里索姆等3名美國(guó)宇航員在卡納維爾角進(jìn)行阿波羅1號(hào)飛船模擬發(fā)射時(shí)，因飛船失火而喪生。1912年4月14日夜間11點(diǎn)40分，豪華客輪泰坦尼克號(hào)在從英國(guó)南安普頓駛往美國(guó)紐約途中，觸及冰山，由于材料韌性不足造成1 513名旅客遇難的災(zāi)難性事故等。強(qiáng)化學(xué)生的安全意識(shí)和責(zé)任意識(shí)，并以我國(guó)在兩彈一星、航天，以及古今中國(guó)在材料等領(lǐng)域的重大貢獻(xiàn)和先進(jìn)事跡，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)崗敬業(yè)精神，以及愛(ài)國(guó)熱情和民族自豪感。具體涉及兩彈一星的功勛科學(xué)家錢(qián)學(xué)森、郭永懷、鄧稼先、程開(kāi)甲等的杰出貢獻(xiàn)，以及著名數(shù)學(xué)家華羅庚推廣“優(yōu)選法”和“統(tǒng)籌法”的突出實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生從思想上增強(qiáng)敬業(yè)精神和奉獻(xiàn)精神。以中國(guó)古代陶器、青銅器的制造和使用，增強(qiáng)自信和民族精神。在課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，還增加了工程化議題為核心的討論題，進(jìn)行分組訓(xùn)練，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用彈塑性力學(xué)理論解決裝備安全性，以及設(shè)計(jì)和分析問(wèn)題的能力和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

將以上幾條集成起來(lái)，就構(gòu)成了我?；み^(guò)程機(jī)械專(zhuān)業(yè)碩士研究生“彈塑性力學(xué)”課程的構(gòu)型，如圖1所示。

圖1 彈塑性力學(xué)課程構(gòu)型

4 學(xué)習(xí)方式的改革和探索

除了授課內(nèi)容上的改革，對(duì)“彈塑性力學(xué)”課程的學(xué)習(xí)方式也進(jìn)行了改革和探索，變“個(gè)體學(xué)習(xí)”為“集體學(xué)習(xí)”，開(kāi)展了以工程化議題為核心的討論題，進(jìn)行多次分組學(xué)習(xí)。各組先行組織解答，然后分組講解、互相交流，增強(qiáng)學(xué)生應(yīng)用彈塑性力學(xué)理論解決裝備安全性，以及設(shè)計(jì)和分析問(wèn)題的能力和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。分組時(shí)，由研究生自由組合，形成3~4個(gè)學(xué)習(xí)小組，但是每次組員要有變化，以期形成交叉融合和團(tuán)隊(duì)精神，取得了顯著的學(xué)習(xí)效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

在“彈塑性力學(xué)”課程建設(shè)中，實(shí)施“思材雙建”“工程化實(shí)用性學(xué)習(xí)”的改革方案，凝練了徐秉業(yè)和劉信聲編寫(xiě)的《應(yīng)用彈塑性力學(xué)》教材中有關(guān)彈塑性力學(xué)基本原理及其方法的經(jīng)典應(yīng)用作為非力學(xué)專(zhuān)業(yè)彈塑性力學(xué)課的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)精選并融入一些與工業(yè)和工程實(shí)際內(nèi)容相貼近的議題，構(gòu)建了該課程的教材內(nèi)容，舉一反三，變抽象的理論教學(xué)活動(dòng)為生動(dòng)的“實(shí)際體驗(yàn)”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)起到了推動(dòng)作用。