工程力学与机械设计

2024-10-07

工程力学与机械设计（精选8篇）

工程力学与机械设计篇1

2019华南理工大学机械与汽车工程学院801材料力学与812汽车理论考研真题与答案

华南理工大学机械与汽车工程学院于2008年1月，由原机械工程学院、工业装备与控制工程学院、汽车工程学院等三个学院合并组建而成，是华南理工大学规模最大的学院之一。

学院设有机械制造工程系、机械电子工程系、机械学系、汽车工程系、工业装备与控制工程系、高分子材料先进制造技术与装备研究所、金属材料制备成形及装备研究所、工程训练中心等教学与科研行政机构，拥有1个国家工程研究中心、1个国家工程技术研究中心、2个国家工程实验室，17个省部级科研基地。

学院现有教职工322人，其中专任教师 216人。专任教师中有教授89人（其中博士生导师75人）、副教授68人、其他高级职称16人，讲师60人，其他中级职称46人。学科队伍中有教育部创新团队2个，中国工程院院士1人，国家教学名师1人，千人计划入选者2人，国家杰出青年科学基金获得者2人，长江学者特聘教授1人，全国模范教师1人，新世纪百千万人才工程国家级人选3人，教育部“跨（新）世纪人才”13人；广东省“珠江学者”特聘教授2人，广东省教学名师3人，广东省“千百十工程”国家级培养对象5人、省级培养对象16人。有11人享受国务院颁发的“政府特殊津贴”。

在本科教育方面，学院设有机械工程（国家级特色专业、广东省名牌专业）、机械电子工程（广东省名牌专业）、车辆工程、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程、安全工程等6个本科专业及机械工程创新班、机械工程卓越双语班两个特色班。现有各类在校学生总数近5000人，其中全日制本科生 2504人。

学院设有机械工程、材料科学与工程2个博士后流动站；拥有机械工程一级学科博士学位授权点和机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、制造工程智能化检测及仪器、材料加工工程、化工过程机械7个二级学科博士学位授权点；拥有机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论、车辆工程、制造工程智能化检测及仪器、材料科学与工程、动力机械

化工过程机械、安全科学与工程9个学术型硕士学位授权点；拥有机械工程、仪器仪表工程、材料工程、安全工程、车辆工程5个全日制专业硕士学位授权点。目前，学院有各类在校研究生1316人。

通过双一流建设，学院在人才培养、学科建设、科学研究等方面均得到了较大的发展，取得了可喜的成绩，近五年（2012-2017年）先后获得国家、省部级等各类科研奖励18项，其中国家科技进步二等奖2项，省部级科技一等奖8项，广东省专利金奖2项、中国优秀专利奖2项；授权各类专利1326余件，发表三大索引论文2184篇；出版专著教材26部。学院已成为全国，尤其是华南地区机械与汽车工程高层次人才培养和科学研究的重要基地。

机械与汽车工程学院致力于培养知识结构合理、能力全面、具有创新思维、国际视野和社会责任感的未来相关行业的骨干和领导者。学院始终坚守以学生为中心的教育理念，将以高度的责任感和更好的成绩回报社会各界的大力支持。

《华南理工大学801材料力学1995-2017年考研真题与答案》

华工考研专业课考试科目的1999-2017年考研真题试卷，并配备1995-2013年答案（手写版）

1999年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2000年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2001年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2002年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2003年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2004年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2005年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2006年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2007年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2008年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2009年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2010年华南理工大学801材料力学考研真题试卷

年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2012年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2013年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2014年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2015年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2016年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 2017年华南理工大学801材料力学考研真题试卷 ========================= 1995年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）1996年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）1997年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）1998年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）1999年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2000年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2001年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2002年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2003年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2004年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2005年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2006年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2007年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2008年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2009年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2010年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2011年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2012年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）2013年华南理工大学801材料力学考研真题答案（手写）

《华南理工大学812汽车理论2004-2017年考研真题试卷》

年华南理工大学412汽车理论考研真题试卷 2005年华南理工大学412汽车理论考研真题试卷 2006年华南理工大学412汽车理论考研真题试卷 2007年华南理工大学412汽车理论考研真题试卷 2008年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2009年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2010年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2011年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2012年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2013年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2014年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2015年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷 2016年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷

2017年华南理工大学812汽车理论考研真题试卷

本资料由致远华工考研网编辑发布

工程力学与机械设计篇2

两课程的教学内容分析

(一) 工程力学

机械类专业的“工程力学”课程教学主要是为后续课程“机械设计基础”服务的, 机械设计中用到的设计理论都是源于工程力学中材料力学部分, 而材料力学的学习又必须以理论力学为基础, 所以理论力学的静力学概念和公理、受力分析、力系及平衡是机械设计的必备知识。材料力学中的材料力学基本概念、杆件变形基本形式、轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转变形、弯曲变形及弯扭组合变形这些内容, 在机械设计中是必不可少的, 所以这些内容也是必要的教学内容。

(二) 机械设计基础

“机械设计基础”课程主要是培养学生学会机构原理分析、传动参数计算及典型零件的设计或选用, 为学习后续机械制造技术和机械制造工艺等专业课程进行必要的知识储备。机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、带传动、齿轮传动、轮系、螺纹联接和键联轴、轴承等内容都是必须学习的知识点。

两课程知识点的关联性分析

(一) 工程力学各知识点之间的关联分析

“工程力学”课程各知识点之间是密切关联的: (1) 静力学概念, 这部分内容主要是对力学中相关名称的规范性定义或描述, 是力学工作的“语言”, 它贯穿整个力学教学和学习过程, 是后续力学课程各章节的基础知识。 (2) 静力学公理, 揭示了作用在物体上各个力之间的内在规律, 是前人总结出来的规律, 学习它后可以对物体进行正确的受力分析。 (3) 受力分析, 主要介绍构件的受力分析步骤及方法。受力分析贯穿工程力学的始终。教会学生进行正确受力分析技巧在工程力学教学中显得尤为重要。 (4) 力系及平衡, 这部分知识主要揭示在平衡状态下, 作用在物体上各作用力之间存在的内在联系, 为建立各个作用力之间的关系提供理论支持, 进而可以利用平衡来分析和求解作用在物体上未知的力。它是我们由已知世界探索未知世界的连杆。 (5) 材料力学基本概念、杆件变形基本形式, 是材料力学基础知识, 为我们研究材料变形、受力分析提供了方法。 (6) 轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转变形、弯曲变形及弯扭组合变形, 揭示了工程中或机械中构件最基本的变形规律、强度校核和尺寸设计方法, 是后期机械零件设计的理论依托。由以上分析可见, 工程力学各部分知识点之间的关系如图1所示。

(二) 机械设计基础各知识点之间的关联分析

“机械设计基础”课程各知识点之间是密切关联的, 共同构成一个有机的整体: (1) 机构自由度是分析机构和机器运动情况的理论基础。我们设计的机构或机器一定要按照人为设定的轨迹运动, 既然这样, 大多数运动装置设计时就要先进行自由度计算。若自由度和机构的主动件的数目相同, 则该装置就能按照设计的轨迹工作, 否则该机构根本就不能动或运动过自由。 (2) 平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构是机器中常见的基本机构, 复杂的机构和机器一般是由这些机构组成的。 (3) 带传动、齿轮传动、轮系是机器中常见的传动系统, 设计机械时也要进行传动系统的设计。 (4) 轴是机器中重要的零件。轴是用来支撑机器中回转零件的, 是整台机器的核心。 (5) 轴承也是机器中重要的零件, 它是用来支撑轴的, 以保持轴的回转精度。 (6) 联接是介绍机器中零件之间最常见的联接方法, 在机器选用某一型号的此类联接时要进行轴向拉伸、挤压强度或扭转强度计算。

所以, 我们在教学过程中, 通过设计一整台机器将上述各知识点相互关联起来, 其相互关系如图2所示。

(三) 两课程各部分知识点的关联性分析

“工程力学”和“机械设计基础”两门课程之间, 有许多知识点具有很强的关联性: (1) “机械设计基础”在进行机构自由度分析时, 运动副的类型和工程力学中约束类型及性质有关联。 (2) 平面连杆机构的识图、连杆机构特性分析时压力角和传动角的确定和工程力学中的受力分析有关联。 (3) 凸轮机构和间歇运动机构特性分析和工程力学中受力分析有关联。 (4) 带传动、齿轮传动、轮系的设计所依据的是工程力学的受力分析、力系及平衡、强度计算。 (5) 螺纹联接和键联接和工程力学中的受力分析、轴向拉伸与压缩和剪切与挤压强度计算密切相关。 (6) 轴设计要进行受力分析、扭转强度设计及弯扭组合强度校核无不与工程力学相关。 (7) 轴承的失效分析是利用工程力学中的受力分析来进行的。

两课程教学内容的优化整合

基于以上对每门课程各个知识点及两课程之间各知识点关联性的分析, 将各部分内容按照图3方式进行教学优化整合。

首先, 以静力学概念和公理作为基础, 将“工程力学”课程受力分析、力系及平衡两部分知识点与“机械设计基础”中机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构及间歇运动机构知识并行到一起。学生先学习受力分析和力学及平衡部分知识, 再学习机构自由度、平面连杆机构、凸轮机构和间歇运动机构等知识。

其次, 因“机械设计基础”中的联接部分需要进行挤压强度、剪切强度、轴向拉伸与压缩强度计算或考虑弯曲变形和扭转变形部分的知识, 所以需要“工程力学”的轴向拉伸、剪切与挤压、扭转变形和弯曲变形等知识作为铺垫。

再次, 齿轮传动、轮系及带传动需要以受力分析、强度理论、机构自由度、平面连杆机构等知识为基础, 所以应将这部分知识放到后面讲授。

最后, 轴及轴承用到力系及平衡、扭转变形、弯曲变形、组合变形等知识, 所以将这两部分知识安排到组合变形后面学习比较合理。在讲组合变形强度理论后就讲授轴的知识会收到较好的应用效果。

优化整合教学与传统教学效果比较 (以我院机械制造与自动化专业为例)

机械设计基础总教学时数90学时, 其中力学部分占20学时, 机械设计占70学时。传统讲授顺序是先用20学时将力学内容全部先讲完, 然后再花70学时从机械设计原理讲到机械零件设计。传统教学方式, 在实施过程中经常会出现以下情况, 即讲零件设计时用到的受力分析学生已经感觉很陌生, 老师不得不又花时间将前面的知识点再请出复习一下。本来在这种教学方式下, 教学时数就相对紧张。再经常花时间去温故知识点, 这就让教学时数显得更加吃紧。这种现象导致的结果就是老师不停的赶进度, 学生来不及消化就匆匆学习新章节。

如讲光滑接触面约束时, 大概10分钟讲授, 20分钟举例, 讲这部分内容学生很容易理解和接受。但到后续机械设计课程中学习平面连杆机构传力特性时, 要用到这部分知识, 这距离上次这部分内容学习间隔至少一个月了。学生已经对光滑接触面约束力特点显得很陌生了。那么老师就得先花大概5分钟的时间去复习, 然后用20分钟左右去讲压力角和传动角概念, 接着再用30分钟时间去举例讲授或练习各种平面连杆机构压力角和传动角的分析。共用时85分钟。

经过优化组合后, 光滑接触面约束刚讲完, 就讲平面连杆机构的压力角和传动角概念, 大概需用时间25分钟, 然后就以平面连杆杆机构为例, 练习光滑接触面约束力的方向分析、压力角和传动角分析, 大概用时35分钟。这种方式共用时60分钟。

通过比较, 优化整合教学可节约25分钟的教学时数。不仅如此, 通过现学现用, 学生做到了对知识点及时消化、吸收和应用。

这种优化整合式教学效果还可以从以下表格数据中得到启发 (以2011级制造专业1班和2班为例) 。

由上表不难看出, 优化整合不仅在教学时间上显得宽裕, 而且学生在课程堂上就能将学习内容消化吸收, 及时应用, 学习效果明显优于传统教学方式。

综上所述, “工程力学”和“机械设计基础”是紧密联系的两门课程, 将各部分知识优化整合, 不仅能节约教学时数, 还能增强教学效果, 为后续其他专业课程的教学奠定扎实的基础。

摘要：针对高职教育压缩理论课时而教学内容并未减少的实际情况, 将“工程力学”和“机械设计基础”两门课程的教学内容进行了优化整合。通过采用“并行”和“串联”方式进行授课, 及时将“工程力学”课程知识应用到后续“机械设计基础”中, 既节约了教学时数, 又提高了教学效果。

关键词：工程力学,机械设计基础,课程优化整合,高职教学

参考文献

[1]陈思义.高职工程力学课程有效教学方法探讨[J].职业技术教育, 2011 (20) :44-46.

[2]欧阳曙光.工程力学与化工设备机械基础课程整合[J].广州化工, 2011 (39) :169-170

[3]王燕楠.材料力学中提高综合素质的三点教学措施[J].中国科技创新导刊, 2010 (16) :71.

[4]杨建波, 王维, 蒋平.中少学时工程力学教学及教改探索体会[J].教育教学论坛, 2010 (6) :25-27.

工程力学与机械设计篇3

【关键词】高职工程力学机械设计基础课程整合

根据机械行业的从业要求，高职的机械类、近机械类毕业生在从业的过程中，主要是面对实际的机械设备，解决其使用、维护、维修、故障诊断、改造、仿制等过程中一些工程实际问题，因此，要求学生需具备对机械的综合分析能力；同时，面临制造技术的突飞猛进和制造业的快速发展，还需适应岗位变换和职业转向。因此，高职毕业生需要掌握分析实际机械的基本的知识、理论、方法和技能技术，并用来分析、解决工程实际问题；需要培养和提高技术应用能力、解决工程综合问题的能力以及合作能力、创新能力、对择业的适应能力和综合素质。

而《工程力学》与《机械设计基础》是高职的机械与近机械类专业重要的两门专业技术基础课程，在整个教学计划中起着承上启下的作用。在以往的教学中，《工程力学》与《机械设计基础》独立设课，分开教学。在教学中，我们常常发现，基于学习基础与能力较弱的高职学生来说，《工程力学》中抽象又深奥的理论是难以接受与掌握，花了大力气好不容易弄懂的这些理论，在学《机械设计基础》的时候，针对具体的设计，不是忘记了就是不知道该选用哪些力学原理及计算方法来进行设计计算，教学过程中不得不重复讲解。这不仅耗费大量学时，而且教学效果不佳，其结果将导致学生对专业基础课程丧失了学习兴趣。

因此，按照高等职业教育从培养技术应用性人才出发，按照“必需、够用”为度的原则，在教学过程中适当减少理论教学课时，增加实践环节和实训课时，为此，必须对《工程力学》与《机械设计基础》两门课程进行有效整合。

一、必须调整教学内容，选择“必需、够用”内容进行课程整合

从整机的角度精选已整合的 “机械原理”“机械设计”等的有关内容而成的机械设计基础上的及并融合了“工程力学”等的有关内容，以完善机械设计全过程，并增加了生产现场所需的典型机械设备使用与维护方面的常识、技能训练或实操方面的内容以及机构创新基础等知识。

经大幅度整合后，一方面，使课程内容不再是“工程力学”与“机械设计基础”传统课程的简单合并，而是从理论到应用更具连贯性，更符合教学规律和适应工程实际，具体做法是精简，压缩传统和叙述性内容，减少了一些课程上的理论重复，将一些专业理论知识有机地融入实验、实习、课程设计、社会调查、毕业设计（论文）和课外科技活动等教学环节中进行，为课堂教学减轻一些负担；同时内容整合，将理论力学、材料力学与机械零件的知识点揉合为一个整体，如理论力学与机械设计中的运动与力的分析，材料力学与机械设计中强度与刚度的计算等内容可进行知识整合串联讲授；另一方面，不再过于强调理论知识的系统性和完整性，精简了繁杂的理论分析、公式推导，力求设计方法简明实用，着重突出应用性、实用性。

二、必须改进教学方法，选择多种教学手段

整合教学内容的同时，也进行了改进教学方法的尝试。

把课程中典型的机械的设计内容分解成几个具体的工作项目，通过师生共同实施每一个完整的项目而进行的教学活动的一种教学方法。即采用项目教学的方法。例如设计家用缝纫机的拆装项目，让学生自己动手，了解缝纫机的基本结构及构件的名称，功用，以及引线、勾线、挑线、送布等四大机构的工作原理和结构特点，对曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、凸轮机构等常用平面机构的工作原理、机构应用形成感性认识。再由教师将其中涉及的平面机构必需的理论知识进行讲授，最后由学生自己通过每种机构的组装，试运转，对理论知识进行深化学习，这样在项目实施过程中进行，可根据具体的项目内容，选择与之相关的工程力学，机构设计方法进行详细、深入的学习，而不是一定要学完完整的学科知识，这样理论知识的学习，能真正掌握，而且更有用。

另外整合教学内容的同时，也进行了改进教学手段的尝试。

大多数高职学生从高中校门直接进入高职院校门，机械方面的知识基本上是空白，毫无感性认识，以往教师用粉笔、黑板、模型、实物、挂图进行教学，由于模型、实物、挂图灵活性差，使用不方便，靠教师仔细地讲解比划来讲授机械零件的结构、作用和传动机构的原理，尽管教师讲得很卖劲，学生却听得云里雾里，与教师的期望值有很大的距离。这种传统的教学手段已无法满足课程整合的少课时教学要求。多媒体课件可以将各种零件的外形、内部结构、零件间的相互运动通过多媒体系统展示给学生，使学生能够通过动态的画面，轻松地理解教师的教学意图。既增强学生的感性熟悉，又提高他们的学习兴趣，达到事半功倍的效果。

三、结语

工程力学与机械设计篇4

包括综合面试和笔试

笔试科目：

① 机械制造技术基础

② 工程材料

③ 机械控制与测试技术基础

④ 计算机辅助设计与制造

（以上四门科目可任选一门）

复试笔试参考书目： ① 卢秉恒主编.机械制造技术基础.机械工业出版社,2007

② 刘天模,徐幸梓主编.工程材料.机械工业出版社,2001

工程力学与机械设计篇5

④对外注商进行管理评价

⑤制作整套模具的加工流程

⑥定制相关的加工工艺

⑦作成相关的模具、电极、治具模型

离职原因：教育背景毕业院校：广东技术师范学院最高学历：本科毕业日期：2005-07-01所学专业一：机械设计制造及其自动化所学专业二：受教育培训经历：起始年月终止年月学校（机构）专业获得证书证书编号2007-022007-03日本阿雷斯提总部产品开发技术语言能力外语：日语良好国语水平：精通粤语水平：精通工作能力及其他专长内容：

1.具有扎实的读图能力

2.熟悉大型压铸模具构造、加工流程、加工工艺

3.熟悉绘图设计软件如:CATIA，CAD，pRO-E，MASTERCAM

4.有一定的日语会话能力,能与日方进行基本的会话交流

5.能熟练运用三次元测量仪和其它测量仪器把握产品情况

6.擅长对材料入库到产品出荷以及售后质量保证的整个过程的品质管理

7.能熟练应用office办公软件

土力学与工程地质简答题篇6

判断砂土松密程度有几种方法？

答：（1）孔隙比e（2）相对密实度Dr（3）标准贯入锤击数N2、影响边坡稳定的因素有哪些？

答：（1）土坡所处的地质地形条件；（2）组成土坡的土的物理力学性质；（3）土坡土体的润滑和膨胀作用；（4）振动液化作用；（5）土坡下部开挖造成的平衡失调和坡顶堆放何载等人为因素。

3、什么是风化作用？对岩石有什么影响？为什么要将岩体按风化程度分级？

答：地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等因素的影响下，使岩石遭受物理的和化学的变化，称为风化，引起岩石这种变化的作用，称风化作用，能使岩石成分发生变化，使坚硬的岩石变脆，产生裂隙等。为了说明岩体的风化程度及其变化规律，正确评价风化岩石对水利工程建设的影响，必须将岩体按风化程度分级。

4、地基处理的目的是什么？

答：提高地基的强度，保证地基的稳定，降低压缩性，减少基础的沉降或不均匀沉降。

5、减轻不均匀沉降的危害应采取哪些措施？

答：（1）建筑措施（2）结构措施（3）施工措施

6、什么是地基承载力？由于承载力不足而使地基遭受破坏的形式有哪几种？

答：是指地基受荷后塑性区限制在一定范围内，保证不产生剪切破坏而丧失稳定，且地基变形不超过容许值时的承载力。地基破坏的形式主要有三种：整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲切破坏。

7、确定地基承载力有哪些方法？

答：（1）根据《规范》表格确定；（2）按静载荷试验方法确定；（3）根据土的强度理论计算确定；（4）根据邻近条件相似的建筑物经验确定。

8、库区的工程地质问题有哪些？对水库有什么影响？

答：库区的工程地质问题有库区渗漏、，包括暂时性和永久性的渗漏、水库浸没的问题；一般发生在山间谷地和山前平原中的水库；水库塌岸问题，一般在平原水库比较严重；水库淤积问题，会减少水库库容，缩短水库寿命。

9、什么是土的自重应力？地下水位下降对地基土有何影响？

答：土的自重应力是指土体由自身重力作用所产生的应力。地下水位下降会引起土的自重应力的增加，会加大地基土的沉降量。

10.影响土压力的因素有哪些？

答：（1）挡土墙的位移方向和位移量（2）挡土墙的形状、墙背的光滑程度和结构形式（3）墙后填土的性质

11、土的物理指标哪些是直接测定的？答：（1）密度；（2）含水量；（3）相对密度。

12、地基分为哪两类？答：（1）天然地基；（2）人工地基。

13、土体压缩体积减小的原因有哪些？

答：（1）土颗粒重新排列；（2）孔隙减小；（3）水和气体被挤出。

14、土的抗剪强度的构成有哪两个方面？答：（1）内摩擦力；（2）粘聚力。

15、根据挡土墙的移动情况，土压力分为那些类型？

答：（1）静止土压力；（2）主动土压力；（3）被动土压力。

17、建筑物地基基础设计满足哪两个条件？答：（1）强度；（2）变形(或稳定)。

18、土的颗粒级配试验有哪两种？答：（1）筛分法；（2）密度计法。

工程力学与机械设计篇7

关键词：起重机械,事故案例,力学教学,力学素养

引言

起重机械是用来进行物料搬运作业的机械设备.在现代化的生产建设中,几乎到处可看到它的身影.它不仅广泛用于输送、装卸、建筑工地、大型水力工程和仓储等作业,而且还直接参与生产工艺过程,例如,大型构件的锻造和热处理等工艺.起重机械的使用大大提高了劳动效率,同时减轻了劳动者的劳动强度.

使用任何机械都伴随着安全风险,以快速、高效和大吨位为发展目标的起重机械必然也面临越来越大的安全风险.为确保起重机械这类设备的安全使用,保障人民生命和国家财产安全,国家相关部门一直将起重机械作为安全监控的重点特种设备,对设备操作人员进行安全培训,并且对不同类型的起重机械都制定了严格的安全操作规范.例如,“起重吊装十不准”的规定:(1)指挥信号不明或乱指挥不吊;(2)起重重量超负荷不吊;(3)吊具使用不合理或物体捆挂不牢不吊;(4)吊物上有人或有浮物不吊;(5)埋在地下的物件,带电的物体不吊;(6)物体偏离运行轨迹不吊……可谓具体和详尽.但在实际操作过程中,由于一些操作人员缺乏严谨科学的训练或是人为的疏忽,全国每年仍会发生多起起重机械安全事故.据有关资料统计,目前我国各地区、各行业发生在起重机械作业中的伤亡事故约占全部伤亡事故的1/5～1/3[1].

在大学的力学教学中,考虑到起重机械是低年级大学生相对较熟悉的一种工程机械,结合教学内容,将一些起重机械事故案例引入课堂,并引导学生从力学原理这个角度对引发事故的原因进行分析讨论,帮助学生更直观地理解理论知识在工程中的应用,同时强化他们对力学学科重要性的认识.案例教学不仅调动了学生学习的自觉性、主动性和积极性[2],也促进了学生工程意识的提高.下面列举的是教学中采用的一部分事故案例.

1 事故案例及力学原理的分析

案例1 2005年8月,云南省文山州富宁县某水电站建设工地发生门座式起重机倾覆特大事故(图1),死亡14人伤4人,直接经济损失290万元.该门座起重机是在更换起重臂变幅钢丝绳的过程中将起重臂搁置在高于起重臂根铰点的坝上,支撑点处于起重臂重心与根铰点之间且靠近根铰点处.当松开变幅钢丝绳时,使起重臂自重产生对起重机整机的倾覆力矩,此时连同平衡重本身形成的同方向力矩,大于起重机整机自重形成的稳定力矩,从而导致起重机整机倾覆是事故的直接原因[3].

事故原因的力学分析画出失事前起重臂的力学简图(图2),即可看出:当完全松开变幅钢丝绳的瞬间,起重臂已变成一个以大坝支撑点A为支点,以自重G为压力的大撬杠,通过根铰点O对起重机施加的只能是掀翻力.加之起重机原来的与此同方向的平衡重力矩,灾难便不可避免地发生了.

案例2 1988年7月,某地一仓库为对起重机进行除锈涂漆维护保养工作.自制一个简易木制维修平台,尺寸270cm×330cm,用两根等长链条交叉端部固定在平台的四角处,再将两根吊装链条悬挂在电动葫芦吊钩上.当载有两位维修工人的平台被吊升至距地面12m的高空,一根链条突然断裂,造成平台倾翻,维修人员1死1伤的恶性事故.吊装链条破断部分经事故后的检查与探伤,没有发现链条内有裂纹,其磨损量和疲劳塑性变形量也没有达到报废标准极限,链条破断缺口也不存在内在质量问题.经测量与计算,吊装链条破断的主要原因是吊装角过大而超载所致[5].

事故原因的力学分析画出维修平台的力学简图,如图3所示,G为吊载总重量,F为绳拉力,由平衡方程可得

从上式可以看出,α夹角越大绳拉力F也越大.例如:

当α=30°,F=0.577G,当α=70°,F=1.462G,此时的拉力是α=30°时拉力的2.53倍.这也正是在起重机起吊规章中规定吊装角(2α)一般不得大于120°所基于的力学原理.

案例3 1993年2月,某乡镇企业一机械修配厂利用单梁悬挂起重机吊一台重约1.8t旧铣床.因几位搬运工为了图省力,在距起重机左悬臂端吊钩极限位置大约1m远左右,决定采用斜拉斜吊办法,让旧机床吊起再运送到待修理位置.当吊载刚离地面,被斜拉斜吊的重物立即猛烈向右方冲去,同时造成电动葫芦也向右方猛烈溜车滑行.致使距吊载约3m远的两位女工突遭恶运,摆动机床的冲击将一位女工腰部击成重伤而残废[5].

事故原因的力学分析画出重物受力图(图4),G为重物重量,F为斜吊时绳拉力,则有平衡方程

由上式可以看出,绳拉力F随倾斜角α的增大而增大,所以斜吊可引起吊索超载断绳的可能性.更为严重的是,因水平方向无约束,斜吊使重物产生很大的水平冲击力.

如用F0表示水平分力,则F0=Gtanα.

此案例中,α≈10°,则水平分力高达3.1 kN,足以产生巨大的杀伤力.

通过简单的力学分析,就可知在起重机安全操作规程中规定“不允许斜拉斜吊作业”所蕴含的深刻道理了.

案例4 1991年5月,某塑料压铸厂机加工车间用一台单梁起重机吊运压铸机底座,每块底座重约600kg左右.为了图省事贪图快一点运完,一次吊两块.并且将上面的一块不受吊装绳的任何限制,就摆放在下底座上面.吊载距地面1m高,随起重机以1.25m/s速度运行,这时从车间外面突然开进一辆电瓶车,司机慌忙向上提升吊载并急刹大车.吊载发生剧烈的摇摆晃动,致使本来就不甚稳定的上层底座在剧烈摇摆下,向侧面抛落下去,顷刻造成一工人被吊载当场压伤致死的惨剧[5].

事故原因的力学分析画出吊载的力学简图(图5)(设每块底座重量为G)由动能定理:Gl(1-cosφ),很显然,初速v0越大,吊载甩出的角度φ就越大;而且在初速一定条件下,l值越小,φ角也越大.即吊载提升的越高,绳子越短,重物摇摆的幅度会更大.这就是在本案例中,当司机急刹车又慌忙向上提升重物,重物加剧甩动的原因.

更为可怕的是,在本案中,竟将一块底座无任何捆绑地放在另一块上边.起重机安全操作规程明确规定“物体捆绑不牢不吊”,难道还要用血的教训一次次来验证它.多掌握一些科学技术知识,才能更自觉地执行安全操作规章,提高操作技术能力和处理紧急情况的能力.

案例5某施工工地用16t汽车起重机往四层楼屋面吊空心楼板.吊上去的两块楼板刚落稳,但因钢丝绳压在楼板下的垫木上无法抽出.为此,一工人向起重机司机示意又将楼板重新缓缓吊起.由于钢丝绳吊索内部存在扭转应力,加之楼板被吊起离开屋面呈自由状态,钢丝绳应力得以释放,致使楼板发生自由转动.当即将一工人撞倒,从四楼坠地死亡[6].

事故原因的力学分析在楼面上慢慢放下吊起的楼板时,工人往往要横向推动楼板转动以便按规定位置摆放.殊不知这样已使起吊钢丝绳产生了扭转变形,从而在钢丝绳内积蓄了应变能.任何物体在外力作用下变形,在物体体内就会储存应变能.弹性固体内的应变能是可逆的,当外力解除时,它又可在恢复变形中释放出全部应变能而做功.

在工程中,正是利用这种因变形而储存的应变能为我们服务.例如可用于控制机械运动的凸轮机构中的压紧弹簧,内燃机中的气阀弹簧等等.就连撑杆跳高运动员也正是有效地利用撑杆的变形能而使自己腾起的更高!而正是这种储藏在变形体中的应变能又像是一把双刃剑,如不能正确地认识它掌控它,就会给人们带来灾难.

案例6 2007年4月,辽宁省铁岭市清河某炼钢车间一台60t钢水包在吊运过程中倾覆,钢水涌向一个工作间,造成正在开班前会的32人死亡、6人重伤,直接经济损失866.2万元.

对这起特别重大事故,国家质量监督检验检疫总局向全国各质量技术监督局专门发出了事故处理情况的通报[7],文件中详细通报了有关事故的原因.

现仅针对事故原因之一“未按要求选用冶金铸造专用起重机,却擅自使用一般用途的普通桥式起重机”进行一些力学原理的分析.

根据材料的力学性能可知:金属材料在高温下长期服役,其微观结构、形变和断裂机制都会发生变化.因此,室温下具有优良力学性能的材料,不一定能满足机件在高温下长期服役对力学性能的要求.因为材料的力学性能随温度的变化规律各不相同.图6表示在高温静载下,低碳钢的σs.σb,E.δψ等随温度变化的情况[8].

从图线可看出σs和E随温度增高而降低.在250℃～300℃之后,随温度升高σb也降低.

材料在高温和恒定应力作用下,即使应力低于弹性极限也会发生缓慢的塑性变形,这种现象称为蠕变.材料在较低温度下的蠕变现象极不明显,随温度升高蠕变现象才会变得越来越明显.

在高温下工作的零件往往因蠕变而引起事故.例如,蠕变可使零件内预紧力逐渐降低,这种现象称之“松弛”.靠预紧力密封或连接的机器,往往因松弛而引起漏气或松脱.

由材料力学实验,无论光滑试样或缺口试样,总的趋势是试验温度提高,高温疲劳强度降低,而材料的持久强度下降更快,如图7所示[9].两条曲线交点温度随材料不同而不同.据统计,当温度上升到300℃以上时,每升高100℃,钢的疲劳抗力下降约15%～20%.而对耐热合金,则每升高100℃,疲劳抗力下降约5%～10%.

所以,按照国家的《炼钢安全规程》的规定,起吊钢水包应采用冶金专用的铸造起重机,而决不能随意的用其他起重机来代替.铸造起重机的高温、高粉尘、高危险的工作环境决定了它与一般的机械相比的特殊性.不仅材料要能更耐高温,对强度、刚度要求也更高,而且必须要将安全置于最高位置来进行专门的设计,以确保使用起重机的安全性和可靠性.

2 从事故案例看提高力学素养的重要性

一桩桩起重机事故案例触目惊心!尽管引发各类事故的原因错综复杂,但每个事故案例中均存在违背了最基本的力学原理的事实,这的确发人深省.从对事故案例的分析中,学生们深刻体会到了在工程中要提高力学素养的重要性.

工程力学课程是工科院校一门重要的专业基础课,该课程的学习不仅要为学生的专业学习提供必要的理论基础,同时还要培养学生将所学的力学知识应用于工程实践的意识和能力.这些能力的培养,不仅要求学生必须掌握好清晰的力学概念和扎实的基本功,还要求教师在力学课的教学中,注重理论联系实际授课.案例教学有助于学生理解力学知识在工程实际中的广泛应用,激发学生求知欲望和学习积极性,培养训练学生对工程中的实际问题能够敏锐地进行综合分析、快速地作出定性判断并能提出解决方案的工程意识和力学素养.

同时利用工程案例教学,使学生认识到工程中“安全生产规章制度”和“安全操作规程”中的“规范”里所蕴含的深刻力学原理,培养学生遵章守纪的工作态度和严谨、一丝不苟的科学态度.

参考文献

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[4]云南省富宁县谷拉水电站起重门机倾倒压死14人.http://news.sina.com.cn/c/2005-08-03/04566595368s.shtml

[5]顾迪民.起重机机械事故分析和对策.北京:人民交通出版社,2000

[6]五例汽车起重机事故案例.http://www.chinacrane.net/xue yuan/200901/15/11930.html

[7]国家质量监督检疫总局.关于辽宁清河特殊钢“4.18”钢水包倾覆特别重大事故处理情况通报.国质检特函(2008)82号

[8]刘鸿文.材料力学.北京:高等教育出版社,2004

工程力学与机械设计篇8

关键词：工程机械形态设计产品语义

我国工程机械企业的研究领域一直集中于产品功能、使用强度和安全性能等方面，使得产品外在形态几十年不变的现象十分严重，这已在较大程度上阻碍了我国工程机械类产品的发展，因此，工程机械产品的形态设计在现阶段显得尤为重要。工程机械产品的形态设计不仅可以促进人与机器、机器功能于外在形态之间的统一与和谐，也可以满足人在使用时生理和心理的需求。

科学技术的迅速发展带来人们观念的改变，在当今时代，科技与美学的结合是最重要的时代特征之一，而工程机械产品的形态设计也日益成为占有市场的主要竞争手段。在我国一些企业已经认识到工程机械市场产品外观造型这一块的严重缺失，很多企业开始致力于产品外观设计的研究。通过校企合作的项目，我们也发现这个研究领域还有很多值得我们去探索尝试的空间。

一、“形”与“义”中的功能语义

工程机械产品形态设计的形式不可能脱离功能而存在，所以形式与功能的关系是形式服从于功能。在进行产品的形态设计时，首先考虑的是产品的功能性以及安全性，在对产品功能、结构特征性周全考虑的基础上再进行形式的美化，切不可单纯为了形式美而违背产品的功能与结构，应避免产生原则性的错误。因此，在设计之前，我们应该抽象出设计对象的功能系统的结构，针对这一部分的结构作形式上的再创造，一般如下几个步骤：

1、在设计之前，我们应该给所要设计的产品或者部件进行功能定义。功能定义就是对设计对象的整体和各个组成部分的功能下定，以明确其本质。每个产品都是有多个部件组成的，而每个部件又由多个零部件组成，所以我们要对整体产品和产品各个构成要素的功能分别下定义。由此可见，功能定义的目的就是要从肯本上进行设计，把隐藏在产品或其零部件中的功能揭示出来。

2、在对设计对象（产品或零部件）进行功能定义之后，需要将他们的功能进行区分和分类，以便更好的分析设计对象。按照性质来分，可以分为物质功能和精神功能，物质功能是指设计对象的实际用途，而精神功能是指产品通过造型所表现出来的企业文化等。对于工程机械产品而言，物质功能相对而言居于更重要的地位，因为设计这些产品的主要目的是满足人们的使用需求，而现在越来越流行的IT产品则更多地是满足人们的精神需求，强调精神功能；按照重要程度来分，可以分为必须功能和辅助功能。必须功能指设计对象必不可少的功能，而辅助功能是设计对象在满足必须功能的基础上添加的附加功能。在进行设计时，应首先确定设计对象的必须功能，外部造型也主要建立在必须功能之上，在必须功能考虑完善的基础上在考虑辅助功能。

3、在功能定义和功能分类之后还需要将功能进行整合。在即分析每个功能间的内在关系之后发现和消除重复或是不必要的功能，将整个功能系统进行统一整合。

二、“形”与“义”中的造型语义

在西方有一些学者与艺术家提出了形式法则理论，时至今日，形式法则已经成为现代设计的理论基础知识。形式美的法则是人类在创造美的形式过程中对美的形式规律的经验总结和抽象概括。形式美的法则，是所有设计的共同法则。

1、变化与统一

任何物体都是由点、线、面、三维虚实空间、颜色和质感等元素有机组合而成的一个整体。统一是寻求各部分之间的内在联系，而变化则是需寻找他们之间的差异。没有同意将是杂乱无章，没有变化则单调乏味。所以再做任何设计时，我们既要努力追求整体的统一感，又要追求各部分之间的变化。

在做工程机械产品的形态设计时也是一样，要特别强调变化与统一的相结合。线性、色彩、装饰的涂装，甚至是连转角的角度、圆滑成都，都要一一考量，切忌不用线性、不同色彩、不同涂装的等量配置。一般来说，设计时会设置一个主导因素，以他为主，把握整个产品的统一性，而其余的因素为辅，适当运用，体现统一中的变化。工程机械产品的设计中线性和颜色对整个产品的效果是占有主导地位的，所以设计时首先要确定线性的基调是直线还是曲线，在这基础上再把轮廓线及各部件的线性在统一中求变化，然后要确定颜色的基调是冷色还是暖色，再在大色块的基础上做小色块的处理。

2、对比与协调

对比是指产品设计中的某一因素，如体量、材质、色彩、明暗等，有两种以上不同程度的差异显现时所形成的的不同的表现效果。协调则是指变化中具有共通性、相互影响、相互补充的因素以构成的统一整体的效果。对比是相邻部分的差异，协调则是不同部分间的过度。

在设计工程机械产品时，必须保证产品整体的大效果是和谐协调的，这一要素主要抓住消费者的第一印象。而在此基础上，产品需要有细节处理的对比才能使产品呈现出效果更加丰富。

3、比例与尺寸

在产品设计中，比例和尺寸是缺一不可、相辅相成的，良好的比例是根据人或人的使用空间的大小所确定，正确的尺寸则是通过各个部分的大小比例关系所呈现的。比例和尺寸一定是产品造型的基础，只考虑造型而或略了比例与尺寸的设计，最后可能导致影响使用者的正常使用。

在工程机械产品的造型设计中，比例的把握尤为重要，且较为复杂。工程机械产品除总长、总高、总宽之间的大比例关系外，还有很多部件与整体、部件与部件，以及部件与部件的零件，零件与零件的比例关系等等都要全面的进行把握。而工程机械产品造型设计中，尺寸也涉及各整体与各零部件的尺寸，以及一些国家标准等问题，更多的要与人机工程学相结合。

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4、对称与均衡

在形态设计中，对称均衡会让人产生是视觉及心理上的完美、和谐、宁静之感。静态平衡的格局大多都是有均衡与平衡的形式构成。对称是在统一中求变化，平衡则侧重在变化中求统一。

在工程机械产品的形态设计中，一般在正面采取对称的形式，而侧面则采取均衡的形式，这样使产品即显得和谐又有变化。对称和均衡的形式一方面是基于工程机械产品功能考虑的，另一方面则能给使用者以心理上的安全感。这样才能使产品设计的造型和使用者的心理感受达到统一。在工程机械产品形态的设计中，还要处理好量感，这包括整体与零部件，及各零部件之间的安排、色彩组合以及其他要素的设计，这也是使产品达到均衡效果的关键。

5、节奏与韵律

在形态设计中，节奏与韵律是指同一要素在一定的变化规律中重复出现所产生的运动感。在工程机械产品的形态设计中，由现代工业对产品的系列化、通用化、标准化的要求，使得产品具有一种有规律的循环。由于这种循环，产品的设计产生了节奏和韵律感。对于单个产品，我们也可以运用线、体、色来创造这种韵律感。

三、“形”与“义”中的色彩语义

1、满足功能安全的要求

色彩设计的首要目的是要满足功能和安全的要求。因此，在工程机械产品的色彩进行设计时，色彩要与其形态、结构、功能融合为一体，达到和谐的效果，要利用色彩的分区以及特殊的指示使工程机械产品的使用功能更加明确。由于工程机械产品使用环境的特殊性，要保证安全必须采用大面积的高明度及强烈的色彩以起到警示的作用。主色调为一色或者两色，其他颜色为辅助，起到对比色的作用，这样的主体显得庄重，也比较和谐。而操作部件及内饰色彩设计，则应尽量避免沉闷，这样容易令操作人员有困乏之意，但也不能太刺激，因为太久刺激神经容易疲劳。因此一般选用中性的色彩，纯度应适当降低，如灰色或者纯度低的蓝色等等。

2、符合企业文化的要求

现在一般的工程机械产品企业有自己的企业色，作为特定企业的产品，色彩必须与企业形象相吻合，要体现出企业特有的背景和文化。所以针对一个企业产品的色彩，不应是某个产品或者某个系列产品，而应全面的统一所有产品的色彩。不同种类的工程机械产品结构及功能的差异比较大，仅仅靠外观形态的设计及很难使所有产品达到统一的效果，色彩设计师则正好可以弥补这一块，增强企业产品系列化的特征。

3、符合环境色彩的要求

在对工程机械产品进行色彩设计时，考虑使用环境的要求也是重中之重。不同的机械产品有不同的工作环境，但较多情况下，工程机械产品都是较为复杂和混乱的环境中作业，所以一般采用高敏度、高纯度和有警示性作用的红、黄等色。但是，这也不是固定的。比如，在沙漠中，常见的黄色就很难在起到警示作用，反而会和周围的环境融为一体。因此，对工程机械产品的施工地点和色彩环境研究也是必要的。

4、满足人机关系的协调

色彩对人的心理影响是很明显的，好的色彩可以帮助作业者减轻作业时的疲劳感和紧张感，从而工作效率和安全性也得到了保障。所以对产品进行色彩设计时尽可能低满足使用者工作时的心理和生理需求，从而能较好滴协调人际关系。工程机械产品的作业环境一般较为恶劣，要求作业者长时间的高度集中精神，因此再设计工程机械产品的室内设计时，色彩的运用能给人一种较好的舒适空间之感。

四、“形”与“义”中的材质语义

产品的材质美主要体现在自然、科技和社会人文因素中，材质的美感也直接影响产品的艺术风格和人对产品的感受。好的设计离不开合理的使用材质，材质的质感肌理会给人以视觉和触觉的感受以及心里的联想，增加产品与使用者之间的互动。不同的材质会带给人不同的心理感受，木材给人以自然、朴实的感觉，钢材给人以科技感和距离感等等。然而随着人们的审美日益在提高，产品设计的美学在已有的大工业时代整齐划一的工业美感的基础上又提倡产品应该体现出材质的自然和真实的本质美。而且，材质的美还应该体现在人与自然的生态平衡中，我们再考虑产品的使用条件和性能的基础上，还应该要考虑材料对环境的影响和环境的约束准则，以便于使产品及零部件能够方便回收并循环再利用。

工程机械产品的形态设计是一门综合性的交叉研究学科，其主要体现是：工程机械产品的形态能把产品、人、环境和社会联系起来。因此我们要提倡绿色设计，在绿色选材方面遵循如下几个原则：节约材料，尽量减少所选用材料的种类和数量，可持续发展，对可再生材料我们要优先选择，对于可回收的材料要尽量选择，这样能提高资源的利用率，保护环境，尽量选用低能耗、少污染、环境兼容较好的材料，避免选用有毒、有害和放射性的材料。

五、结语

工程机械产品形态设计的语义研究具备理论与实践的双重指导意义。理论层面上，本文尝试对现有工程机械产品的形态语义做系统全面的分析，将形态语义学的知识尝试在工程机械产品上运用，从这一新的视角全方位的研究工程机械产品的形态设计方面的理论基础，为以后的设计提供理论指导；实践层面上，本文将形态及其语义研究应用于工程机械产品的设计开发中，从产品形态开发的角度探索性地构建一套系统的工程机械产品形态设计方法，使其可以运用到企业工程机械产品生产的设计阶段，为企业提供一套行之有效的方法体系。

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