matlab软件在_理论力学_课程中的应用

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1、韩刚童惠芬黄杰超（闽南理工学院，福建石狮362700）摘要：探讨了在《理论力学》教学中如何引入MATLAB软件，并结合作者教学实践，分别列举了MATLAB软件在静力学和运动学中的运用案例，实践证明合理使用计算机软件，既能促进学生的学习兴趣，又能提高学生对理论力学的掌握程度，提高学生的工程能力。关键词：MATLAB；理论力学；运动仿真；SimMechanics中图分类号：G642.41文献标识码：A文章编号：1672-4801(2011)02-138-03《理论力学》是机械类本科专业的必修课程，对学生的空间想象能力和抽象思维能力

2、要求较高，而应用型本科院校学生普遍基础一般，尤其数学功底较薄弱，在教学计划中应注重对学生实践能力的培养。针对学生的特点和教学要求，学院理论力学教学组结合实际，引入MATLAB软件辅助教学，取得了较好的效果。公式的物理意义的理解，而不是解题过程中的数学技巧或编程计算。例如在计算任意力系平衡时，传统的算法比较重视平衡方程的选择，因为合理选择平衡方程可以减少手工计算量。事实上这些技巧有些比较灵活，对于工科学生来说需要花费一定的精力，不可避免地影响了学生对基本概念理解。而在使用数学软件后，可以更加注重方程的普遍意义，有助于建立知识体系

3、，有效地提高学生对基本概念的理解。1.2适当引入数学软件，简化学习过程正是由于《理论力学》对数学技巧的要求过高，有时甚至会使学生颠倒理论和习题、基本原理和技巧的关系，忽视对基本理论的学习。所以适当引入数学软件，可以减轻学生的负担，例如在动力学分析中，运动微分方程是重点内容，却没有讲授运动微分方程组的求解问题，大部分问题是在特殊情况下，利用质点系普遍定理进行求解。适当使用MATLAB软件求解微分方程的数值解，或使用SimMechanics模块进行直观分析，可以将抽象的微分方程转化为具体的实践，使学生有一种参与感，直接促进了学生对

4、运动微分方程的理解。1.3激发学生兴趣，深化教学改革在高等教育不断改革的今天，压缩专业课学1注重基本概念的培养，合理引入数学工具MATLAB是美国Mathworks公司开发的大型数学软件，因为其强大的数值计算功能和简易的操作，广泛地应用于工程领域的各个方面，也是高校学生学习多门课程的工具。而《理论力学》课程一般安排在本科第三学期，在教学中适当引入计算机手段，可以激发学生的学习兴趣，又能帮助学生掌握MATLAB这一工具。在现有的教学实例中，主要是利用MATLAB软件解决计算力学以及非线性力学问题[1]，一般较少用其解决静力学和运

5、动学问题，实际上非线性力学问题已经超出我校教学要求。亟需探索一条符合应用型本科院校具体情况的教学方法。从教学内容上看，《理论力学》主要讲授重点包括静力学、运动学和动力学三个部分。这三个部分即相互独立有有着紧密的关系，十分注重基本概念的理解和力学建模能力的培养。这也是《理论力学》课程的教学目标。为了实现计算机辅助教学的目的，教师在具体教学实践中，牢牢把握住以下三个原则：1.1分清主次，以基础知识为纲机械类专业学习力学的目的是要解决机械运动的问题，要求掌握和机械运动相关的受力分析和运动分析。在教学过程中，要注意基本概念、时，扩展学

6、生的知识面已经成为高校教育的共识。在力学教育方面，国外知名大学很早就开始引入矢量、张量作为分析工具，而我国在这方面的应用还较少。其后果就是学生在学习过程中缺少主动利用计算机工具的意识。在学院教学的实践中，用少量的课时(约1学时)讲解MATLAB软件的使用，鼓励学生自学掌握，通过小组作业、小论文的形式要求学生利用软件解决力学问题。最终利用实践操作*基金资助：福建省教育厅科技项目(JB10183)作者简介：韩刚（1983-），男，助教，硕士，研究方向：加工过程检测与仿真。激发学生的学习兴趣，取得了较好的效果。在传统的专业基础课中引

7、入计算机辅助教学，还是一项较新的探索。本文结合两个案例探讨如何在教学中适当使用MATLAB软件。2MATLAB软件在静力学中的应用静力学是《理论力学》的基础，但在实际教学中，由于静力学和大学物理中的力学部分有一定的重叠部分，许多学生习惯凭借大学物理甚至中学物理的知识计算题目，例如在受力分析中，求解出大量的中间变量，却不能正确列出平衡方程，这说明学生还没有树立工程的思维。而使用软件分析问题，迫使学生正确进行受力分析，按照“取分离体、分析主动力、分析约束力”的思路进行求解。使得学生很快掌握各种力系的受力分析。下例是理论力学教材中常

8、见的例题：自重P=50N的T字形构件ABCD，通过固定铰支A固定在铅垂面，AC=3l，BD=2l，在外载荷F1、F2和M的作用下平衡，如图所示。其中M=100N·m，F1=30N，l=1m。求外力F2的大小和固定端A的约束力。在MATLAB窗口中输入以下语句：A=[10−0.