機械振動與結構動力學

2021-02-08 圖形公式不煩惱

今天5月12日,2008年的今天發生了汶川大地震。當然我們學力學人而言,最重要的不是去回憶地震的慘烈,而是掌握好結構動力學來減少地震的危害(文章最後有如何獲得克拉夫的《結構動力學》中英文版的辦法)。

 

5·12汶川地震,發生於北京時間(UTC+8)2008年5月12日(星期一)14時28分04秒,根據中華人民共和國地震局的數據,此次地震的面波震級:芮氏規模達8.0Ms、矩震級達8.3Mw,地震烈度達到11度。此次地震的地震波已確認共環繞了地球6圈。

 

5·12汶川地震嚴重破壞地區超過10萬平方千米,受災巨大。截至2008年9月18日12時,5·12汶川地震共造成69227人死亡,374643人受傷,17923人失蹤,是中華人民共和國成立以來破壞力最大的地震。為此經國務院批准,自2009年起,每年5月12日為全國「防災減災日」。另外5月12日也是救苦救難的南丁格爾日(今年也恰逢母親節,以及農曆4月初八的佛誕日)。

 

力學人的一項重要任務是學好結構動力學,為抗震減災儲備知識。《結構動力學》和《機械振動》兩門課程內容重疊很多。偏機械的力學專業會叫這門課為《機械振動》,偏土木的力學專業會叫這門課為《結構動力學》。KFC當年學習這門課程時,老師指定的教材就是兩本,一本是克拉夫的《結構動力學》,另一本就是鄭兆昌老先生的《機械振動》上冊。

 

高中物理也有《振動與波》這部分內容,但是上課時間比較短,高中學生和老師幾乎都是浸淫於刷題。能用筆在幾分鐘之內答出來的題目,自然只能是對問題進行高度簡化。可是我們有些中學老師,認為這種簡化了內容就是學習的一切。為了提升學生解題速度,反覆地受這種極簡化假設的毒害,以致於認為世界就是這樣,做學問就是這樣,並灌輸給學生,這樣學生就變成了純粹的解題機器,看不到豐富多彩的世界了。這也是很多中國大學生沒有創意,沒有想法的一個重要原因。

 

力學專業的《機械振動》是大課,理論課加實驗課一般不會少於64學時(基本持續一個學期),其實這仍是基礎,離能解決工程振動問題還有距離,需要後續的課程和實踐。

 

機械一般都是長時間工作,所以《機械振動》課程強調穩態和強迫振動,而《結構動力學》主要針對結構,而建築結構對地震這種短時高烈度的載荷比較敏感,所以《結構動力學》中瞬態振動強調的多一些。另外建築結構的各構件的位移比較小,容易寫程序用計算機來計算,所以結構動力學對編程能力要求強一些,當然軟體能分析的規模也大得多。《機械振動》的實物實驗相對重一些。以上大體為兩門課程的區別。

 

說起結構動力學,不得不說今天去世的橋梁大家梅暘春先生。梅暘春先生 (1900—1962),譜名炳灃,字秀珊,江西南昌縣人,傑出橋梁專家。設計主持了錢塘江大橋、瀾滄江大橋和武漢長江大橋的修建。南京長江大橋的設計於1985年獲國家首屆科技進步獎特等獎,梅暘春為第一獲獎者。

梅暘春在普渡大學獲得碩士學位後,參加美國費城橋梁公司工作。因其工作勤奮且有成績,且網球運動亦甚出色而被誤認為日本人。梅暘春深以為恥,決心以自己的業績建立起中國的偉大形象,於1928年回國。

1934年,茅以升博士受託組織籌建錢塘江大橋,聘梅先生為正工程司。老母訓以事業為重,乃挈婦將雛赴杭,擔任錢塘江公鐵兩用橋的設計工作。1937年錢塘江橋通車,三個月後,日軍入侵杭州,為了阻礙日軍,只好自己剛建好不久的大橋炸掉。1938年武漢淪陷,梅先生撤退到後方,再輾轉到昆明,擔任原交通部橋梁設計處正工程司。隨後參與滇緬公路上的新功果橋建設工作,全橋設計由梅先生進行全面審核,但建成後僅42天便被日機炸毀。

梅先生於1940年轉任湘桂鐵路桂南工程局正工程司,參與建設柳江大橋。柳江橋是這樣一座難得的橋梁:世界上鐵路鋼棧橋很多,未能有如此輕巧而多智。但1944年日軍攻到桂林,橋奉命炸斷。

看看,如若國弱,就會被別人追著屁股打。還有,鬥爭迫於形勢,也得講策略,該壯士斷腕則斷腕(想想炸掉自己的作品有多心疼)。

 

隨便瞎湊了一通今天的作業,請您批評指正。

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