材料力學如何入門?

​修材料力學之前要先修過靜力或應用力學,有些學校規定還要先修過動力或工數/微積分。不過以一般的材料力學,基本上只要有靜力學動力學底子+微積分基礎+工數簡單ODE。

材料力學要修好的話,下面的基礎是很重要的:

1. 靜力學基礎:
靜力基本理論、力平衡、力矩平衡、桁架、力系合成與分解、平面力系(包含共點與不共點力系)等。重心/型心/慣性矩慣性積等理論超重要。
靜力學可跳過章節:空間力系(材力問題若遇到3d困題再去複習,一般很少遇到)、虛功原理。

2. 動力學基礎:
基本功能原理、牛頓三大運動定律。基本上都是高中概念。
動力學可跳過章節:幾乎可以整本跳過。

3. 微積分基礎:
基本微分、基本積分、基本超越函數之微積分。大概懂上面這些就夠了,太醜的函數沒必要去背,考出來沒人會。

4. ODE基礎:
會解2階就夠了,這部份只有柱理論會用到。

上面這些東西你要一項一項圈起來問問自己,是哪邊遺漏了沒注意到?如果都會的話,材料力學絕對是很輕鬆的,因為相比之下動力學是另一個層次,用到的數學基礎比較深,而且部份章節非常抽象,尤其牽涉到古典力學以及3d還有陀螺儀的部份真的很煩。

材料力學的章節編排,一般教科書都是循序漸進的,無法跳躍的。也就是每個章節都有連貫性,但基本上都在討論一個三四百年前就有的理論:Hook's Law 虎克定律。
力/力矩/變形量/申長量/應力/應變/安全係數/極限應力/彈性限,這些基本名詞要搞懂,之後的章節每張都會用到。彈簧受力之後變形,猶如彈簧那樣會伸長或縮短。彈性體受應力之後變形,猶如彈性體會伸長與縮短。兩者差異需要搞清楚單位。
同理彈性體受力矩/扭轉做用會有角變形與角位移等等,上面的東西都是虎克定律而已,稱之為材料力學基礎。
搞懂之後才能玩粱柱,要會畫SFD、BMD,畫圖要先會靜力學解結構反力,這些是基本。
之後才能處理樑之變形與柱之挫曲,中間會有應力應變轉換,基礎理論也是力平衡而已,但非常重要。
要先懂基礎理論,才能瞭解Mohr圓是什麼。懂Mohr與應力應變轉換之後,才能處理主應力的問題,亦即組合力系的應力問題:什麼是主應力?什麼是主應變?發生再哪個角度?這些都是常見的問題,瞭解這些才能處理複合材料的問題。此外材料力學與靜力學不同的地方在於處理靜不定問題,因此靜定/靜不定是什麼概念就要先搞懂,一步一步來,材料力學其實很容易的。

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