工業設計專業《工程力學》木結構橋樑比賽緣起和感受

工業設計專業的《工程力學》應該怎麼上？前些年一直有這個問題，因為工業設計專業的《工程力學》一會兒變成理力+材力，一會兒單獨的工程力學，甚至有一個階段出現了沒有工程力學課程，把工程力學課程的內容都歸入到了《機械設計基礎》這門課。

我一直是認為工業設計專業的學生是要有力學涵養的，力學和美學是相通的，一個好的結構，一個好的外觀設計，一定是有好的力學性質，西方文藝復興時期，以達芬奇為代表的很多美術家，也是非常出色的結構工程師和力學大師。工業設計專業主要是做結構的外觀設計、性能設計，自然力學知識是不可或缺的。但是工業設計專業的特點又決定了他們不需要和機械、力學專業的學生那樣，太過注重於計算，往往概念性的東西，常識性的東西對他們更為重要。在我院工業設計專業的培養計劃中，後面還有相關的結構工藝，木工工藝製作等環節，結合這兩個方面的因素，通過一種木結構的設計，從設計，製作到分析，到測試的一個整體環節的訓練或許是對他們很好的一個綜合性鍛煉。

木結構橋樑的設計常見於中小學生的創新活動，看似簡單，但是為什麼我在大一的學生中也開展這樣的活動呢？其主要原因有三：

一是我們學校全國招生，各地的學生所受到的教育是不均衡的，特別是來自內地的學生，他們在中小學階段甚至沒有接觸過任何的創新訓練，即便有，大多數情況下也不是他們自己的創造，很多是中學老師或者是父母，親友的傑作；二是現在大學生普遍的動手能力都比較弱，通過一個簡單的橋樑製作，是有利於動手能力培養和測試能力的培養的；三是希望營造一種快樂學習，快樂實踐、團隊合作、綜合能力培養的氛圍，把課堂延拓。這一點我在２００５年ＵＣＳＤ學習的時候頗有感受，只不過ＵＣＳＤ的製圖課引入的是設計一個機械結構來進行搶球的比賽，從某種意義上講，雖然我們木結構比賽相對比較低端，但還是能夠達到這樣一種效果。

2015,2016,2017級連續進行了三次嘗試，目前３０ｇ的松木條所製成的木結構橋樑４０ｃｍ跨度條件下，最高的承載結果是４１．２９ｋｇ。是２０１６級同學賈玉嶺同學所在的團隊創造的，至今還保留著這個紀錄，從承重和自重比來看，達到了１３７６倍。圖中所示的是他們製作的結構：

從某種角度上看學生的創造能力還是不容小覷的，當初在比賽的時候，我和助教也做了一個示範橋樑，如下圖所示，但最終的結果是２８ｋｇ左右就毀掉了。沒有比過學生。。。。

下面的圖展現其中的一些細節：

２０１５年比賽前夕，助教研究生劉浩同學甚至對我們所做的示範橋進行了靜力學分析和屈曲分析。

連續三年的比賽，好的方面不多講，仍然存在一些問題，一個是學生對結構的設計缺乏整體考量，對老師提的要求分析不到位。最主要的問題集中在三個方面：

１、結構的支撐部位設計不合理，沒有充分考慮支座的跨度間距，導致下方拉杆在支撐邊緣受到剪切作用，支座部位斷裂的情況屢見不鮮；

２、上方的受載結構設計不合理，不能使得上方壓力傳遞到節點上，而是直接作用在樑上，這種情況下，在很小的力作用下就會直接崩潰；

３、往往平面的結構做成大Ａ型，這個沒有問題，可以完全滿足強渡要求，但是缺乏兩個平面之間的連接，平面在受壓會造成平面外失穩，發生扭曲破壞。

不管怎麼說，這樣的課堂是讓人愉悅的，無論是學生、老師還是旁觀者，米盧在執教中國足球隊的時候提出的快樂足球，恐怕在我們的教學活動中也是管用的，快樂學習，才有學習的動力。如果學的不快樂，恐怕學的也不紮實。下面上幾張同學們的圖，體會一下那種快樂，也許就會感染你我。

－－－－－－－－－ＴＨＥＥＮＤ－－－－－－－－－－

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