課程名稱 |
波動力學 Stress Waves in Solids |
開課學期 |
110-2 |
授課對象 |
工學院 機械工程學研究所 |
授課教師 |
馬劍清 |
課號 |
ME7123 |
課程識別碼 |
522 M3060 |
班次 |
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學分 |
3.0 |
全/半年 |
半年 |
必/選修 |
選修 |
上課時間 |
星期二7,8,9(14:20~17:20) |
上課地點 |
工綜209 |
備註 |
總人數上限:40人 |
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課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
課程大綱
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課程概述 |
波動力學是研習固體力學相關課程中有關動態問題的基礎課程,內容闡述了應力波在彈性固體中的波傳現象與數學解析,由於在動態問題中所有的物理量(包括應力、應變與位移)皆為時間相關,且在短時間內有劇烈的變化,所以動態問題的解析較以靜態問題為主的彈性力學為繁難,但也具有較多的有趣的物理現象與實際在工程及工業界的應用實例,如超音波非破壞檢測,固體受撞擊時的動態反應,地震波對於結構體的影響,地質的探勘,船艦的聲納系統,聲波的傳播與噪音防制等,這些實際的工程應用皆是以波動力學為基礎再作深入的研究發展而成的範例。
由於應力及應變並不是以往所熟知的純量以及向量場,而是更高階的物理量,所以本課程中首先以彈性力學為基礎說明這些物理量,並推導所需之基本方程式。本課程亦介紹以簡潔的符號系統來表示以及推導複雜的數學方程式,此符號系統將應用在本課程中以簡化一些繁複的數學推導以及方程式的表示式,修習的同學應熟悉此符號系統以利課程之學習。接著以較簡單的一維相關問題(如繩索、桿、樑)為例詳細說明波傳的基本特性及數學解析方法,再以連續體的理論模型為基礎建立三維波傳問題的控制方程式以及解析方法和動態問題基本特性探討。最後以平面簡諧波為例,詳細說明了其在無窮域及半平面的波傳和兩平面間的波導現象,並推導其中重要公式。
雖然本課程是固體力學相關研究領域動態問題的入門課程,但是本課程的內容及深度卻非一般大學部課程所可比擬,尤其有較多的數學推導以說明波傳的現象,故修習本課程的同學應具備良好的工程數學基礎以及彈性力學基本知識。希望同學們修習完這門課後能奠定良好的固體力學有關動態問題的知識基礎,以便將來能以正確的觀念來處理固體力學方面相關的問題,並在實際工程問題中得以應用。 |
課程目標 |
教導學生明瞭固體動態問題之基本知識及應力波傳所呈現之物理現象;傳授學生分析彈性材料受動態外力加載後變形與應力的方法與技巧,期使學生能將所學的知識應用於解釋與解決與固體承受動態負載相關的課題。 |
課程要求 |
先修課程:線性彈性力學、工程數學
適修年級:碩博士班研究生 |
預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
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指定閱讀 |
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參考書目 |
(1) “Wave Motion in Elastic Solids”, K. F. Graff, Ohio State University Press, 1975.
(2) “The Theory of Elastic Waves and Waveguides”, J. Miklowitz, North-Holland Publication Company, 1978. |
評量方式 (僅供參考) |
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