流体力学是连续介质力学的一门分支

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1、流体力学流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。 可按研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学，还可按应用范围分为水力学，空气动力学等 等。理论流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程，简称 N-S 方程。纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成，通常只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式才可以求解。它包含速度、压强p、密度 、黏度 ，和温度T等变量，而这些都是位置(x,y,z) 和时间t的函数。通过质量守恒、能量守恒和动量守恒，以及热力学方程 f(,p,T)和介质 的材料性质我们可以确定这些变量。和连续介质力学的关系和连续介质力学的关系以下

2、是流体力学和连续介质力学的关系弹性理论：其固体在受到应力作用后，会恢复原来 的形状固体力学：研究固体连续介质 （不受力时有固定的形状）的 物理学塑性理论：固体在受到相当 大的应力后，产生的永久变 形 非牛顿流体流变学：研究在外力作 用下，物体的变形和流 动连续介质力学：研 究连续介质的物理 学流体力学流体力学：研究流体连续介质 （其形状随容器而变化）的物 理学牛顿流体流体力学的基本假设流体力学的基本假设流体力学有一些基本假设，基本假设以方程式的形式表示。例如，在三维的不可压缩流体中，质量守 恒的假设的方程式如下：在任意闭曲面（例如球体）中，由曲面进入闭曲面内的质量速率，需和由曲 面离开闭曲面内

3、的质量速率相等。（换句话说，曲面内的质量为定值，曲面外的质量也是定值）以上 方程式可以用曲面上的积分式表示。流体力学假设所有流体满足以下的假设：质量守恒动量守恒连续体假设在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密度为一定值。液体可以算是不可压缩流 体，气体则不是。有时也会假设流体的黏度为零，此时流体即为非黏性流体。气体常常可视为非黏性 流体。若流体黏度不为零，而且流体被容器包围（如管子），则在边界处流体的速度为零。流体力学的分支流体力学的分支编辑 流体静力学流体静力学静态液体的压力分布容器壁的受力自由表面的形成静浮力浮力定律浮动物体的稳定性考虑不可压缩流体内的压力变化静态可压缩流体

4、的压力随高度之变化标准的大气使被局限流体保持静态的表面力效应静态不可压缩流体之潜浸表面上的液体静态作用力力作用于平面上的问题潜浸曲面上之流体静态作用力编辑 流体动力学流体动力学流动种类 o定常流动o非定常流动流动形态 o层流o紊流流动稳定性 o不可压缩流动o可压缩流动o粘性流动o无粘流动有势流动漩涡流动流线理论管流边界层流动相似性理论多相流动编辑 流体力学应用领域流体力学应用领域造船工程学航空工程学热传学大气科学河川工程学应用力学结构力学结构力学科技名词定义科技名词定义中文名称：结构力学 英文名称：structural mechanics 定义：研究工程结构在外来因素作用下的强度、刚度和稳定性

5、的学科。 应用学科：水利科技（一级学科） ；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科） ；工程力学（水利） （三级学科） 结构力学(Structural Mechanics)是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律， 以及如何进行结构优化的学科。结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力， 温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算， 位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出 有限元法

6、 ，成为利用计算机进行结构计算的理论基础。结结构构力力学学的的任任务务研究在工程结构（所谓工程结构是指能够承受和传递外载荷的系统，包括杆、板、壳以及它们的组合体，如飞机机身和机翼、 桥梁、屋架和承力墙等。）在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。 观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎和叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，可以发现它们的强度和刚 度不仅与材料有关，而且和它们的造型有密切的关系，很多工程结构就是受到天然结构的启发而创制出来的。结 构设计不仅要考虑结构的强度和刚度

7、，还要做到用料省、重量轻减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻飞机的 重量就可以使飞机航程远、上升快、速度大、能耗低。结结构构力力学学的的发发展展简简史史人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓箭、房屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单的结构。随着社会的进步，人们对于结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，并且积累了经验，这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北京故宫等等。尽管在这些结构中隐含有力学的知识，但并没有形成一门学科。 就基本原理和方法而言，结构力学是与 理论力学、材料力学同时发展起来的。所以结构力学在发展的初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到

8、19 世纪初，由于工业的发展，人们开始设计各种大规模的工程结构，对于这些结构的设计，要作较精确的分析和计算。因此，工程结构的分析理论和分析方法开始独立出来，到19 世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。 19 世纪中期出现了许多结构力学的计算理论和方法。法国的纳维于1826 年提出了求解静不定结构问题的一般方法。从 19 世纪 30 年代起，由于要在桥梁上通过火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。 从 1847 年开始的数十年间，学者们应用图解法、解析法等来研究静定桁架结构的受力分析，这奠定了桁架理论的基础。 1864

9、 年，英国的麦克斯韦创立单位载荷法和位移互等定理，并用单位载荷法求出桁架的位移，由此学者们终于得到了解静不定问题的方法。 基本理论建立后，在解决原有结构问题的同时，还不断发展新型结构及其相应的理论。19 世纪末到 20世纪初，学者们对船舶结构进行了大量的力学研究，并研究了可动载荷下的梁的动力学理论以及自由振动和受迫振动方面的问题。 20 世纪初，航空工程的发展促进了对薄壁结构和加劲板壳的应力和变形分析，以及对稳定性问题的研究。同时桥梁和建筑开始大量使用钢筋混凝土材料，这就要求科学家们对钢架结构进行系统的研究，在1914 年德国的本迪克森创立了转角位移法，用以解决刚架和连续梁等问题。后来，在20

10、30 年代，对复杂的静不定杆系结构提出了一些简易计算方法，使一般的设计人员都可以掌握和使用了。 到了 20 世纪 20 年代，人们又提出了蜂窝夹层结构的设想。根据结构的“极限状态”这一概念，学者们得出了弹性地基上梁、板及刚架的设计计算新理论。对承受各种动载荷(特别是地震作用 )的结构的力学问题，也在实验和理论方面做了许多研究工作。随着结构力学的发展，疲劳问题、断裂问题和复合材料结构问题先后进入结构力学的研究领域。 20 世纪中叶，电子计算机和有限元法的问世使得大型结构的复杂计算成为可能，从而将结构力学的研究和应用水平提到了一个新的高度。 结结构构力力学学的的学学科科体体系系一般对结构力学可根据

11、其研究性质和对象的不同分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。 结结构构静静力力学学结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，它主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题。静载荷是指不随时间变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷。结构静力学是结构力学其他分支学科的基础。 结结构构动动力力学学结构力学构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。在动 载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容

12、一 般比结构静力学复杂的多。结结构构稳稳定定理理论论结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。现代工程中大量使用细长型和薄型结构，如细杆、薄板和薄壳。它们受压时，会在内部应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈 )，即结构产生过大的变形，从而降低以至完全丧失承载能力。大变形还会影响结构设计的其他要求，例如影响飞行器的空气动力学 性能。结构稳定理论中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。 结结构构断断裂裂和和疲疲劳劳理理论论结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。现在我们对断裂和疲

13、劳的研究历史还不长，还不完善，但断裂和疲劳理论目前得发展很快。 在结构力学对于各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象还形成了一些研究领域，这方面主要有杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三大类。整体结构是用整体原材料，经机械铣切或经化学腐蚀加工而成的结构，它对某些边界条件问题特别适用，常用作变厚度结构。随着科学技术的不断进展，又涌现出许多新型结构，比如 20 世纪中期出现的夹层结构和复合材料结构。 结结构构力力学学的的研研究究方方法法结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。 使用分析就

14、是在结构的使用过程中，对结构中出现的情况进行分析比较和总结，这是易行而又可靠的一种研究手段。使用分析对结构的评价和改进起着重要作用。新设计的结构也需要通过使用来检验性能。 实验研究能为鉴定结构提供重要依据，这也是检验和发展结构力学理论和计算方法的主要手段。实验研究分为三类：模型实验、真实结构部件实验、真实结构实验。例如，飞机地面破坏实验、飞行实验和汽车的碰撞实验等。 结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进行理论分析和计算。 在固体力学领域中，材料力学为结构力学的发展提供了必要的基本知识，弹性力学和塑性力学又是结构

15、力学的理论基础，另外结构力学还与其它物理学科结合形成许多边缘学科，比如流体弹性力学等。 结构力学是一门古老的学科，又是一门迅速发展的学科。新型工程材料和新型工程结构的大量出现，向结构力学提供了新的研究内容并提出新的要求。计算机的发展，为结构力学提供了有力的计算工具。另一方面，结构力学对数学及其他学科的发展也起了推动作用。有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。 其其它它力力学学分分支支学学科科静力学、动力学、 流体力学、分析力学、运动学、固体力学、材料力学、复合材料力学 、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学、磁流体力学、空气动力学、理论力学、物理力学、天体力学

16、、生物力学、计算力学 主要物理学分支 物理学概览、力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理学、固体物理学理论力学理论力学是机械运动及物体间相互机械作用的一般规律的学科，也称经典力学。是力学的一部分，也 是大部分工程技术科学理论力学的基础。其理论基础是牛顿运动定律，故又称牛顿力学。20 世纪初建立起来的量子力学和相对论，表明牛顿力学所表述的是相对论力学在物体速度远小于光速时的极限情 况，也是量子力学在量子数为无限大时的极限情况。对于速度远小于光速的宏观物体的运动，包括超 音速喷气飞机及宇宙飞行器的运动，都可以用经典力学进行分析。英英文文名名称称 EngineeringEngineering MechanicsMechanics（工科）（工科）ClassicalClassical MechanicsMechanics（理科）（理科） 基基本本概概况况理科理论力学从变分法出发，最早由拉格朗日分析力学作为开端，引出的拉格朗日力学体系、哈密顿力学体系、哈密顿 -雅克比理论等。是理论