工程力学的发展与展望

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1、工程力学的发展与展望工程力学是物理中力学的一个分支学科,是各种工程与力 学的融合形成的交叉性综合学科,涉及到土木建设、材料学、 机械与自动化学科、能源、化工以及航空、传播、水利等专 业与学科。力学工程分为六个研究方向,分别为:非线性力学 及工程、工程 稳定性,分析与控制技术、应力变形测量理论与 破坏检测技术、数值分析与工程应用、工程材料的物理力性 质、工程动力学及工程爆破。工程力学是研究物质宏观运动规 律及其现实应用的学科,通过工程力学的研究成果与应用研究 去改进工程设计。现代工程技术与尖端科学技术发展非常迅速,需要对物体 本身的宏观运动与物体内部的原子、分子的微观运动以及相互 作用的过程进行

2、研究,发现并总结运动规律。可以说,过程力 学的发展不仅直接为工程技术发展提供材料、介质等物性资 料,为其提供技术支撑,还为其他学科的发展创造条件。一、力学工程的发展(一)工程力学的诞生20世纪50年代末,工程力学在中国物理学家钱学森的努 力与创下,得以诞生。当时,在生产中出现了一些条件比较极 端的 过程技术类问题,比如,过程中涉及到的温度高达几百万 度,涉 及到的气压达到几百万大气压,着这样极端的条件下, 很难直接测试介质和材料的性质。即使可以直接测试,也需 要耗费大量的 时间和资金,需要消耗大量的成本,阻碍了相 关研究与应用的发 展。为了避免在如此极端的情况下进行检 测,可以考虑从给微观分析

3、入手,即通过对分子与原子的研 究去分析和检测介质与材料的性质。在实际工程中,类似这样 的问题还有很多,为了推动工 程研究与技术的发展、也为了解 决实际生产中面临的难题,工程力学应运而生。(二)工程力学发展到自成体系 随着工程力学的发展,一 些问题也迎刃而解。一方面,产生了一种新的方法,可以预知 介质和材料在极端情况下的性质和状 态变化规律;另一方面, 在现代科学的推动下,尤其是分子原子力学与统计力学的建设 与发展,使得研究物质的微观结构与运动规律变得可行而准 确,也就是说,通过围观分子原子运动研究去推断物体宏观 运动的规律和特性是可能的,也为其提供的研究基础。目前,力学工程的发展还处于初级阶段

4、,对于基磴学科与 老学科的依赖性比较强,但是工程力学自身也取得了长足的发 展,形成了自身的发展特点:1)重视通过分析问题的机理、借助理论模型来分析和解决 问题;2)重视计算方式与运算手段,不是定性地解决问题或者解决原则性的问题,而是求得准确的数值结果,因此也不难理解 工程力学必须以数学、计算机等学科为基础学科3)重视从微观到宏观的分析与检测,这是工程力学的核心 与根本目标,以上分析过,对某些宏观问题进行直接研究存在 一定困难,但是如果从围观入手去,这些宏观问题可能就迎刃 而解;4)包容性与综合性。一方面,工程力学是在多个基础学科 之上发展起来的,它可以容纳大量的其他学科的知识并将其加 以运用;

5、另一方面,工程力学也被广泛用于多个领域,比如隧桥梁、建筑基础、水利、矿山等。吸纳更多学科的知识,对于工程力学自身的完善与发展起着推动作用,同时也将更好 地发挥“桥 梁”的作用。(三)工程力学的现代化发展随着计算机技术、网络技术、概率统计与有限元法的的发 展,工程力学也有了新的突破。比如,计算力学得以诞生和发 展,突 破了以往某些指标无法量化测算的困难,通过将概率论 与计算机技术融合到工程力学中,使得所有测量结果都可以实 现数字化,并且可以通过计算机技术实现快速而准确的机械化 计算,大大提高了工程力学的研究进程与应用效率。同时, 随着互联网技术与自动化技术的快速发展,工程力学也逐渐实现了智能化、

6、机械化、全球化,使得工程力学能够解决的问 题越来越多,也促进了工程力学系统的进一步完善与形成强大 的应用能力。二、力学工程的应用展望工程力学的应用范围较为广泛,本文选取两个方面进行讨 论与分析。(一)材料力学材料力学被广泛用于日常生活中的各类产品,比如机械设备中的各类机械零部件、建筑设计中的各种 工程结构,还有比较常 见各类生活包装袋与日常生活用品。 因为这些物品都会涉及到材料应用,材料就会涉及到硬度、强 度、弹性与稳定性等方面的测试,而测试就要用到材料力学(材料是工程力学的一种应用),只有通过检测才能保证物品 的正常使用与使用。力学工程往往会通过识别材料的特点,借以提高材料的承 载力。比如,

7、建筑领域离不开的钢筋,钢筋通常在冷作硬化的 情况 下会变得更加硬和脆,就容易破裂,是加工变得更加困 难,其承重或抗压的强度也会降低,这是通过工程力学对其进 行改进,比如退火处理技术就可以应对钢筋困难产生的这种不 利变化。(二)固体力学固体力学主要研究和测试物体或者物品的坚固性、线性与非 线性、弹性、塑性等问题,比如桥梁、飞行器、船舶、水坝甚至 是各种日用家具等的建造,无不与固体力 学紧密相关。无论是体积庞大的天体还是视觉无法察觉的微粒,都离不开固体力学。以前,学术界都认为固体是由均匀连续的介质组 成的,但是今年复合材料的出现改变了这一判断,因为传统的体力学知识无法解决复合材料需要的检测、加固等需求, 使得固体力学不得不扩大自身的研究范围,比如对非线性物体 与带有裂纹或者裂缝的物体展开研究。三总结本王对工程力学的发展与展望进行了研究,工程力学是一门集土木建设、材料学、机械与自动化学科、能源、化工以及航空、传播等众多学科于一体的综合性学科同时也被广泛用于隧道、桥梁、建筑基础、水利、矿山等多个领域,具有 重要的现实意义。本文将工程力学的发展分为三个阶段,分别 诞生阶段、形成自我 发展体系的阶段、实现现代化发展的阶 段。最后,还对工程力学在材料力学与固体力学的应用展望进 行了探讨。

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