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1、自然科学学科发展战略调研报告国家自然科学基金委员会北京：科学出版社，1997力学目录前言摘要1 力学学科的战略地位 1.1 力学发展的回顾 1.2 我国力学研究的状况 1.3 力学发展的趋势和重要方向2 力学学科发展的状况与趋势 2.1 一般力学 2.1.1 一般力学 2.1.2 理性力学 2.2 固体力学 2.2.1 固体力学的发展状况 2.2.2 固体力学的发展趋势 2.2.3 中近期建议着重研究的领域 2.3 流体力学 2.3.1 概述 2.3.2 流体力学的发展状况 2.3.3 中近期建议着重研究的领域 2.4 力学中的交叉学科 2.4.1 物理力学 2.4.2 电磁流体力学和等离子体
2、动力学 2.4.3 爆炸力学 2.4.4 环境流体力学 2.4.5 地球力学 2.4.6 生物力学3 战略目标及措施 3.1 战略目标 3.2 措施参考文献前言力学具有很强的基础性，又有广泛的应用性。力学的基础研究，不断深化和丰富人类对基本自然规律的认识，不断为其他学科的发展提供认识工具。目前，力学正在突破经典的力学概念和范畴，进入一个新的发展阶段。力学的物理内容在深化，力学在与其他学科交缘处迅速发展。力学从认识论的前沿，跨越自身的一些重大问题和学科的新生长点，直到构筑新技术、高技术的根基。形成一个相当宽阔的研究带。国内外对力学都很重视，学术活动频繁，学术组织林立。美国、日本把力学和材料视为交
3、叉研究领域，俄罗斯把力学当作带头学科，我国则把力学作为七大基础学科之一。随着冷战的结束，随着我国从社会主义计划经济向社会主义市场经济的重大体制转变，力学又面临着新的挑战和新的机遇，力学需要重新规划自已、发展自己。力学发展战略研讨工作，侧重于基础学科方面。在国家自然科学基金委员会的统一部署下，于1990年7月在山东威海召开的学科评审组会议上正式开始。会上，确立了战略研究的总体构思，本着学科发展战略调研报告应具有权威性、预见性和可操作性的精神，成立了以中国科学院郑哲敏院士为组长、黄克智院士、周恒院士和中国工程院黄文虎院士为副组长的研究组。国家自然科学基金委员会副主任、中国力学学会理事长、中国科学院
4、王仁院士光临会议，共同商讨。研究分两个阶段四个方面进行：第一阶段从1991年开始，由黄克智院士率领，对固体力学进行发展战略研究；由周恒院士率领，对流体力学进行发展战略研究；由黄文虎院士率领，对一般力学进行发展战略研究；由郑哲敏院士率领，对力学的交叉学科进行发展战略研究。第二阶段从1994年开始，在上述四个方面的研究基础上，由郑哲敏院士主持形成整个力学学科的发展战略报告的总体构想。第一阶段的工作，是国家自然科学基金委员会的力学发展战略研究组、中国力学学会和中国科学院非线性连续介质力学开放实验室等单位联合组织实施的。在周恒院士的主持下，于1990年10月和1992年2月召开了两次“非线性流体力学研
5、讨会”，先后有35位专家(人次)参加会议。会上的24个邀请报告，收集在现代流体力学进展和现代流体力学进展(II)(科学出版社出版)里。在黄文虎院士的主持下；1993年7月召开了“一般力学(动力学、振动及控制)发展与展望学术讨论会”，由42位专家(人次)提供了25篇专题报告，汇编为一般力学(动力学、振动和控制)的最新进展，由科学出版社1994年出版。在黄克智院士主持下，于1990年11月和1992年12月召开了两次“固体力学发展趋势研讨会”，由36位有关专家分工撰写了综合报告19篇，这些报告汇编为固体力学发展趋势，由北京理工大学出版社1994年出版。由朱兆祥等四位教授负责，于1991年8月召开了
6、“材料和结构的不稳定性研讨会”，邀请了16位专家作了学术报告，汇编为材料和结构的不稳定性论文集，由科学出版社1994年出版。郑哲敏院士主持的力学的交叉学科涉及的内容广泛，尽管有关交叉学科的发展战略报告已经成文，如爆炸力学等，但因各学科多从自身的角度论述，而没有统一在一起，形成正式出版物。第一阶段的学科发展战略研讨工作，通过郑哲敏等四位院士的影响和带动，使力学界相当一部分学术造诣深厚，且在研究第一线工作的专家学者参与研讨，为第二阶段的工作奠定了良好的基础。第二阶段的工作是从1994年7月在哈尔滨召开的学科评审组会议开始。在那次会议上，首先请了周恒院士、黄文虎院士、杨卫教授和唐立民教授等开始对整个
7、力学学科发展战略报告的正式文稿进行起草，会上周恒院士初步完成了“力学发展的回顾”和“流体力学”部分、杨卫教授初步完成了“固体力学”部分、黄文虎院士初步完成了“一般力学”部分的起草工作等。1995年初，研究组又征集了郑泉水教授关于理性力学的材料，谢和平教授关于岩石力学的材料，伍小平教授关于实验力学的材料，大连理工大学关于计算力学的材料等。1995年年底，将上述材料连同原来谈庆明研究员提供的有关爆炸力学的材料，崔季平研究员提供的有关物理力学的材料，柳兆荣教授提供的有关生物力学的材料，徐复和陈允明研究员提供的有关电磁流体力学的材料和李家春研究员提供的有关环境流体力学的材料等，由杨雷高级工程师串在一起
8、，组织打印为“力学学科发展战略调研报告”的初步讨论稿。1996年初，由郑哲敏院士和黄克智院士组织杨卫教授、郑泉水教授、谈庆明研究员、郭文海副研究员等进行初步加工，形成初步的框架。接着召开了研究组全体人员会议，提出了一些原则性的修改意见，并确定由谈庆明研究员为整个报告的统稿人；进行深入细致的进一步加工。之后，郑哲敏院士编写了摘要；又请王仁院士、李家春研究员、朱如曾研究员、陆启韶教授、王文标教授等补充了有关的材料，并按照“调研报告”的出版要求，进行了再加工。在郑哲敏院士的主持下，又召开了几次在京研究组成员会议，进行讨论；并书面征求了京外研究组成员的意见，1996年4月基本定稿。王仁院士首先进行了通
9、篇审读和修改。同年5月送同行专家进行评议，除力学界的同行专家外，还送请数学界、物理界和工程界的专家进行评议。根据同行专家返回的意见，又逐一进行了修改，形成了送专家评审会议的正式书稿。以王仁院士为组长的评审组于1997年4月1718日对“调研报告”进行了认真细致的评审。评审组认为研究组“完成了一份高质量的调研报告。该调研报告从科学技术发展历史的角度，阐明了力学在自然科学中的战略地位，以及它对国民经济和社会发展的巨大推动作用。调研报告对国内外力学研究现状和发展趋势作了深入分析和高度的概括。”“调研报告既有学术深度，又有战略高度。所引用的资料准确，对力学学科未来十年的发展机遇作了比较明确的预测，提出
10、了实现战略目标的相应措施。”“结合我国国情，提出了优先发展领域和中近期发展目标，是一项既有重要学术价值又有很好指导意义的研究成果。”力学学科发展战略调研报告是部分力学工作者在充分调研基础上的集体构思。在此，我们谨对一直关心和支持该项工作的白以龙院士，对曾给予该项工作以支持和帮助的专家和有关单位表示衷心感谢。对书中不足或不当之处，欢迎读者指正。国家自然科学基金委员会数理科学部靳征谟 1997年5月力学是研究物质机械运动规律的科学。自然界物质有多种层次，从宇观的宇宙体系、宏观的天体和常规物体，细观的颗粒、纤维、晶体，到微观的分子、原子、基本粒子。通常理解的力学以研究天然的或人工的宏观对象为主。但由
11、于学科的互相渗透，有时也涉及宇观或细观甚至微观各层次中的对象以及有关的规律。机械运动亦即力学运动是物质在时间、空间中的位置变化，它是物质在时间、空间中的位置变化，物质运动的其他形式还有热运动、电磁运动、原子及其内部的运动和化学运动等。机械运动并不能脱离其他运动形式独立存在，只是在研究力学问题时突出地考虑机械运动这种形式罢了；如果其他运动形式对机械运动有较大影响，或者需要考虑它们之间的相互作用，便会在力学同其他学科之间形成交叉学科或边缘学科。力是物质间的可以说是力和运动的科学。1 力学学科的战略地位1.1 力学发展的回顾力学的发展始终是和人类的生产活动紧密结合的，3000多年前的墨经上就有简单的
12、杠杆原理。在西方，古希腊的阿基米德对静力学就有了一些系统的论述。这都与当时的生产水平相适应。17世纪初，欧洲资本主义萌芽，科学挣脱神学的束缚而开始复苏。伽利略是进行系统实验研究的先驱，提出了加速度的概念和惯性原理。开普勒根据天文观测资料总结出行星运动的规律。牛顿继承和发扬了前人的成果，提出了物体运动三定律和万有引力定律。可见，至牛顿时代，力学形成了一门科学，同时推动了微积分的发展，其后，随着欧洲逐步工业化，力学得到了很大的发展。上个世纪，力学已经有了不少分支。例如与水利及城市给排水建设有关的水力学，与建筑、桥梁、道路等有关的材料力学和结构力学，与军事有关的弹道学，以及理论性较强的理想流体力学，
13、分析力学和弹性力学。与此同时，力学成了物理学的重要组成部分，并促进了数学的发展。力学的大发展开始于本世纪初。最突出的成就是流体力学中边界层理论的提出。上个世纪水力学和理想流体力学得到了很大发展，前者紧密地结合工程实际，但含有不少经验成分； 而后者理论很完美，但不能计算物体在真实流体中运动时所受到的力。德国的普朗特 (L.Prandtl)通过实验观察，发现流体的粘性在紧靠物体表面的一薄层中不能忽略，但在离物体稍远处则完全可以忽略。根据这一思想，他提出了边界层理论，圆满地解决了在计算物体所受阻力和升力中所遇到的疑难问题，正是在这个基础上，诞生了现代流体力学。有意思的是这种“边界层”的现象后来发现在
14、很多其他领域中也存在，同样可以应用普朗特的思想解决问题。同时这也促成了应用数学中十分有用的“渐近匹配法”的发展。力学的飞速发展是伴随着第一次大战后航空工业的发展而进行的。尽管当时几乎所有的大生产部门都依赖于力学理论的指导，但只有航空工业对飞机设计提出的轻、快、安全的高难度要求，才使得航空工业离开了力学寸步难行，从而极大地推动了空气动力学，固体力学中的板、壳理论，结构分析，塑性力学，疲劳理论的发展，而反过来，力学一旦形成一门科学，就会为完善本身学科的要求出发而提出众多基础问题。这些基础研究的储备，又大大缩短了解决实际问题的时间。从低速飞行到高速飞行的发展，就是一个极好的例子，一方面可压缩流体力学
15、的研究是不可压流体力学的自然延伸； 而另一方面，以普朗特、冯卡门(T.von Karman)、钱学森为代表的应用力学学派开创了一条工程和力学相结合的道路。他们先后提出和围绕“声障”和“热障”问题，展开了系统的研究，奠定了高速空气动力学和气体动力学的理论基础，从而也为超声速飞机、火箭和导弹的研制、设计和制造赋予严密和完整的基础，人们从此进入了喷气技术的时代，形成了今天的大规模的航空、航天产业。航天技术中一系列问题的解决，形成了高温空气动力学、稀薄气体力学、化学流体力学、物理力学以及断裂力学、损伤力学等一大批新兴力学学科。由于这些学科所取得的成就又被进一步广泛地应用于民用工业，促进了民用工业的发展，例如化学流体力学对化工、冶金，断裂力学对机械、交通和建筑等。力学与工程紧密结合的倾向也在其他工程部门的迅
