工程力學(xué)的發(fā)展與展望

底千賀

摘要：工程力學(xué)是物理中力學(xué)的一個分支學(xué)科，中國物理學(xué)家錢學(xué)森先生提出這一命名并為該學(xué)科建設(shè)做了開創(chuàng)性與推動型貢獻。工程力學(xué)在工科學(xué)校屬于一門主干學(xué)科，一是其研究可以直接用于解決工程建設(shè)中的力學(xué)問題，二是工程力學(xué)也是其他學(xué)科與研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)學(xué)科，同時也培養(yǎng)了大量的與力學(xué)工程相關(guān)的專業(yè)人才。對于理工科學(xué)生而言，了解工程力學(xué)的內(nèi)涵、發(fā)展與應(yīng)用，對于其專業(yè)選擇、專業(yè)學(xué)習(xí)與就業(yè)選擇等會有較大的幫助，因此，本文將對此展開研究。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué);理論研究;應(yīng)用技術(shù)

工程力學(xué)是物理中力學(xué)的一個分支學(xué)科，是各種工程與力學(xué)的融合形成的交叉性綜合學(xué)科，涉及到土木建設(shè)、材料學(xué)、機械與自動化學(xué)科、能源、化工以及航空、傳播、水利等專業(yè)與學(xué)科。力學(xué)工程分為六個研究方向，分別為：非線性力學(xué)及工程、工程穩(wěn)定性，分析與控制技術(shù)、應(yīng)力變形測量理論與破壞檢測技術(shù)、數(shù)值分析與工程應(yīng)用、工程材料的物理力性質(zhì)、工程動力學(xué)及工程爆破。工程力學(xué)是研究物質(zhì)宏觀運動規(guī)律及其現(xiàn)實應(yīng)用的學(xué)科，通過工程力學(xué)的研究成果與應(yīng)用研究去改進工程設(shè)計思想。

現(xiàn)代工程技術(shù)與尖端科學(xué)技術(shù)發(fā)展非常迅速，需要對物體本身的宏觀運動與物體內(nèi)部的原子、分子的微觀運動以及相互作用的過程進行研究，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)運動規(guī)律?？梢哉f，過程力學(xué)的發(fā)展不僅直接為工程技術(shù)發(fā)展提供材料、介質(zhì)等物性資料，為其提供技術(shù)支撐，還為其他學(xué)科的發(fā)展創(chuàng)造條件。

一、力學(xué)工程的發(fā)展

（一）工程力學(xué)的誕生

20世紀50年代末，工程力學(xué)在中國物理學(xué)家錢學(xué)森的努力與創(chuàng)下，得以誕生。當時，在生產(chǎn)中出現(xiàn)了一些條件比較極端的過程技術(shù)類問題，比如，過程中涉及到的溫度高達幾百萬度，涉及到的氣壓達到幾百萬大氣壓，著這樣極端的條件下，很難直接測試介質(zhì)和材料的性質(zhì)。即使可以直接測試，也需要耗費大量的時間和資金，需要消耗大量的成本，阻礙了相關(guān)研究與應(yīng)用的發(fā)展。為了避免在如此極端的情況下進行檢測，可以考慮從給微觀分析入手，即通過對分子與原子的研究去分析和檢測介質(zhì)與材料的性質(zhì)。在實際工程中，類似這樣的問題還有很多，為了推動工程研究與技術(shù)的發(fā)展、也為了解決實際生產(chǎn)中面臨的難題，工程力學(xué)應(yīng)運而生。

（二）工程力學(xué)發(fā)展到自成體系

隨著工程力學(xué)的發(fā)展，一些問題也迎刃而解。一方面，產(chǎn)生了一種新的方法，可以預(yù)知介質(zhì)和材料在極端情況下的性質(zhì)和狀態(tài)變化規(guī)律;另一方面，在現(xiàn)代科學(xué)的推動下，尤其是分子原子力學(xué)與統(tǒng)計力學(xué)的建設(shè)與發(fā)展，使得研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與運動規(guī)律變得可行而準確，也就是說，通過圍觀分子原子運動研究去推斷物體宏觀運動的規(guī)律和特性是可能的，也為其提供的研究基礎(chǔ)。

目前，力學(xué)工程的發(fā)展還處于初級階段，對于基礎(chǔ)學(xué)科與老學(xué)科的依賴性比較強，但是工程力學(xué)自身也取得了長足的發(fā)展，形成了自身的發(fā)展特點：

1）重視通過分析問題的機理、借助理論模型來分析和解決問題;

2）重視計算方式與運算手段，不是定性地解決問題或者解決原則性的問題，而是求得準確的數(shù)值結(jié)果，因此也不難理解工程力學(xué)必須以數(shù)學(xué)、計算機等學(xué)科為基礎(chǔ)學(xué)科;

3）重視從微觀到宏觀的分析與檢測，這是工程力學(xué)的核心思想與根本目標，以上分析過，對某些宏觀問題進行直接研究存在一定困難，但是如果從圍觀入手去，這些宏觀問題可能就迎刃而解;

4）包容性與綜合性。一方面，工程力學(xué)是在多個基礎(chǔ)學(xué)科之上發(fā)展起來的，它可以容納大量的其他學(xué)科的知識并將其加以運用;另一方面，工程力學(xué)也被廣泛用于多個領(lǐng)域，比如隧道、橋梁、建筑基礎(chǔ)、水利、礦山等。吸納更多學(xué)科的知識，對于工程力學(xué)自身的完善與發(fā)展起著推動作用，同時也將更好地發(fā)揮“橋梁”的作用。

（三）工程力學(xué)的現(xiàn)代化發(fā)展

隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概率統(tǒng)計與有限元法的的發(fā)展，工程力學(xué)也有了新的突破。比如，計算力學(xué)得以誕生和發(fā)展，突破了以往某些指標無法量化測算的困難，通過將概率論與計算機技術(shù)融合到工程力學(xué)中，使得所有測量結(jié)果都可以實現(xiàn)數(shù)字化，并且可以通過計算機技術(shù)實現(xiàn)快速而準確的機械化計算，大大提高了工程力學(xué)的研究進程與應(yīng)用效率。同時，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動化技術(shù)的快速發(fā)展，工程力學(xué)也逐漸實現(xiàn)了智能化、機械化、全球化，使得工程力學(xué)能夠解決的問題越來越多，也促進了工程力學(xué)系統(tǒng)的進一步完善與形成強大的應(yīng)用能力。

二、力學(xué)工程的應(yīng)用展望

工程力學(xué)的應(yīng)用范圍較為廣泛，本文選取兩個方面進行討論與分析。

（一）材料力學(xué)

材料力學(xué)被廣泛用于日常生活中的各類產(chǎn)品，比如機械設(shè)備中的各類機械零部件、建筑設(shè)計中的各種工程結(jié)構(gòu)，還有比較常見各類生活包裝袋與日常生活用品。因為這些物品都會涉及到材料應(yīng)用，材料就會涉及到硬度、強度、彈性與穩(wěn)定性等方面的測試，而測試就要用到材料力學(xué)（材料是工程力學(xué)的一種應(yīng)用），只有通過檢測才能保證物品的正常使用與安全使用。

力學(xué)工程往往會通過識別材料的特點，借以提高材料的承載力。比如，建筑領(lǐng)域離不開的鋼筋，鋼筋通常在冷作硬化的情況下會變得更加硬和脆，就容易破裂，是加工變得更加困難，其承重或抗壓的強度也會降低，這是通過工程力學(xué)對其進行改進，比如退火處理技術(shù)就可以應(yīng)對鋼筋困難產(chǎn)生的這種不利變化。

（二）固體力學(xué)

固體力學(xué)主要研究和測試物體或者物品的堅固性、線性與非線性、彈性、塑性等問題，比如橋梁、飛行器、船舶、水壩甚至是各種日用家具等的建造，無不與固體力學(xué)緊密相關(guān)。

無論是體積龐大的天體還是視覺無法察覺的微粒，都離不開固體力學(xué)。以前，學(xué)術(shù)界都認為固體是由均勻連續(xù)的介質(zhì)組成的，但是今年復(fù)合材料的出現(xiàn)改變了這一判斷，因為傳統(tǒng)的固體力學(xué)知識無法解決復(fù)合材料需要的檢測、加固等需求，使得固體力學(xué)不得不擴大自身的研究范圍，比如對非線性物體與帶有裂紋或者裂縫的物體展開研究。

三、總結(jié)

本王對工程力學(xué)的發(fā)展與展望進行了研究，工程力學(xué)是一門集土木建設(shè)、材料學(xué)、機械與自動化學(xué)科、能源、化工以及航空、傳播等眾多學(xué)科于一體的綜合性學(xué)科，同時也被廣泛用于隧道、橋梁、建筑基礎(chǔ)、水利、礦山等多個領(lǐng)域，具有重要的現(xiàn)實意義。本文將工程力學(xué)的發(fā)展分為三個階段，分別誕生階段、形成自我發(fā)展體系的階段、實現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的階段。最后，還對工程力學(xué)在材料力學(xué)與固體力學(xué)的應(yīng)用展望進行了探討。

參考文獻：

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