固體力學(xué)的發(fā)展及其在航空航天工程中的運(yùn)用解析

王新蓉

摘要： 隨著計(jì)算科技的進(jìn)步，固體力學(xué)得到了發(fā)展，尤其在現(xiàn)代，發(fā)展異常迅速。縱觀固體力學(xué)的發(fā)展史，可見它輝煌的成就和良好的前景。固體力學(xué)不僅在水利工程上得到應(yīng)用，在航空航天工程上也得到了充分的運(yùn)用。隨著近幾年航天航空工程的逐漸發(fā)展，航空航天工程普遍應(yīng)用固體力學(xué)來滿足人們對工程質(zhì)量的追求。基于此，本文介紹了固體力學(xué)的發(fā)展前景，并從三個(gè)方面分析了固體力學(xué)在航天航空上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 固體力學(xué);發(fā)展運(yùn)用;航空航天;解析

【中圖分類號】O34【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1674-3733（2020）15-0277-01

引言：在20世紀(jì)五十年代，力學(xué)中出現(xiàn)了一項(xiàng)新的學(xué)科——固體力學(xué)。在20世紀(jì)七十年代，固體力學(xué)的研究有了重大突破。研究人員以結(jié)構(gòu)和固體力學(xué)為研究核心，將研究內(nèi)容發(fā)展為空氣動力學(xué)以及流體動力學(xué)。后來發(fā)展至20世紀(jì)八十年代，固體力學(xué)受到重視，從而加速了它的發(fā)展。在計(jì)算機(jī)防震性能方面，固體力學(xué)有突出的優(yōu)勢，所以在我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面有很廣泛的應(yīng)用。同樣的，固體力學(xué)在航空航天工程上也扮演著重要的角色。

1固體力學(xué)的發(fā)展前景

社會的發(fā)展使得人們對固體力學(xué)的需求越來越高。自然科學(xué)與工程技術(shù)漸漸的成為了固體力學(xué)存在與發(fā)展的基礎(chǔ)。隨之產(chǎn)生變化的是其研究對象，由社會發(fā)展影響，固體力學(xué)的研究對象由均勻介質(zhì)逐漸擴(kuò)展為非均勻介質(zhì)，由單相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘞唷难芯康谋尘胺矫鎭砜?，逐漸由簡單的環(huán)境轉(zhuǎn)化為更復(fù)雜的新環(huán)境，新環(huán)境以化學(xué)和電磁為基礎(chǔ)。分析研究層次的角度可以發(fā)現(xiàn)，在層次的變化上是逐漸由宏觀轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^和細(xì)觀，并且能夠?qū)崿F(xiàn)三者相結(jié)合，以此形成細(xì)觀力學(xué)。與之對應(yīng)形態(tài)變化則是在時(shí)間與空間尺度上的粗化，其對星際撞擊破損測評的依據(jù)，則是地球與地殼板塊的運(yùn)動和斷裂，對此加以分析研究。研究中，由于不斷的發(fā)展，現(xiàn)有的古典固體力學(xué)中的強(qiáng)度條件已經(jīng)不夠，所以逐漸擴(kuò)展為固體連續(xù)變形到宏觀裂紋擴(kuò)展破裂，并不斷深化，成為對固體變形、破損過程進(jìn)行研究的過程[1]。不過，研究的形態(tài)并不局限，可以引申為材料構(gòu)成、元件制造發(fā)過程。同時(shí)，研究目的也不在局限，可以是現(xiàn)有的相關(guān)材料也可以是在力學(xué)特征和特種功能需求下，根據(jù)一定的尺度來設(shè)計(jì)和改造現(xiàn)有材料。正是由于這些擴(kuò)展，才有了固體力學(xué)不斷發(fā)展的，它們是固體力學(xué)發(fā)展至今的動力。

現(xiàn)在，固體力學(xué)已經(jīng)不止局限于古典線性固體力學(xué)的內(nèi)容，要上升到了更高的境界，體現(xiàn)出高度和非線性的特征。與非線性科學(xué)結(jié)合是固體力學(xué)得以發(fā)展的重要保證，并要以此為基礎(chǔ)，促進(jìn)非線性科學(xué)的不斷發(fā)展。面對固體力學(xué)在研究對象，層次和過程的不短擴(kuò)展，研究人員務(wù)必要提升自己對計(jì)算機(jī)的使用，將固體力學(xué)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，以物理學(xué)為基礎(chǔ)，研究宏觀和微觀的力學(xué)行為，來打到固體力學(xué)不斷發(fā)展的愿望。

2固體力學(xué)在航空航天工程中的運(yùn)用

理論來源于實(shí)踐，通過對固體力學(xué)的應(yīng)用，可以分析事物的本質(zhì)，從而激發(fā)工作人員的設(shè)計(jì)靈感，縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高工作效率，減少資金的投入。在固體力學(xué)應(yīng)用于航空航天工程中時(shí)，可以解決一些復(fù)雜的問題。對航空航天事業(yè)的發(fā)展有著極大的作用。

2.1應(yīng)用于主動控制技術(shù)

主動控制是一個(gè)綜合性的過程，它的實(shí)踐需要用到自動控制，隨動系統(tǒng)設(shè)計(jì)等理論。在現(xiàn)有的航空航天工程中，前者主要可為地形跟隨、地形回避提供理論基礎(chǔ)。當(dāng)固體力學(xué)應(yīng)用到實(shí)際物理研究中時(shí)，相關(guān)人員可以利用自動控制奇數(shù)來挑選和分類所收集的信息，并且利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)來對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，再通過這些數(shù)據(jù)分析來選擇一種最合適的方式、方法，及時(shí)反饋、實(shí)施[2]。這種方法常見于飛行力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等方面的研究。固體力學(xué)在應(yīng)用主動控制技術(shù)時(shí)，不僅控制了對律和時(shí)間的延誤現(xiàn)象，減小隨動系統(tǒng)，還對時(shí)間的準(zhǔn)確性進(jìn)行控制，以及理論分析都有很重要的意義。

2.2對復(fù)雜工程問題的研究

利用計(jì)算機(jī)的智能性，不僅可以計(jì)算固體力學(xué)在航空航天工程的應(yīng)用，還能夠解決分析復(fù)雜的工程問題，化繁為簡，降低航空航天工程物理的計(jì)算量。舉個(gè)例子，利用計(jì)算固體力學(xué)對航空航天和大型空間柔型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。因?yàn)槲锢砉?jié)點(diǎn)較多的緣故，所以在實(shí)際計(jì)算中需要對大規(guī)模的節(jié)點(diǎn)自由度進(jìn)行分析[3]。此外，飛行器在攻速行駛中突出的碰撞問題也是航空航天的一個(gè)復(fù)雜問題，所以需要借助計(jì)算固體力學(xué)來解決。同時(shí)，在面對航天航空飛機(jī)中很多耦合性的問題時(shí)，就需要固體彈性力學(xué)來針對性的解決這些固體耦合、熱固體耦合等情況。

2.3進(jìn)行精確化數(shù)值試驗(yàn)

在航空航天工程的運(yùn)用上，借助計(jì)算機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣吖腆w力學(xué)在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)上的準(zhǔn)確性。例如：利用計(jì)算機(jī)上的數(shù)值，計(jì)算一些常規(guī)的特征性試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)性實(shí)驗(yàn)。利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中活化的響應(yīng)圖像來替代或模擬工程系統(tǒng)的真實(shí)結(jié)構(gòu)，仿真真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以此來得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)響應(yīng)[4]。在一般情況下，由于大型的空間天線本身的尺寸較大，而重量較輕，如果要在實(shí)踐上滿足溫度環(huán)境以及失重狀態(tài)等條件是具有一定難度的。但是固體力學(xué)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對微觀構(gòu)造力學(xué)過程的模擬，可以花費(fèi)較少的時(shí)間。在飛機(jī)碰撞的問題上，也可以利用數(shù)值實(shí)驗(yàn)的方式解決，但是由于設(shè)計(jì)時(shí)間長，所以可以用數(shù)值仿真的形式進(jìn)行

3結(jié)束語

綜上所述，固體力學(xué)的應(yīng)用范圍廣泛。隨著社會的不斷發(fā)展，固體力學(xué)在航空航天工程上更是有顯著的應(yīng)用，可用于主動控制技術(shù)，控制時(shí)間的準(zhǔn)確性;還可以對復(fù)雜工程的問題進(jìn)行研究，降低航空工程的計(jì)算量;在精確數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)上提高系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)上的準(zhǔn)確性。因此，能夠合理的應(yīng)用固體力學(xué)在航空航天工程上至關(guān)重要，還可以推動固體力學(xué)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李浩.固體力學(xué)的發(fā)展及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].科學(xué)與信息化，2018，000（027）：P.93-94.

[2]武湛君，高東岳.基于超聲導(dǎo)波的航空航天結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)——原理、方法與工程化應(yīng)用[C]//2018年全國固體力學(xué)學(xué)術(shù)會議.0.

[3]李加壯.淺談先進(jìn)復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J].魅力中國，2018，000（005）：248.

[4]呂海寶，梁軍，郭旭，等.第七屆全國固體力學(xué)青年學(xué)者學(xué)術(shù)研討會報(bào)告綜述[J].力學(xué)學(xué)報(bào)，2017，49（1）：223-230.