工程力學：工程領域的“萬金油”

本文主角：工程力學

講述人：汝洋（中南大學）

適合人群：喜歡數(shù)學、物理知識，喜歡思考，能夠嚴謹認真地分析和解決問題的同學

你在城市中穿梭時，肯定行過許多座橋，看過許多幢高樓大廈；你坐在電視機前觀看新聞時，肯定驚嘆過遨游太空的“神舟”系列飛船；你坐車打開窗時，肯定伸出過手感受風的流動。

但你是否曾思考過：為什么橋能橫跨兩岸而不被水流左右？為什么高樓能拔地而起又屹立不倒？為什么“神舟”十七號能不受萬有引力作用限制直沖云霄？為什么一些汽車的形狀造型設計獨具匠心？

歸根到底，其中都有——力的作用。一切的工學問題其實最終都是力學問題。而將對力學問題的分析應用到各個工程領域中去，就是工程力學。

力學是人類認識世界的一大重要工具

在普通高等學校本科專業(yè)目錄中，工程力學被歸在工學門類中的力學類下。力學是現(xiàn)代科學中最早成熟的學科，它和數(shù)學一起成為人類認識世界的兩大重要工具。2007年出版的《力學學科發(fā)展研究報告》是這么定義力學的：力學是一門應用性很強的基礎科學，是研究力與運動規(guī)律的學科。這明確表示了力學的基礎重要性，以及力學是現(xiàn)代工業(yè)和工程技術的底層基礎。學好這門學科，以后都有可能在建筑、航空航天、汽車、船舶、軍工等領域找到自己的一席之地。

道阻且長，行則將至

在我踏上這條道路后，理論力學、材料力學、彈性力學、流體力學、計算力學、分析力學、結構力學、斷裂力學、有限元……一個又一個的力學知識點讓我應接不暇，有時上課上到懷疑人生。

選這門專業(yè)之前，我已經做好這門專業(yè)很難學的準備了，真正學起來之后，發(fā)現(xiàn)我原來的預想還是樂觀了點。就拿理論力學這門課程來說，我到現(xiàn)在都還記得，有天晚上我睡得很晚，好巧不巧，第二天早上的第一門課是理論力學。我在課上稍微打了個盹，再次醒來，看到老師寫在黑板上的一個個公式，頓時腦子就蒙了。“那個伊普西隆是什么，德爾塔又是哪個”，我心想，這節(jié)課完了。于是下課后，我二話不說就沖到圖書館，開始了我與理論力學的苦戰(zhàn)。

我打開了理論力學的網(wǎng)課，看一會就暫停，然后倒退，再重頭看，反反復復，終于，我理解了那些公式的含義?？衫斫馐且换厥拢瑫忸}又是另一回事。接著，我打開了作業(yè)本，開始進入瘋狂抓頭發(fā)階段：為什么對這個固定鉸支座構件進行局部分析解不出題目的未知數(shù)，為什么只能從那根桿入手才能得出結果，為什么這個不能用直角坐標系而必須要用自然法來解題？一段時間過去后，好不容易解題思路清晰了，一上手，問題又跳了出來：那個常微分方程怎么解?。磕莻€積分的下限和上限是什么??？我一次又一次遭受高數(shù)的暴擊。但當我辛苦努力地解出一道又一道力學問題后，幸福感也會充滿全身。

我的一位老師之前說過一句讓我至今仍記憶猶新的話：“每一道題都是一個工程問題，而你就是這項工程的總設計師，當你成功完成這項工程后，你會有一種無與倫比的成就感，這就是力學的魅力。”林紓也曾說過：“力學是苦事，然如四更起早，犯黑而前，漸漸向明?！碑斎?，此力學非彼力學，這句話中的力學指的是用功學習，但在我看來，這也是對工程力學的詮釋。因為學習工程力學確是一門苦事，但如同四更起早，冒著黑夜向前走，會越走越光明。

不過，想要學好工程力學光有決心還是不夠的，雖說一切的工學問題歸根到底是力學問題，但一切的力學問題歸根到底是數(shù)學問題。在專業(yè)學習中，工程力學學子會在計算某個結果的過程中用到常微分方程，會在畫受力分析圖的時候用到幾何分析，所以這門學科更適合數(shù)學、物理基礎好的同學去學習，數(shù)學和物理基礎不好的同學謹慎報考。

我們的歸途

據(jù)我了解，我校工程力學學子的畢業(yè)去向主要有以下幾個。

一是學校和科研單位。在橋梁、鐵路、航空航天、汽車等大工程中，工程力學專業(yè)本科畢業(yè)生能做的工作比較有限，因此有相當一部分工程力學學子在本科畢業(yè)后選擇繼續(xù)深造和出國留學，之后一部分人會選擇留在科研院所從事相應的教學和科研工作，為推動我國工程力學理論發(fā)展、培養(yǎng)人才提供助力。我所認識的同專業(yè)的學長學姐大都選擇了讀研，有的選擇留在力學領域繼續(xù)深造，有的報考了清華大學的水利工程專業(yè)，有的報考了北京航空航天大學的飛行器設計專業(yè)，有的被國防科技大學的空天科學學院錄取了。

二是建筑工程領域。工程力學專業(yè)畢業(yè)生在建筑工程中扮演著重要的角色，通常在建筑行業(yè)的設計類崗位上工作。比如要在某條江上建一座橫跨兩岸的大橋，這類工程師就需要考慮橋墩在水中的承重作用，分析拉索在哪個點能夠最具性價比地支撐起這座大橋，充分運用力學原理、靜態(tài)和動態(tài)荷載分布、支座位置設置等相關知識設計出橋的落點、幾何形狀并評估橋的舒適性和抗震性能，使得設計出的橋梁兼具實用和美觀兩個功能。

三是汽車工程領域。比亞迪董事長王傳福先生是我們學校的優(yōu)秀校友，所以我們學校的很大一部分畢業(yè)生有機會去比亞迪工作。力學在汽車工程方面的應用數(shù)不勝數(shù)，比如：運用流體力學相關知識設計能降低風阻的車身形狀；運用彈性力學相關知識模擬汽車在不同速度下的碰撞過程；運用計算力學相關知識確定汽車懸掛系統(tǒng)的剛度、彈性和減震效果等參數(shù)；運用力學原理評估制動系統(tǒng)的性能指標，包括制動器的強度、磨損情況和制動液的流動性能；等等。

四是航空航天工程領域。一部分工程力學專業(yè)畢業(yè)生進入了航空航天領域，在其中用空氣動力學相關知識分析飛行器的運動方程，評估飛行器的飛行性能，指導飛行器的設計和操作；用空氣動力學相關知識分析飛行器繞流、升力和阻力等有關問題；用材料力學相關知識分析一些復合材料和金屬材料的強度、剛度及耐久性；等等。航空器和航天器在空中運行時會受到重力、輻射、磁場的影響，保障它們的穩(wěn)定運行離不開力學知識。

五是外企。一部分工程力學專業(yè)畢業(yè)生還會根據(jù)自身興趣和所學的知識領域，進入外企從事與工程力學相關的工作，包括有限元計算、優(yōu)化以及軟件開發(fā)等項目。

此外，工程力學專業(yè)畢業(yè)生也可以進入機械、環(huán)境、生物醫(yī)學等領域工作。

報考提醒

對于工程力學專業(yè)，院校的培養(yǎng)方向各具特色，同學們如想報考這個專業(yè)，最好先仔細了解有關院校的招生專業(yè)目錄、專業(yè)設置等信息?，F(xiàn)在越來越多的高校進行大類招生，工程力學專業(yè)可能被歸在“土木類”“機械類”或“實驗班”中。

工科的發(fā)展需要我們，國家的強盛離不開我們，歡迎大家報考工程力學專業(yè)，讓我們一起用力學改變這個世界。