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工程力學(xué)的發(fā)展與展望

2019-04-12 05:51:18底千賀
神州·上旬刊 2019年2期
關(guān)鍵詞:應(yīng)用技術(shù)工程力學(xué)理論研究

底千賀

摘要:工程力學(xué)是物理中力學(xué)的一個(gè)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(dòng)型貢獻(xiàn)。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(shí)也培養(yǎng)了大量的與力學(xué)工程相關(guān)的專業(yè)人才。對(duì)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(duì)于其專業(yè)選擇、專業(yè)學(xué)習(xí)與就業(yè)選擇等會(huì)有較大的幫助,因此,本文將對(duì)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(gè)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(jī)械與自動(dòng)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(gè)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(cè)量理論與破壞檢測(cè)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(dòng)力學(xué)及工程爆破。工程力學(xué)是研究物質(zhì)宏觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其現(xiàn)實(shí)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(jìn)工程設(shè)計(jì)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(duì)物體本身的宏觀運(yùn)動(dòng)與物體內(nèi)部的原子、分子的微觀運(yùn)動(dòng)以及相互作用的過程進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)并總結(jié)運(yùn)動(dòng)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(jì)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(dāng)時(shí),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(dá)幾百萬度,涉及到的氣壓達(dá)到幾百萬大氣壓,著這樣極端的條件下,很難直接測(cè)試介質(zhì)和材料的性質(zhì)。即使可以直接測(cè)試,也需要耗費(fèi)大量的時(shí)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(jìn)行檢測(cè),可以考慮從給微觀分析入手,即通過對(duì)分子與原子的研究去分析和檢測(cè)介質(zhì)與材料的性質(zhì)。在實(shí)際工程中,類似這樣的問題還有很多,為了推動(dòng)工程研究與技術(shù)的發(fā)展、也為了解決實(shí)際生產(chǎn)中面臨的難題,工程力學(xué)應(yīng)運(yùn)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(dòng)下,尤其是分子原子力學(xué)與統(tǒng)計(jì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律變得可行而準(zhǔn)確,也就是說,通過圍觀分子原子運(yùn)動(dòng)研究去推斷物體宏觀運(yùn)動(dòng)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(jí)階段,對(duì)于基礎(chǔ)學(xué)科與老學(xué)科的依賴性比較強(qiáng),但是工程力學(xué)自身也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展,形成了自身的發(fā)展特點(diǎn):

1)重視通過分析問題的機(jī)理、借助理論模型來分析和解決問題;

2)重視計(jì)算方式與運(yùn)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(zhǔn)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(jì)算機(jī)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(cè),這是工程力學(xué)的核心思想與根本目標(biāo),以上分析過,對(duì)某些宏觀問題進(jìn)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(gè)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(shí)并將其加以運(yùn)用;另一方面,工程力學(xué)也被廣泛用于多個(gè)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(shí),對(duì)于工程力學(xué)自身的完善與發(fā)展起著推動(dòng)作用,同時(shí)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(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概率統(tǒng)計(jì)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(jì)算力學(xué)得以誕生和發(fā)展,突破了以往某些指標(biāo)無法量化測(cè)算的困難,通過將概率論與計(jì)算機(jī)技術(shù)融合到工程力學(xué)中,使得所有測(cè)量結(jié)果都可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,并且可以通過計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的機(jī)械化計(jì)算,大大提高了工程力學(xué)的研究進(jìn)程與應(yīng)用效率。同時(shí),隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展,工程力學(xué)也逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化、機(jī)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(jìn)了工程力學(xué)系統(tǒng)的進(jìn)一步完善與形成強(qiáng)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(gè)方面進(jìn)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(jī)械設(shè)備中的各類機(jī)械零部件、建筑設(shè)計(jì)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?yàn)檫@些物品都會(huì)涉及到材料應(yīng)用,材料就會(huì)涉及到硬度、強(qiáng)度、彈性與穩(wěn)定性等方面的測(cè)試,而測(cè)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(cè)才能保證物品的正常使用與安全使用。

力學(xué)工程往往會(huì)通過識(shí)別材料的特點(diǎn),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(huì)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(qiáng)度也會(huì)降低,這是通過工程力學(xué)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn),比如退火處理技術(shù)就可以應(yīng)對(duì)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(cè)試物體或者物品的堅(jiān)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(rèn)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?yàn)閭鹘y(tǒng)的固體力學(xué)知識(shí)無法解決復(fù)合材料需要的檢測(cè)、加固等需求,使得固體力學(xué)不得不擴(kuò)大自身的研究范圍,比如對(duì)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(duì)工程力學(xué)的發(fā)展與展望進(jìn)行了研究,工程力學(xué)是一門集土木建設(shè)、材料學(xué)、機(jī)械與自動(dòng)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(shí)也被廣泛用于隧道、橋梁、建筑基礎(chǔ)、水利、礦山等多個(gè)領(lǐng)域,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文將工程力學(xué)的發(fā)展分為三個(gè)階段,分別誕生階段、形成自我發(fā)展體系的階段、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展的階段。最后,還對(duì)工程力學(xué)在材料力學(xué)與固體力學(xué)的應(yīng)用展望進(jìn)行了探討。

參考文獻(xiàn):

[1]劉嘉欣.淺談工程力學(xué)的應(yīng)用與發(fā)展[J].科教導(dǎo)刊,2017 (28):135.

[2]黃麗艷.《工程力學(xué)》的發(fā)展與展望[J].工程力學(xué),2018 (10):1-13.

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