工程力學發展簡史及基本研究方式

張 麗

（包頭鐵道職業技術學院 內蒙包頭 014000）

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工程力學發展簡史及基本研究方式

張 麗

（包頭鐵道職業技術學院 內蒙包頭 014000）

摘 要：本研究主要針對工程力學的相關內容作出深入探究，并思考當代的工程力學的研究方式以及應用方向。為了更好地為相關工程提供專業性的知識指導，應該在了解工程力學概念的前提下對研究內容作出相應的應用指導。只有提升工程力學的實際應用能力，才能為人們的生產生活提供更好的服務。

關鍵詞：工程力學 發展簡史 研究方式

工程力學是一項物理技術科學，合理利用工程力學可以給人們的日常生產和生活提供便利。隨著我國社會的進步，各式各樣的高科技技術已經逐漸成為人們關注的焦點，而工程力學從被提出一直發展到今天，已經經歷了長久的研究過程，在技術被廣泛應用的今天，工程力學也成為了人們研發新技術所離不開的一門學科。可見，研究工程力學對社會發展是有一定促進作用的。［1］

一、簡介工程力學

1.程力學概念

工程力學是研究有關物質宏觀運動規律及其應用的科學。工程給力學是提出問題的，而力學的研究成果是改進工程設計思想的。從工程上的應用來說，工程力學包括：質點及剛體力學，固體力學，流體力學，流變學，土力學，巖體力學等。其最基礎的部分包括靜力學和材料力學。人類對力學的一些基本原理的認識，一直可以追溯到史前時代。在中國古代及古希臘的著作中，已有關于力學的敘述。但在中世紀以前的建筑物是靠經驗建造的。隨著結構工程技術的進步，工程學家也同力學家和數學家一樣對工程力學的進步做出了貢獻。如在桁架發展的初期并沒有分析方法，到1847年，美國的橋梁工程師S.惠普爾才發表了正確的桁架分析方法。電子計算機的應用，現代化實驗設備的使用，新型材料的研究，新的施工技術和現代數學的應用等，促使工程力學日新月異地發展。［2］

在物理科學中，人們曾用純粹力學理論解釋機械運動以外的各種形式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內的運動等。當物理學擺脫了這種機械（力學）的自然觀而獲得健康發展時，力學則在工程技術的推動下按自身邏輯進一步演化，逐漸從物理學中獨立出來。

2.程力學發展簡史

1638年3月伽利略出版的著作《關于兩門新科學的談話和數學證明》被認為是世界上第一本材料力學著作，但他對于梁內應力分布的研究還是很不成熟的。牛頓繼承和發展前人的研究成果（特別是開普勒的行星運動三定律），提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。牛頓運動定律的建立標志著力學開始成為一門科學。從牛頓到漢密爾頓的理論體系組成了物理學中的經典力學。這使得19世紀后半葉，在材料力學、結構力學同彈性力學之間，水力學和水動力學之間一直存在著風格上的顯著差別。

在20世紀50年代，出現了一些極端條件下的工程技術問題，所涉及的溫度高達幾千度到幾百萬度，壓力達幾萬到幾百萬大氣壓，應變率達百萬分之一～億分之一秒等。從20世紀60年代起，計算機的應用日益廣泛，力學無論在應用上或理論上都有了新的進展。

工程力學之所以出現，一方面是迫切要求能有一種有效的手段，預知介質和材料在極端條件下的性質及其隨狀態參量變化的規律；另一方面是近代科學的發展，特別是原子分子物理和統計力學的建立和發展，物質的微觀結構及其運動規律已經比較清楚，為從微觀狀態推算出宏觀特性提供了基礎和可能。

二、工程力學的研究方式

雖然工程力學引用了近代物理和近代化學的許多結果，但它并不完全是統計物理或者物理化學的一個分支，因為無論是近代物理還是近代化學，都不能完全解決工程技術里所提出的各種具體問題。近代工程技術和尖端科學技術迅猛發展，特別需要深入研究各種宏觀狀態下物體內部原子、分子所處的微觀狀態和相互作用過程，從而認識宏觀狀態參量擴大后物體的宏觀性質和變化規律。

工程力學雖然還處在萌芽階段，很不成熟，而且繼承有關老學科的地方較多，但作為力學的一個新分支，確有一些獨具的特點。工程力學主要研究平衡現象，如氣體、液體、固體的狀態方程，各種熱力學平衡性質和化學平衡的研究等。對于這類問題，工程力學主要借助統計力學的方法。力學和工程學的結合，促使了工程力學各個分支的形成和發展。現在，無論是歷史較久的土木工程、建筑工程、水利工程、機械工程、船舶工程等，還是后起的航空工程、航天工程、核技術工程、生物醫學工程等，都或多或少有工程力學的活動場地。

工程力學包括實驗力學、結構檢驗、結構試驗分析。模型試驗分部分模型和整體模型試驗。結構的現場測試包括結構構件的試驗及整體結構的試驗。實驗研究是驗證和發展理論分析和計算方法的主要手段。［3］

三、工程力學的研究方向

現代的工程力學實驗設備，諸如大型的風洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目，需要多工種、多學科的協作。應用研究更需要對應用對象的工藝過程、材料性質、技術關鍵等有清楚的了解。工程力學家們根據對自然現象的觀察，特別是定量觀測的結果，根據生產過程中積累的經驗和數據，或者根據為特定目的而設計的科學實驗的結果，提煉出量與量之間的定性的或數量的關系。

工程力學的許多分支都可以再分為靜力學與動力學。例如結構靜力學與結構動力學，后者主要包括：結構振動理論、波動力學、結構動力穩定性理論。由于施加在結構上的外力幾乎都是隨機的，而材料強度在本質上也具有非確定性。

五、工程力學未來的發展趨勢

工程力學的建立和發展，不但可直接為工程技術提供所需介質和材科的物性，也將為力學和其他學科的發展創造條件。我國工程力學在未來的應用前景十分廣闊，近代工程技術和尖端科學技術迅猛發展，特別需要深入研究各種宏觀狀態下物體內部原子、分子所處的微觀狀態和相互作用過程，從而認識宏觀狀態參量擴大后物體的宏觀性質和變化規律。

結語

通過上文的論述，使讀者深入了解了目前我國工程力學的發展簡史以及研究方式，同時對工程力學有了更深層次的理解。對我國未來工程力學的發展研究有了更明確的認知。只有提升了工程力學的專業性，才能更好地為相關工程提供技術指導。

參考文獻：

［1］王長連；土木工程力學發展簡史與基本研究方法簡介［A］；第二屆全國力學史與方法論學術研討會論文集［C］；2005年

［2］莊表中、王惠明編著，理論力學工程應用新實例，高等教育出版社，2009.7

［3］［英］季天健、AdrianBeii著，武岳、孫曉穎、李強譯，感知結構概念（Seeingand Touching Structural Concepts），高等教育出版社，2009.10