工程力學的應用背景與研究現狀

高溟鍶

工程力學作為一門基本的應用學科，具有涉及范圍大、應用性強的特點。工程力學在現代化建設中研究物體結構、流動特性和作用機理關系，在城市的大規模建設、交通道路規劃、交通工具受力設計及分析應用以及在國家常規武器的研發設計、原子武器的設計、衛星的運行方式、深海鉆油等方面都有著極為重要的意義。隨著城市的發展和高技術精度的不斷提升，要求工程力學在常規應用以及極端環境下的應用中都要有較高的準確性和效率，如何合理應用工程力學來滿足社會的發展需求是亟待解決的問題。

工程力學是一門結合了物理、數學和工程學的綜合學科，其主要包括了力學、機械學、動力學和流體力學的相關知識，從而在大量的建筑構造、交通建設、高端武器研發、飛機制造、新型資源開采等方面具有重要的實際意義。工程力學更是一門基礎學科，要講求對理論的深入推導和研究。同時其又作為一門技術應用型學科，更要求理論與實踐的有機融合。現代化進程的加快，促使其不斷完善，又催生出更多的社會需求。隨著城市的擴張和人們生活質量的提高，工程力學被要求在有限的空間中合理規劃，建構生活住宅，使資源得以充分利用。在交通網絡逐漸完善的今天，工程力學被要求對列車、輪船精確設計，提高運輸效率，使用新型材料建造橋梁。這些無不是工程力學實用性和廣泛性的體現，但如何合理運用來滿足時代的高要求是當下工程力學所面臨的主要問題。

1 工程力學在交通方式中的應用

汽車作為人們生活中最常用的交通工具，其設計、制造、維修等過程與工程力學知識息息相關。車輛在行駛過程中與地面接觸產生的震動往往會使汽車零件松動或是部分裝置裂損，這便要求汽車制造商在汽車部件焊接過程中利用新型剛性材料在高溫高壓條件下對汽車進行嚴密焊接，該過程需要在振動力學的知識框架下來解決。在對汽車的碰撞參數進行計算時，若沒有精確計算或是對實際情況模擬不到位，在發生事故時，安全設施的工況誤差會對車內乘客的生命造成極大威脅。同時保養汽車時，也應了解相關的工程力學知識，需要知道氣缸的受熱冷卻過的物理過程，來合理地保養汽車以免造成人為損傷。

列車與橋梁之間的工程力學問題也受到重視。例如，在列車高速行駛過程中，車輪對車軌、橋梁產生沖擊作用，橋梁及軌道的開裂，零件的脫落將直接影響其有效安全的工作狀態和設施的使用壽命；同時橋梁與列車車身構成整體，易產生共振現象，嚴重影響列車的正常行駛和危害乘客安全，需要盡力避免。如何模擬實際狀況來科學合理設計以及精準計算相關參數是當前工程力學在鐵路方面的一大難點。

同時，工程力學在飛機設計與制造中發揮著不可替代的作用。飛機在飛行過程中易遭受流體的迎面阻力、雨水侵蝕而導致機身開裂甚至脫落。研究具有較高的結構耐久性的機身材料與構造來抵抗機身疲勞、開裂、腐蝕是工程力學在機身研究上的重點，而飛機降落時受到極大的沖擊力可能會使起落架斷裂導致機毀人亡，而工程力學對飛機起落架的抗震等的分析起著關鍵作用。

2 城市建設中的工程力學問題

工程力學在建筑中的貢獻也十分突出，合理運用工程力學知識指導城市建設、規劃的方向和策略，可以有效地避免重大的經濟損失和人員傷亡。日本作為一個多地震的國家，相關的人員傷亡和經濟損失卻控制在較低水平。原因就是日本相關設計方合理利用抗震分析原理，重視建筑的耐震性，建筑抗震性能大幅上升。

工程力學在城市建設最重要的應用方向之一便是如何有效的提升各類建筑的抗震性能。在不同地區需要采用不同的材料構型，并利用儀器模擬相關地震情況，計算相關的彈性阻尼、結構退化指數等來修建滿足相應需求的建筑，使得震中的經濟損失和傷亡減小到最低。建筑的承重柱等結構中常用腹式型鋼混凝土進行支撐，而型鋼與混凝土間的粘合強度直接決定其受力抗震性能，這也是一些大型城市建筑能長期使用的重要原因。鋼絲網架水泥聚苯乙烯夾芯板具有剛度大、強度大、不易老化的特點，廣泛應用于新型墻體的建造，極大增強了建筑的穩定性以及鋼絲網架水泥聚苯乙烯夾芯板的應用。正有賴于工程力學的科學運用，建筑物才能夠以各種奇穩固的結構屹立在城市之中。建造者們要以嚴謹的態度，精確計算每個參數，優化每個部件，近一步提升房屋抗震、抗老化的性能。

3 目前工程力學的主要難點和發展方向

隨著社會規模的擴大，工程力學逐漸向大型精密項目和多學科交叉的形態發展。海上鉆油、海底可燃冰的大量開采、新型航母的研發、載人航天飛機的改良等等，研發設計極為復雜，需要適應種種極端工況，這需要對每個機械部件進行精密的加工、計算，要求其極高的精準作業度，這需要設計者改進甚至提出新的更加具有創新性的方案，以積極開拓和追求極致的精神對待每個工程細節。

與此同時，在新的領域和交叉學科上，工程力學也扮演著不可忽視的地位。生物力學上需要運用流體力學、固體力學等知識制造出相應的器械來精確測量病人的血流速度、血壓大小等。將應用數學和工程力學結合，設計出相應的物理模型預測未來實際建筑將受到的力的情況等等。如缺乏將復雜理論轉化為實際操作的能力，無法將各個體系的理論有機結合起來，發揮其最大的組合效益，導致各行業間許多學科阻塞，眾多項目無法開展，使得這種多學科交叉的發展趨勢在現在看來雖然還不是特別明顯，但是隨著從業人員素質的提升以及交叉學科的逐漸發展，這種結合效應將會帶來無限的發展空間。

4 結語

傳統形態的工程力學在城市建設、交通方式優化、資源開采上都有著很大貢獻，并在這些基礎應用方面逐漸完善。隨著大型精密工業的逐漸發展和多學科交叉的應用，工程力學在新形態下的發展需要更多的創新與智慧來穩步推進，需要以更加務實創新的精神積極進取，努力實現工程力學的更大應用。