工程力學的發展與展望

底千賀

摘要：工程力學是物理中力學的一個分支學科，中國物理學家錢學森先生提出這一命名并為該學科建設做了開創性與推動型貢獻。工程力學在工科學校屬于一門主干學科，一是其研究可以直接用于解決工程建設中的力學問題，二是工程力學也是其他學科與研究領域的基礎學科，同時也培養了大量的與力學工程相關的專業人才。對于理工科學生而言，了解工程力學的內涵、發展與應用，對于其專業選擇、專業學習與就業選擇等會有較大的幫助，因此，本文將對此展開研究。

關鍵詞：工程力學;理論研究;應用技術

工程力學是物理中力學的一個分支學科，是各種工程與力學的融合形成的交叉性綜合學科，涉及到土木建設、材料學、機械與自動化學科、能源、化工以及航空、傳播、水利等專業與學科。力學工程分為六個研究方向，分別為：非線性力學及工程、工程穩定性，分析與控制技術、應力變形測量理論與破壞檢測技術、數值分析與工程應用、工程材料的物理力性質、工程動力學及工程爆破。工程力學是研究物質宏觀運動規律及其現實應用的學科，通過工程力學的研究成果與應用研究去改進工程設計思想。

現代工程技術與尖端科學技術發展非常迅速，需要對物體本身的宏觀運動與物體內部的原子、分子的微觀運動以及相互作用的過程進行研究，發現并總結運動規律。可以說，過程力學的發展不僅直接為工程技術發展提供材料、介質等物性資料，為其提供技術支撐，還為其他學科的發展創造條件。

一、力學工程的發展

（一）工程力學的誕生

20世紀50年代末，工程力學在中國物理學家錢學森的努力與創下，得以誕生。當時，在生產中出現了一些條件比較極端的過程技術類問題，比如，過程中涉及到的溫度高達幾百萬度，涉及到的氣壓達到幾百萬大氣壓，著這樣極端的條件下，很難直接測試介質和材料的性質。即使可以直接測試，也需要耗費大量的時間和資金，需要消耗大量的成本，阻礙了相關研究與應用的發展。為了避免在如此極端的情況下進行檢測，可以考慮從給微觀分析入手，即通過對分子與原子的研究去分析和檢測介質與材料的性質。在實際工程中，類似這樣的問題還有很多，為了推動工程研究與技術的發展、也為了解決實際生產中面臨的難題，工程力學應運而生。

（二）工程力學發展到自成體系

隨著工程力學的發展，一些問題也迎刃而解。一方面，產生了一種新的方法，可以預知介質和材料在極端情況下的性質和狀態變化規律;另一方面，在現代科學的推動下，尤其是分子原子力學與統計力學的建設與發展，使得研究物質的微觀結構與運動規律變得可行而準確，也就是說，通過圍觀分子原子運動研究去推斷物體宏觀運動的規律和特性是可能的，也為其提供的研究基礎。

目前，力學工程的發展還處于初級階段，對于基礎學科與老學科的依賴性比較強，但是工程力學自身也取得了長足的發展，形成了自身的發展特點：

1）重視通過分析問題的機理、借助理論模型來分析和解決問題;

2）重視計算方式與運算手段，不是定性地解決問題或者解決原則性的問題，而是求得準確的數值結果，因此也不難理解工程力學必須以數學、計算機等學科為基礎學科;

3）重視從微觀到宏觀的分析與檢測，這是工程力學的核心思想與根本目標，以上分析過，對某些宏觀問題進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，工程力學是在多個基礎學科之上發展起來的，它可以容納大量的其他學科的知識并將其加以運用;另一方面，工程力學也被廣泛用于多個領域，比如隧道、橋梁、建筑基礎、水利、礦山等。吸納更多學科的知識，對于工程力學自身的完善與發展起著推動作用，同時也將更好地發揮“橋梁”的作用。

（三）工程力學的現代化發展

隨著計算機技術、網絡技術、概率統計與有限元法的的發展，工程力學也有了新的突破。比如，計算力學得以誕生和發展，突破了以往某些指標無法量化測算的困難，通過將概率論與計算機技術融合到工程力學中，使得所有測量結果都可以實現數字化，并且可以通過計算機技術實現快速而準確的機械化計算，大大提高了工程力學的研究進程與應用效率。同時，隨著互聯網技術與自動化技術的快速發展，工程力學也逐漸實現了智能化、機械化、全球化，使得工程力學能夠解決的問題越來越多，也促進了工程力學系統的進一步完善與形成強大的應用能力。

二、力學工程的應用展望

工程力學的應用范圍較為廣泛，本文選取兩個方面進行討論與分析。

（一）材料力學

材料力學被廣泛用于日常生活中的各類產品，比如機械設備中的各類機械零部件、建筑設計中的各種工程結構，還有比較常見各類生活包裝袋與日常生活用品。因為這些物品都會涉及到材料應用，材料就會涉及到硬度、強度、彈性與穩定性等方面的測試，而測試就要用到材料力學（材料是工程力學的一種應用），只有通過檢測才能保證物品的正常使用與安全使用。

力學工程往往會通過識別材料的特點，借以提高材料的承載力。比如，建筑領域離不開的鋼筋，鋼筋通常在冷作硬化的情況下會變得更加硬和脆，就容易破裂，是加工變得更加困難，其承重或抗壓的強度也會降低，這是通過工程力學對其進行改進，比如退火處理技術就可以應對鋼筋困難產生的這種不利變化。

（二）固體力學

固體力學主要研究和測試物體或者物品的堅固性、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，無不與固體力學緊密相關。

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。以前，學術界都認為固體是由均勻連續的介質組成的，但是今年復合材料的出現改變了這一判斷，因為傳統的固體力學知識無法解決復合材料需要的檢測、加固等需求，使得固體力學不得不擴大自身的研究范圍，比如對非線性物體與帶有裂紋或者裂縫的物體展開研究。

三、總結

本王對工程力學的發展與展望進行了研究，工程力學是一門集土木建設、材料學、機械與自動化學科、能源、化工以及航空、傳播等眾多學科于一體的綜合性學科，同時也被廣泛用于隧道、橋梁、建筑基礎、水利、礦山等多個領域，具有重要的現實意義。本文將工程力學的發展分為三個階段，分別誕生階段、形成自我發展體系的階段、實現現代化發展的階段。最后，還對工程力學在材料力學與固體力學的應用展望進行了探討。

參考文獻：

[1]劉嘉欣.淺談工程力學的應用與發展[J].科教導刊，2017 （28）：135.

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