探究固體力學的發展及其在航空航天工程中的運用

王欣睿

摘要：在力學中固體力學屬于早期形成的思想，其在多個領域方面都得到了較好的運用，其中運用固體力學最多的就是水利工程，航空航天工程是其次。基于此，本文針對固體力學在航空航天工程中的運用展開了深入分析，首先提出了固體力學的發展趨勢，其次提出了目前固體力學運用存在的問題，最后對固體力學在航空航天工程中的運用展開了詳細分析，希望能夠以此更好的推動固體力學的發展以及其在航空航天工程中的運用。

關鍵詞：固體力學;航空航天工程;發展運用

根據可靠資料顯示，固體力學思想的形成時間最早可追溯到上世紀50年代，固體力學的形成是在計算機發展的基礎之上不斷的轉變而形成的思想，經過不斷的發展調整，逐漸被人們所接受且廣泛應用，可以說固體力學推動了多個領域的發展。固體力學發展至70年代時，人們逐漸將研究重點放在固體的結構和力學上，而對空氣動力學和流體動力學的研究內容也逐漸受到人們重視。發展至80年代以后固體力學一直受到人們的重視并不斷發展，固體力學在計算方面具有較好的抗震性能，在我國經濟建設中得到了廣泛的應用，固體力學在發展中取得了巨大的成就。因此，固體力學具有廣闊的發展前景，同時固體力學在航空航天工程領域的應用非常廣泛。隨著近年來航空航天工業的發展，工程質量逐漸成為人們關注的焦點，因此本文對固體力學在航空航天工程中的應用進行了分析，并對固體力學的發展前景進行了展望。

一、固體力學的發展分析

（一）優勢分析

在社會發展的影響下，自然科學和工程技術逐漸成為固體力學發展的重要基礎，立足于研究對象的角度，研究對象從均質介質逐漸擴展到非均質介質，從單相逐漸過渡到多相，在研究背景下，環境從簡單的化學環境轉變為電磁環境，研究水平逐漸由宏觀向微觀、細觀轉變，實現三者的有機結合形成了細觀力學。而在與層次細化形態相對應的時間尺度、空間尺度在粗化模式下的轉變，分析了地球板塊和地殼的運動和破裂，以評估星際撞擊造成的損害，研究過程從固體的連續變形抗力條件逐漸擴展到裂紋擴展引起的宏觀損傷，在此基礎上，對固體的變化和損傷進行了深入的研究。除了上述的研究之外，固體力學的研究形態不局限于此，研究的形態還可以延伸至材料的組成和零件的制造工藝，就研究目的而言，除了現有的相關材料外，所需材料應根據特定的力學性能和功能要求，結合規模要求進行設計，上述內容的擴展可促進固體力學的持續發展，打破傳統線性固體力學的內容。體現了高非線性的特點，為了促進固體力學的長期發展，有必要與非線性科學相結合，促進非線性科學的持續發展。從固體力學的發展歷程和發展歷程來看，有關學者應結合計算機和計算力學的發展，在物理的宏觀力學和微觀力學行為的基礎上，促進固體力學的不斷發展。

（二）劣勢分析

固體力學簡而言之主要是針對固體材料和結構的應力狀態，以及其應力時所產生的變形和損傷，固體材料和結構本身的性質對應力之后的影響提供了多種表現形式，如斷裂、蠕變、彈性等。從工程問題的角度來看，這通常是固體力學的一個實踐案例。固體力學在發展過程中取得的輝煌成就也為其在航空航天工程中的應用提供了一定的支持，但在實際應用中仍存在一些問題。通過固體力學在航空航天工程中的運用我們可以發現，在工程中所運用到的材料與現行理論強度之間存在著差異，該理論也是位錯理論的基礎、裂紋理論的重要組成部分。但是固體力學在航空航天工程中的運用，這種矛盾由來已久，目前，除了應力和微小應變外，固體力學在判斷變形和破壞的局部化方面也有一定的局限性。

二、固體力學在航空航天工程中的運用分析

理論來源于實踐適合各個思想的發展，固體力學當然也無外乎，固體力學理論的發展主要來源于經濟建設的研究和應用所帶來的經濟效益。通過固體力學的應用，可以深入了解事物的本質，還可以激勵設計師創新，提高航空航天工程質量，大大減少其在設計環節耗費的時間，相應的也就減少了資金投入降低設計成本，同時，固體力學的應用也可以解決航空航天工程中的一些復雜問題。為了說明實踐如何促進理論的發展，以及所發展的理論如何在指導和促進人類實踐活動方面發揮重要作用，首先，本文介紹了計算力學在航空航天工業中的一些最活躍的應用領域，通過應用領域的分析更為深入的認識固體力學。

（一）主動控制技術應用分析

主動控制技術是一門綜合性的技術，包括自動控制論和隨動系統的設計，在當前的航天工程中，主動控制技術可以應用于地形回避、地形跟蹤等工作。固體力學在主動控制技術中的應用，包括飛行力學、結構力學和其他物理問題的研究，相關人員使用自動控制技術選擇和分類信息，并將其以網絡形式傳輸到計算機。在此基礎上，由計算機進行計算，在固體力學應用于主動控制技術中，除了控制律和時滯對伺服系統的影響外，控制的時間精度和理論分析也很重要。

（二）在工程力學問題中的應用分析

在工程力學問題中的應用分析主要表現在以下幾個方面：航空航天和大型空間柔性結構的討論，在分析時期規模的過程中發現其規模可達數萬節點，包括飛行器碰撞、裝甲設計與研究、載人航天器著陸碰撞、坦克晃動災害、航空醫療設備設計等。

（三）航空航天工程相關數值檢驗應用分析

固體力學在航空航天工程相關數值檢驗應用分析，其檢驗的主要研究對象是：常規驗證實驗、研究實驗。數值試驗可以帶來許多好處。例如，可以大大降低測試成本，極大的縮短測試周期。所有的測試環境和條件，即使是在實際實驗室條件下很難實現的環境和條件，都可以在計算機上復制。太陽能電池板和空間站等空間結構具有體積小、重量輕、剛度低、固有頻率低、連接器多等特點，一次溫度范圍在300℃以上至100℃以上，且處于失重狀態。難易程度可視化，難以獲得可靠的測試結果。然而，計算力學更容易在復雜環境中再現或計算機模擬大型和微觀結構的復雜力學過程，并且比為實現相同目標而進行的試驗所需的時間和成本要少得多。

實驗的環境響應是通過活化響應的相關圖像來模擬的，而活化響應的相關圖像通常是通過計算得到的，固體力學在航空航天工程中相關數值檢驗的應用可以為實驗過程帶來一定的優勢。固體力學在航空航天工程中相關數值檢驗從根本上減少了實驗的時間，計算機技術雖然在實際環境中很難實現，但可以降低實驗的成本和時間。一般來說，大型空間天線和太陽能電池板體積較大，其本身的重量較輕，很難進行空間的實驗再現。同時，實驗的最終結果也很難保證其準確性，但應用固體力學可以利用計算機技術再現空間，實現微觀組織力學過程的模擬，實驗所需的時間也比前者短，還可以方便實驗人員跟深入的了解設計參數。在飛行器碰撞的情況下，數值試驗也可用于解決問題，但由于設計時間較長，可以用數值模擬代替。

結語：

總而言之，在社會發展的影響下，航空航天行業取得了長足的發展，固體力學作為力學領域的一個早期科學概念，得到了廣泛的應用。因此，本文詳細分析了固體力學的發展前景，并對固體力學在航空航天工程中的應用從三個方面進行了分析，從主動控制技術、工程力學、航空航天工程中的相關數值檢驗等方面的應用論述了固體力學在航空航天工程中的應用，希望能夠促進固體力學的高質量發展。

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