结构力学发展简史
力学发展简史
经典力学发展简史姓名：周玉全力学是物理学中最早发展的分支，它和人类的生活与生产关系最为密切。
经典力学是力学的一个分支。
经典力学是以牛顿运动定律为基础，研究宏观、低速状态下物体运动的一门学科。
力学的发展可谓与人类生活与生产息息相关。
早在遥远的古代，人们就在劳动生产中应用杠杆、螺旋、滑轮、斜面等简单机械，促进了静力学的发展。
公元前二百多年，古希腊的阿基米德提出了杠杆原理以及浮力定律。
而我国古代的春秋战国时期，以《墨经》为代表作的墨家，总结了大量力学知识。
虽然这些知识尚属于力学的萌芽，但不妨它在力学发展史中占有一席之地。
在古代，由于人们缺乏经验以及生产水平低下，没有适当科学仪器，导致力学的发展受到抑制。
古希腊时代的亚里士多德主张物体速度与外力成正比、重物下落比轻物快、自然界惧怕真空等，看起来的确与经验没有明显矛盾，因此这些理论长期没人怀疑。
当然力学长期得不到较大发展还与西方教会利用所谓“科学”奴役人们思想有关。
这点最为人所熟知便属“地心说”了。
托勒密的“地心说”因与《圣经》内容相符，再加上按地心说预报的行星位置在当时目测精度下与实际位置相差不多，故被人广泛接受。
首先揭开科学革命序幕、反对一直被奉若圭臬的“地心说”的是天文学领域。
公元1543年，哥白尼发表了《天体运行理论》来具体论述日心体系。
但这一新思想一开始并未能得到世人的广泛认识，因为当时教会仍然占有统治地位，而日心说与《圣经》内容相悖。
科学发展越快，教会越趋极端，凡是不符合教会思想而另有主张的人，都会遭到迫害。
意大利思想家布鲁诺就是一位信仰和宣扬哥白尼体系而英勇献身的科学殉道士。
他认为宇宙是无限的，在太阳系之外还有无数的世界，这比日心说更为有力的冲击了教会的教义，因此被处以火刑。
但科学并不会因惧怕火刑而驻足不前。
德国天文学家开普勒在基于天文学家第谷毕生积累的天文观测资料的基础上，经过计算，得出了开普勒第一和第二定律，并在1609年出版的《新天文学》一书中，公布了这两条行星运动定律。
结构力学
杆端位移 结点位移 变形协调条件
●
单元集成法求整体刚度矩阵的步骤：
第一步，由单元刚度矩阵[k]e ，求单元贡献矩阵[K] e 。 第二步，叠加各单元贡献矩阵，得到整体刚度矩阵[K] 。
结点力 杆端力 平衡条件
§13.4.2 单元定位向量
（2）杆端位移、杆端力的正负号规定 与坐标轴正方向一致 或 顺时针为正
（单元杆端位移列阵 与 单元杆端力列阵）
§13.2 单元分析(一)
——局部坐标系中的单元刚度矩阵 单元杆端力和杆端位移之间的
转换关系称为单元刚度方程，它表示单元在
杆端有任意给定位移时所产生的杆端力。而 单元刚度矩阵 的转换矩阵。 是杆端力与杆端位移之间
50年代由航空结构工程师发展，逐渐波及土木工程；
20世纪60年代，1960年由R. H. Clough命名 为“有限单元法”（FEM)以来，有限元法蓬勃 发展。不仅结构分析必不可少，而且成为“现 象分析”的一种手段（场问题、时间维问题等 ）。1967年首次出版专著，监凯维奇（O. C.
Zienkiewicz）与其学生张佑启（Y. K. Cheung ) 合写《结构与连续力学的有限元法》( 张后来成 为“有限条法”创始人）, 该书成为世界名著， 第三版中译本名为《有限元法》。
手算怕繁、电算怕乱
§13.1.1 矩阵位移法的基本思路
◆ 基本原理与传统的位移法相同：
1. 以结点位移为基本未知量；
2. 基本环节： （1）离散化：整个结构分解为若干个单元（在杆件结 构中，通常取一根杆件为一个单元）； （2）单元分析：分析单元的杆端力和杆端位移及荷载 之间的关系； （3）整体分析：利用结构的变形协调条件和平衡条件 将各单元集合成整体结构，得到求解基本未知量的矩 阵位移法的基本方程 。
中国力学学科的发展简史
8月中国科学院成立负责拟定发展人造地球卫星规划的‘581任务组’。随后，中科院力学所成立负责卫星总体设计和运载火箭研制的‘上天’设计院。10月其总体部、结构部和发动机部迁至上海，对外称机电设计院，1959年研制工作中止。
中国科学院与清华大学联合在清华园内组建动力研究室，室主任吴仲华。1960年该室并入中科院力学所，1984年单独建所。
公元1957年
第一次全国力学学术报告会在北京召开。钱学森、钱伟长分别作“论技术科学”和“我国力学工作者的任务”的报告。于1952年2月10日成立中国力学学会，首届理事长钱学森，选举理事35人。会后相继成立了固体力学、流体力学、一般力学、岩土力学4个专业委员会；以及哈尔滨、西安、北京、天津、上海、南京、大连7个地方分会。
郭永怀回国，后任中科院力学所副所长。
10月国防部第五研究院成立，第一任院长钱学森。12月，五院下属空气动力学研究室成立，该室1959年发展为研究所（701所）。
钱学森起草《建立我国国防航空工业的意见书》，为我国火箭与导弹技术提供重要实施方案。
国家制定《1956—1967年科学技术发展远景规划纲要》，其中第37项“喷气与火箭技术的建立”与力学关系密切。同时还制定了我国第一份力学学科规划，确认力学为一级学科。钱学森、周培源、钱伟长、郭永怀及一批知名的力学家参与了力学专业的规划的调研、制定。钱学森任综合组组长。
中国在上海建成摇曳水池。
胡海昌提出弹性力学中三类变量变分原理，鹫津九一郎于1955年提出同一原理。
钱学森发表《工程控制论》（英文版），由美国McGraw Hill出版社出版。
公元1955年
钱学森回国。20世纪40—50年代，我国大批留学西方、苏联和东欧的理学专家回国。
力学的发展历程
力学的发展历程力学是研究物体运动和受力规律的学科，它是自然科学中最基础、最重要的学科之一。
力学的发展历程可以追溯到古代，经过了漫长的历史演变和不断的发展，逐渐形成了现代力学的基本原理和理论体系。
下面将详细介绍力学的发展历程。
古代力学的起源可以追溯到古希腊时期，著名的古希腊哲学家亚里士多德对力学的研究起到了重要的推动作用。
他提出了自然物体分为四种元素（地、水、火、气）的理论，并认为物体的运动是由于与其自然元素的相互作用。
亚里士多德的力学理论在古代长期占主导地位，直到近代才被推翻。
古代中国力学的发展也有着独特的贡献。
中国古代的力学理论主要体现在工程技术和军事战略方面。
例如，中国古代的工程师和军事家在建筑和兵器设计中运用了许多力学原理，如杠杆、滑轮等。
这些实践经验积累为后来力学的发展奠定了基础。
随着科学方法的不断发展，力学在近代经历了重要的革命。
17世纪，英国科学家伽利略·伽利莱和英国物理学家艾萨克·牛顿的工作为力学的发展奠定了基石。
伽利略提出了惯性原理和斜面运动等基本概念，牛顿则通过研究物体的运动和力的关系，提出了经典力学的三大定律，即牛顿定律。
这些理论为力学奠定了坚实的数学基础，并在科学界产生了深远的影响。
19世纪，法国科学家拉格朗日和哈密顿等人对力学进行了重要的发展。
拉格朗日提出了以能量为基础的拉格朗日力学，将力学问题转化为能量和约束的问题，极大地简化了力学的计算。
哈密顿则提出了哈密顿力学，通过引入广义坐标和广义动量的概念，为力学问题的求解提供了新的方法。
20世纪，爱因斯坦的相对论对力学产生了重大影响。
相对论扩展了牛顿力学的范围，提出了质量和能量之间的等价关系，揭示了高速运动物体的特殊性质。
相对论的发展使力学理论更加完善，并为后来的量子力学和场论的发展奠定了基础。
现代力学已经发展成为一个庞大而复杂的学科体系，包括经典力学、量子力学、统计力学等多个分支。
力学的应用广泛涉及到物理学、工程学、天文学、生物学等领域。
工程力学的发展与展望
工程力学的发展与展望工程力学是一门研究物体在力的作用下的运动和变形规律的学科，也是工程学的基础知识之一。
随着科学技术的快速发展和工程领域的日益复杂化，工程力学在过去的几十年里取得了显著的进展。
本文将对工程力学的发展历程进行回顾，并展望未来的发展方向。
工程力学概念最初见诸于古希腊时期，但是直到近代以前，工程力学一直处于实证阶段。
17世纪，伽利略、牛顿等科学家的力学研究奠定了工程力学的基础。
18世纪和19世纪，随着工业革命的推进，工程力学开始应用于实际工程问题的解决中。
20世纪初，结构力学、流体力学等分支学科逐渐形成，工程力学开始多元化发展。
在过去的几十年里，工程力学的发展有以下几个显著特点：工程力学的理论模型和计算方法得到了极大的改进。
随着计算机技术的发展，有限元法、有限差分法等数值方法在工程力学分析中的应用广泛化，大大提高了分析的准确性和效率。
工程力学在多学科交叉领域的应用得到了拓展。
随着材料科学、电子技术、光学等学科的发展，工程力学开始与其他学科相互融合，形成新的研究领域。
力学与材料科学的结合，推动了复合材料等新材料的研发；力学与电子技术的结合，推动了微电子器件的发展等。
工程力学在应对新兴问题和挑战方面做出了重要贡献。
地震工程的发展帮助人们更好地理解地震力对建筑物和结构的影响，为抗震建筑设计提供了理论依据；风力发电和太阳能等可再生能源的开发也离不开工程力学的支持。
在未来的发展中，工程力学面临着新的机遇和挑战。
随着大数据和人工智能技术的发展，工程力学在数据分析和预测方面将发挥更大的作用。
通过对大量结构数据的分析，可以实现结构健康监测和故障诊断，提高结构的安全性和可靠性。
新兴领域的发展也将推动工程力学的进一步发展。
生物力学、纳米力学等新兴领域的研究将为工程力学带来新的理论和应用。
生物力学研究将为医疗器械和人体工程学等领域提供理论指导；纳米力学研究将为纳米材料及其应用提供理论支持。
工程力学的跨学科研究合作将得到进一步加强。
大学结构力学课件
目 录
• 结构力学概述 • 静力学基础 • 动力学基础 • 弹性力学基础 • 塑性力学基础 • 结构分析方法与技能
CHAPTER 01
结构力学概述
结构力学定义与重要性
结构力学定义
结构力学是研究结构在各种荷载作用 下的响应和行为的学科。它主要研究 结构的内力、变形、稳定性以及振动 等方面。
静力分析方法
通过平衡条件求解结构内力，适用于静荷载作用下的结构分析。
动力分析方法
考虑结构动力学特性，适用于动力荷载作用下的结构分析。
弹性分析方法
考虑材料弹塑性性质，适用于复杂结构分析。
结构分析技能与策略
简化模型技能
根据实际情况对结构进行公道简化，降低计 算难度。
有限元法策略
利用有限元法进行结构离散化，提高计算精 度和效率。
圆筒受内压分析
02
通过圆筒受内压分析实例，介绍弹性力学在压力容器设计中的
应用。
弹性地基上梁的分析
03
通过弹性地基上梁的分析实例，介绍弹性力学在土木工程中的
应用。
CHAPTER 05
塑性力学基础
塑性力学基本概念
塑性力学定义
塑性力学是研究材料在到达屈服极限后，产生 不可逆的塑性变形时力学行为的学科。
现代结构力学
20世纪以来，随着计算机技术和数值分析方法的发展，现代结构力学得到了迅速发展 。它不仅广泛应用于传统工程领域，还扩大到了生物、医学、材料等其他领域。
结构力学基本原理
荷载与反力
平衡方程
变形与内力
稳定性
弹性与塑性
荷载是施加在结构上的 外力，反力是结构内部 产生的抵抗荷载的力。
根据牛顿第三定律，结 构在荷载作用下的平衡 方程为∑F=0，其中∑F为 所有荷载向量之和。
力学的起源解读
力学的起源力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。
人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水等器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。
古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。
古代人还从对日、月运行的观察和弓箭、车轮等的使用中，了解一些简单的运动规律，如匀速的移动和转动。
但是对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐渐有了正确的认识。
伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。
牛顿继承和发展前人的研究成果(特别是开普勒的行星运动三定律)，提出物体运动三定律。
伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。
牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。
此后，力学的研究对象由单个的自由质点，转向受约束的质点和受约束的质点系。
这方面的标志是达朗贝尔提出的达朗贝尔原理，和拉格朗日建立的分析力学。
其后，欧拉又进一步把牛顿运动定律用于刚体和理想流体的运动方程，这看作是连续介质力学的开端。
运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世，在这方面作出贡献的是纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人。
弹性力学和流体力学基本方程的建立，使得力学逐渐脱离物理学而成为独立学科。
从牛顿到汉密尔顿的理论体系组成了物理学中的经典力学。
在弹性和流体基本方程建立后，所给出的方程一时难于求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法解决。
这使得19世纪后半叶，在材料力学、结构力学同弹性力学之间，水力学和水动力学之间一直存在着风格上的显著差别。
20世纪初，随着新的数学理论和方法的出现，力学研究又蓬勃发展起来，创立了许多新的理论，同时也解决了工程技术中大量的关键性问题，如航空工程中的声障问题和航天工程中的热障问题等。
这时的先导者是普朗特和卡门，他们在力学研究工作中善于从复杂的现象中洞察事物本质，又能寻找合适的解决问题的数学途径，逐渐形成一套特有的方法。
结构力学的发展简史
元计算秉承中国科学院数学ห้องสมุดไป่ตู้系统科学研究院有限元自动生成核心技术（曾获中科院科技进 步二等奖、国家科技进步二等奖），通过自身不懈的努力与完善，形成一系列具有高度前瞻性和 创造性的产品。
元计算产品适用范围广泛，目前有国内外专业客户300余家，涉及美、加、日、韩、澳、德、 新等国，遍布石油化工、土木建筑、电磁电子、国防军工、装备制造、航空航天……等多个领域。
有限元语言及编译器（Finite Element Language And it’s Compiler，以下简称FELAC） 是中国科学院数学与系统科学研究院梁国平研究院于1983年开始研发的通用有限元软件平 台，是具有国际独创性的有限元计算软件，是PFEPG系列软件三十年成果（1983年—2013 年）的总结与提升，有限元语言语法比PFEPG更加简练，更加灵活，功能更加强大。目前 已发展到2.0版本。其核心采用元件化思想来实现有限元计算的基本工序，采用有限元语 言来书写程序的代码，为各领域，各类型的有限元问题求解提供了一个极其有力的工具。 FELAC可以在数天甚至数小时内完成通常需要一个月甚至数月才能完成的编程劳动。
结构力学的发展简史
人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓箭、房屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单的结构。 随着社会的进步，人们对于结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，并且积累了经验， 这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北京故宫等等。 尽管在这些结构中隐含有力学的知识，但并没有形成一门学科。 就基本原理和方法而言，结构力学是与理论力学、材料力学同时发展起来的。所以结构力学在发 展的初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到19世纪初，由于工业的发展，人们开始设计各种 大规模的工程结构，对于这些结构的设计，要作较精确的分析和计算。因此，工程结构的分析理论和 分析方法开始独立出来，到19世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。 19世纪中期出现了许多结构力学的计算理论和方法。法国的纳维于1826年提出了求解静不定结构 问题的一般方法。从19世纪30年代起，由于要在桥梁上通过火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷的问 题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。
结构力学回顾与展望
结构力学回顾与展望武际可（北京大学力学与工程科学系，100871）结构工程是人类文明的脊梁。
摘要 本文简要叙述结构力学的历史发展。
并且对未来的结构力学提出了一些看法。
关键词：结构 结构力学 简史§1 引言结构工程是人类文明的脊梁。
人类最早的结构大概是利用天然条件的巢居和穴居，后来发展为自己凿户建房而住。
我国早在三千年之前的《周礼》这部书的《考工记》中就已经记载了各种建筑的形制。
到了汉代在王延寿的《鲁灵光殿赋》中说：“于是详察其栋宇，观其结构。
”出现了随着人类文明的发结构的专名词。
展，人类所建造的结构种类愈来愈多，愈来愈复杂。
继房屋结构之后，又出现了道桥、车船、水利、机器、飞机、火箭、兵器、化工设备、输电等各色各样的结构。
雅典女神庙,坐落于雅典卫城,建于438B.C.是古希腊建筑的典型例子。
随着结构种类的多样化和复杂化，结构的概念也在扩展。
目前，所谓结构，是指凡是能够承受一定荷载的固体构件及其系统的人造物都统称为结构。
从更广义的意义上说，凡是承受一定载荷的固体构件及其系统自然物，如植物的根、茎、叶、动物的骨骼、血管、地壳、岩体等也可以看作结构。
结构的发展紧密地和结构材料与结构力学有关。
前者可以看作结构工程的硬件，后者可以看作结构工程发展的软件。
无论是东方还是西方，在使用钢、混凝土为主要建筑材料之前，时间最长的是以石、木、砖为建筑材料。
具体来说，西方多以石料作建筑材料，而我国和东方各国多以砖、木为建筑材料。
木结构不耐火，也不耐腐蚀，所以我国存世古建筑历史很长的不多。
1774年，英国工程师斯密顿（J.Smeaton）在建造海上灯塔时石灰。
粘土、砂混合物砌基础，效果很好。
1824年英国石匠营造者亚斯普丁(J. Aspdim, 1779-1885)取得了烧制水泥的专利，因其与波特兰地方的石材很相近，所以称为年使用水泥156公斤。
19世纪中叶之后,炼钢技术得到普及于是在结构上普遍采用钢铁 应县佛宫寺释迦塔（公元1056年）波特兰水泥。
结构力学教学PPT
目
CONTENCT
录
• 结构力学概述 • 结构力学基础知识 • 结构分析方法 • 结构稳定性与优化设计 • 结构动力学与振动控制 • 结构力学在工程中的应用
01
结构力学概述
结构力学定义
结构力学是研究结构在各种力和力矩作用下的响应和行为的科学 。它主要关注结构的内力和变形，以及这些因素对结构性能的影 响。
有限差分法的基本思想是将偏微分方程离散化为差分方程 ，即将连续的空间离散化为有限个离散点。然后，通过求 解这些差分方程来近似得到偏微分方程的解。
总结词
有限差分法的优点在于它可以处理复杂的边界条件和几何 形状，并且可以模拟非线性行为。
详细描述
有限差分法的优点在于它可以处理复杂的边界条件和几何 形状，并且可以模拟非线性行为，如材料非线性和几何非 线性。此外，有限差分法还具有较高的计算效率和精度。
维护与加固
对已建成的桥梁，结构力 学可以评估其结构性能， 提出维护和加固方案，延 长桥梁的使用寿命。
建筑工程中的应用
结构设计
建筑工程中的结构设计需 要运用结构力学的原理和 方法，确保建筑物的安全 性和稳定性。
抗震设计
结构力学在建筑抗震设计 中具有重要地位，通过合 理设计建筑结构，提高建 筑的抗震性能。
总结词
有限差分法的缺点是需要对每个离散点进行单独的建模和 求解，并且需要较高的编程和数值计算能力。
详细描述
有限差分法的缺点是需要对每个离散点进行单独的建模和 求解，这需要大量的计算资源和时间。此外，有限差分法 需要较高的编程和数值计算能力，因为需要对每个离散点 进行编程和数值计算。
边界元法
总结词
边界元法是一种只对边界进行离散化的方法，通过求解边 界上的离散点来近似得到整个结构的力学行为。
力学发展简史
力学发展简史10机械X班XXX 学号:XXX指导老师：***前言：力学是一门独立的基础科学，主要研究能量与力的关系。
它一直贯穿于人类的整个生命史，它起源于自然万象。
人类早期的生产实践活动是力学最初的起源。
人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识等等。
总体而言，力学是人类通过对自然万象的观察以及推理验证，最后抽象简化建立的自然科学，并建立一些力学模型，如质点，刚体，质点系以及刚体系等。
力学的不断发展，时至今日，它已经具备完整的学科结构和体系，并成为机械工程、土木工程、道路桥梁、航空航天工程、材料工程等的基础，在人类的实践活动中无处不在，并且深刻地影响着人类的实践活动。
摘要：在阅读了相关的力学资料后，我对力学的发展史有所了解。
本文主要对力学发展史上的几个里程碑进行陈述，并讲述力学在发展和完善的同时，对人类文明的进步所做出的贡献。
很早的时候，人民就认识到了力学。
古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。
但是对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐渐有了正确的认识。
关键词：力学社会生产力资本积累工业化原子力学在阅读了相关的史料以后，我认为力学的发展史可以用五个阶段简单的概括，分别为：（1）原始力学阶段（2）朦胧力学阶段（3）完整力学阶段（4）理论力学的形成阶段（5）近代力学发展阶段（1）原始力学阶段所谓原始力学阶段，主要就是指人类只是简单的使用力学，对力学有一个浅显的认识，但并没有力学的概念。
在这个阶段，人类对力的应用只是建立在经验上，这些经验来源于人类对自然现象长期的观察和以及生产劳动中。
比如，人类知道利用杆杠撬起重物，懂得利用圆木的滚动作用来移动重物，懂得使用石器这一类的比较坚固的材料去进行生产。
人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水等器具，逐渐积累起对“力”的认识，为力学的发展奠定基础。
工程力学发展简史及基本研究方式
工程力学发展简史及基本研究方式1. 前言工程力学是研究各种工程结构的力学性质和相互作用的学科。
它起源于18世纪初期的物理学、数学和工程实践，经过几个世纪的发展，逐渐形成了独立的一门学科，并融合了材料力学、流体力学、传热学等多个学科。
本文将介绍工程力学的发展简史和基本研究方式。
2. 工程力学的起源工程力学作为一门独立的学科，最初是由欧洲的工程师和科学家们在工程实践中总结出的一套工程力学原理和方法。
18世纪初期，英国的牛顿和欧拉等人开展了力学基础研究，为工程力学的发展提供了理论支撑。
19世纪末期，美国的著名工程师约翰·艾金森发表了《工程力学手册》，使工程力学得到快速发展。
3. 工程力学的发展随着工业化的发展和技术的进步，工程力学在20世纪迅速发展。
在国际上，美国和英国成为工程力学研究的中心，德国、法国、日本等国家也逐渐崛起。
在中国，20世纪50年代开始开展工程力学的研究，经过几十年的努力，已成为一个发展较为完善的学科。
4. 工程力学的基本研究方式工程力学是一门应用型学科，其基本研究方式主要包括以下几个方面：4.1 实验研究实验研究是工程力学的基础，它通过实验测试和数据分析，研究结构在不同力和环境下的变化和响应。
实验研究可以验证理论模型、优化设计方案等。
目前，实验研究已成为工程力学研究不可或缺的一部分。
4.2 数值模拟随着计算机技术的发展，数值模拟成为了工程力学研究的重要手段之一。
数值模拟可以通过对真实结构进行数据建模和计算，预测结构在不同条件下的性能和响应。
数值模拟的优势在于能够模拟复杂环境和过程，并能对不同设计方案进行比较和分析。
4.3 理论分析理论分析是工程力学的基础，它主要是通过数学方法和物理原理，研究结构受力和响应的规律和特性。
理论分析的优势在于能够提供具有普遍意义的理论基础和设计指导，但需要以实验数据作为验证。
5. 结论工程力学是一门广泛应用于各种工程结构中的学科，具有重要的理论意义和实践应用价值。
《结构力学》详细解析
04
地质勘察
对地下空间进行地质勘察，了 解地质构造、岩土性质等信息
，为结构设计提供依据。
结构选型
根据使用功能和地质条件选择 合适的结构类型，如地下室、
地下通道、地铁车站等。
防水设计
考虑地下水的渗透和侵蚀作用 ，进行防水设计，保证结构的
耐久性和使用功能。
施工方法
选择对周围环境影响小的施工 方法，如暗挖法、盾构法等， 确保施工安全和环境保护。
用于飞机、火箭、卫星 等飞行器的结构设计和
性能分析。
土木建筑领域
机械工程领域
海洋工程领域
用于房屋、桥梁、道路、隧 道等建筑结构的设计和施工 过程中的力学问题分析。
用于机械零部件、机床、 汽车等产品的结构设计
和优化。
用于船舶、海洋平台、 水下结构等海洋工程结 构的设计和安全评估。
02 静力学基础
静力学基本概念与原理
弯曲变形
材料在弯曲载荷作用下，会发生弯曲变形，表现为材料的挠度和 转角等参数变化。
应力分布
在弯曲变形过程中，材料内部的应力分布呈现一定的规律，可通 过力学原理进行分析和计算。
强度校核
根据应力分析结果，对材料的强度进行校核，以确定其是否满足 使用要求。
强度理论及其在工程中应用
强度理论
研究材料在复杂应力状态下的破坏规律，提出相应的强度准则，为工程设计和安全评估提供依据。
结构力学发展历史及现状
发展历史
结构力学起源于古代建筑和桥梁建设 ，经历了静力学、材料力学、弹性力 学等阶段，逐渐发展成现代结构力学 。
现状
随着计算机技术的发展，结构力学在 数值计算、仿真模拟、优化设计等方 面取得了显著进展，广泛应用于航空 航天、土木建筑、机械工程等领域。
“地层结构力学的提出和基本理论框架
“地层结构力学的提出和基本理论框架地层结构力学是研究地球内部岩层变形和应力状态的学科，对于地壳运动、地震活动、构造演化等地球科学问题具有重要意义。
本文将介绍地层结构力学的提出和基本理论框架。
地层结构力学的提出源于地球科学研究的需求。
19世纪末，人们开始认识到地球内部的岩层存在着巨大的应变和应力状态。
为了解释地质构造现象、地震活动等现象，科学家们开始尝试研究地层的力学行为。
地层结构力学作为一门学科在20世纪初逐渐形成。
地层结构力学的基本理论框架是基于弹性力学和岩石力学的基础上发展起来的。
弹性力学是研究物体变形和应变之间的关系的学科，而岩石力学是研究岩石的力学性质和力学行为的学科。
地层结构力学将这两个学科的理论与实践相结合，在解释地层变形和应力状态方面提供了有力的工具。
地层结构力学的基本理论框架包括以下几个方面。
首先是应变-应力关系。
地层结构力学研究地层中的变形和应变关系，包括线弹性、非线弹性、塑性和黏弹性等。
通过研究应变对应力的关系，可以了解地层中的力学行为。
其次是平衡方程。
地层结构力学研究地层中的应力分布和受力平衡状态。
通过分析地层中各点的力学平衡方程，可以得到地层中的应力场分布。
第三是边界条件。
地层结构力学研究地层中的力学行为，需要考虑不同边界条件下的应力和位移。
边界条件的设置对于研究地层结构力学的问题至关重要。
最后是物理性质参数。
地层结构力学需要考虑地层材料的物理性质参数，如弹性模量、剪切模量、泊松比等。
这些参数对于地层结构力学的研究具有重要的影响。
地层结构力学的发展为地球科学研究提供了理论和方法的支持。
通过地层结构力学的研究，人们可以更好地理解地球内部的力学行为和变形过程，为地球科学的发展做出重要贡献。
总结起来，地层结构力学是研究地球内部岩层变形和应力状态的学科，其提出和基本理论框架是基于弹性力学和岩石力学的基础上发展起来的。
地层结构力学的发展为地球科学研究提供了理论和方法的支持，对于理解地球内部力学行为和变形过程具有重要意义。
“地层结构力学”的提出和基本理论框架
“地层结构力学”的提出和基本理论框架地层结构力学是研究地层内部构造和力学性质的学科，其提出和基本理论框架可以追溯到20世纪初。
本文将介绍地层结构力学的提出及其基本理论框架，以便更好地了解这一学科的发展和应用。
地层结构力学的提出可以追溯到20世纪初地质学家的研究工作。
早期的地质学家主要关注地球表面的地质现象和地层沉积，对于地下深部的地质构造和力学特性知之甚少。
然而，随着工程技术的发展和地质勘探的需要，人们开始意识到地下深部的地质构造和力学性质对于工程建设和资源开发具有重要意义。
于是，地层结构力学作为一门独立的学科逐渐形成。
地层结构力学的基本理论框架主要包括了地层力学性质的测定与模拟、地质构造力学的分析与预测以及地层工程的应用。
首先，地层力学性质的测定与模拟是地层结构力学的基础。
通过野外勘探和室内试验，可以对地层的物理属性、力学特性以及变形行为进行测定和模拟。
这些数据将有助于研究人员更好地理解地层的组成和性质，为后续的研究工作提供基础。
其次，地质构造力学的分析与预测是地层结构力学的核心内容。
地质构造力学研究地下岩石的应力分布、变形特征以及断裂发育等问题。
通过地下构造力学的分析和预测，可以预测地层中存在的断层、褶皱等构造，从而为地质灾害的防治和防护提供依据。
此外，地质构造力学的研究还有助于理解地壳运动的机制和地震发生的规律，对于地震预测和应对具有重要意义。
最后，地层结构力学的基本理论框架还包括了地层工程的应用。
地层工程是将地层结构力学的理论和方法应用于实际工程项目中，以保证工程的安全和稳定。
地层工程涉及诸多领域，如地铁、建筑物基础、岩土工程等。
通过对地层力学性质的研究和分析，可以设计合理的工程方案，提高工程的质量和效益。
总体而言，地层结构力学的提出和基本理论框架为我们深入了解地下的地质构造和力学性质提供了重要的理论基础。
通过地层结构力学的研究，我们可以为工程建设、资源开发以及地震预测等提供科学依据，从而推动人类社会的可持续发展。
力学的发展历程
力学的发展历程引言概述:力学是物理学的一个重要分支，研究物体受力和运动规律。
自古以来，人类对力学的研究始终伴有着科学的发展。
本文将从古代到现代，分五个部份介绍力学的发展历程。
一、古代力学的奠基1.1 古希腊力学的兴起古希腊力学的代表人物有阿基米德和亚里士多德。
阿基米德提出了浮力定律和杠杆原理，奠定了静力学的基础。
亚里士多德则提出了天体运动的观点，开创了天体力学的研究。
1.2 中国古代力学的发展中国古代力学的代表人物有张衡和沈括。
张衡发明了世界上第一台地动仪，通过测量地震波传播时间来确定地震的方位。
沈括在《梦溪笔谈》中提出了自然界中存在的力学问题，如水流、弹性等，为中国力学的发展奠定了基础。
1.3 印度古代力学的贡献古印度力学的代表人物有阿耶尔巴塔和布拉马叶。
阿耶尔巴塔提出了力学中的“递归”概念，为后来的动力学研究奠定了基础。
布拉马叶则在《布拉马叶运动论》中提出了运动的三个定律，对后来的牛顿力学产生了深远影响。
二、近代力学的革新2.1 牛顿力学的奠基牛顿力学是近代力学的重要里程碑，牛顿提出了力学的三大定律，建立了质点力学的基本框架。
他的万有引力定律解释了行星运动和天体力学问题，为力学的发展开辟了新的道路。
2.2 拉格朗日力学的建立拉格朗日力学是力学的另一重要分支，由拉格朗日提出。
他通过引入广义坐标和拉格朗日函数，建立了一种更为普适且简洁的力学表述方法。
拉格朗日力学在解决多体问题和非惯性系问题上具有优势。
2.3 哈密顿力学的发展哈密顿力学是力学的又一重要分支，由哈密顿提出。
他引入了哈密顿函数和哈密顿方程，为力学的数学形式化提供了新的思路。
哈密顿力学在动力学和量子力学中有广泛应用。
三、现代力学的新探索3.1 相对论力学的革命相对论力学是爱因斯坦提出的一种新的力学理论，包括狭义相对论和广义相对论。
相对论力学在高速和强引力场下对经典力学进行了修正，解释了光的传播和引力场的本质。
3.2 量子力学的兴起量子力学是20世纪物理学的重大突破，由普朗克、波尔等人提出。
结构工程的历史发展
武际可编:科技史选讲之十三(1)1结构工程的历史发展（1）科技史选讲结构工程是人类文明的脊梁。
1.以石、木、砖为主要建筑材料的时代2.混凝土的简史3.钢铁材料4.弹性力学5.结构力学6.有限元方法的产生与发展7.结构抗震8.作用在结构上的载荷武际可编:科技史选讲之十三(1)3人类文明程度的一种标志体现在各种结构上，承受力而又有一定功能的物体都可以归结为结构，如高楼、车、船、飞机、大桥、大坝、机床、望远镜、精密仪表等都可看为特定的结构。
广义地说，地壳、岩基、土层也可以看为结构。
人类愈进步，结构愈复杂。
所谓建筑,一要实用、舒适、好看；二要安全、经济。
前一个任务是属于建筑学要解决的问题。
而后一类问题就是工程结构、结构力学要解决的问题。
武际可编:科技史选讲之十三(1)5结构设计，包含结构物本身的强度、刚度、动力、及稳定性分析。
目前结构设计大部分工作量都开始由计算机承担，这就是计算结构力学与结构CAD（计算机辅助设计）。
结构设计的另一方面是确定结构所受的荷载。
还包括保持一定功能的优化设计，新结构形式的研究与结构的加工与成形的研究。
如果我们能在钢结构设计中选用优化的方法，节约1％的钢材，它就相当于建造一座年产百万t的钢厂。
1. 以石、木、砖为主要建筑材料的时代无论是东方还是西方，在使用钢、混凝土为主要建筑材料之前，时间最长的是以石、木、砖为建筑材料。
具体来说，西方多以石料作建筑材料，而我国和东方各国多以砖、木为建筑材料。
木结构不耐火，所以我国存世古建筑历史很长的不多。
武际可编:科技史选讲之十三(1)7古希腊雅典卫城的门口注：以下不少图片取自William G. Godden Structural Engineering SlideLibrary宙斯神庙已经倒塌的石柱雅典女神庙武际可编:科技史选讲之十三(1)9古罗马的农神庙罗马圣彼德广场之一角武际可编:科技史选讲之十三(1)11故宫午门北面五台山显通寺内无梁殿用砖砌成的仿木结构武际可编:科技史选讲之十三(1)13北京天坛祈年殿天坛祈年殿藻井武际可编:科技史选讲之十三(1)15应县佛宫寺释迦塔武际可编:科技史选讲之十三(1)17万荣县解店镇东岳庙内飞云楼故宫角楼河北赵县赵州桥武际可编:科技史选讲之十三(1)19古罗马的拱桥武际可编:科技史选讲之十三(1)21西安大雁塔意大利比萨斜塔飞虹塔武际可编:科技史选讲之十三(1)23早期的材料力学研究达·芬奇在他的手稿中研究和讨论了柱所能承受的载荷。
计算结构力学的发展
在计算机发明后的早期，用计算机求解力学问题或别的问题仅仅利用了计算机快这一优点。紧 接着而来的问题是程序工作量不能适应计算机的高速度。一台计算机需要数以百计的工作人员编程 序才能喂饱。于是编写程序又成了合理使用计算机的瓶颈。人们想出了许多方法去解决这一困难。 从50年代先后出现的符号汇编语言、FORTRAN语言、ALGOL语言等以及随之而迅速发展起来的软件 产业，就是为解决这一问题应运而生的。 在适应于计算机求解力学问题节约程序人力方面，最成功的就是有限元方法的产生与发展。它 的产生也是计算力学作为力结构分析的有限元软件迅速发展。包含二维元、三维元、梁单元、杆单元、板单元、 壳单元、流体单元等多种单元、能解决弹性、塑性、流变、流体以及温度场、电磁场各种复杂 耦合问题的软件以及软件系统不断出现。在10多年内生产与销售有限元软件形成了有相当规模 的社会新产业，而且使用有限元法解决实际问题迅速在工程技术部门普及。 1960 年克劳夫在匹兹堡举行的美国土木学会电子计算会议上的《平面应力分析中的有限元 法》是最早提到有限元的论文。之后有限元的论文、文集、专著大量涌现，专题学术会议不断 召开。新的单元、新的求解器不断提出，先后有等参元、高次元、不协调元、拟协调元、杂交 元、样条元、边界元、罚单元等不同的单元，有带宽与变带宽消去法、超矩阵法、波前法、子 结构法、子空间迭代法等求解方法，还有网格自动剖分等前后处理的研究，这些工作大大加强 了有限元法的解题能力，使有限元方法逐渐趋于成熟。1988 年出版的《有限元法手册》是有限 元法发展的一个阶段总结。
有限元法的思想尽管可以追溯得更早，如有人说有限元的思想是40年代美国人库朗（R.Courant） 在1943年提出来的，有人说有限元是加拿大人辛格（J.L. Synge）在40年代提出来的，更有人说有限 元是欧拉的折线法就包含的，还有人说在东汉刘徽的割圆术就是有限元法，不一而足。当然这些说 法也不是完全没有道理。因为有限元法的思想的确是有一部分同上述人的工作有点联系。但是要知 道，有限元法是同计算机紧紧相联系的。
结构力学国内外发展
结构力学国内外发展
曾声青;张大朋;严谨
【期刊名称】《交叉科学快报》
【年(卷),期】2024(8)1
【摘要】结构力学在工程设计和物理学中有不可取代的地位,结构力学可以应用到桥梁、建筑、航天航空等大型的工程中,也在纳米结构、细胞构造等微型仪器上有应用,因此对结构力学的研究至关重要。
想要对结构力学的研究有所突破,那么对结构力学的发展的研究就是必不可少的。
本文查询了之前的与结构力学有关的资料和文献,综述了几篇论文,并且将结构力学的发展进行了分类归纳和按照时间顺序进行了总结,得到了结构力学的大致发展史,并且发现了结构力学和其他物理分支,比如能量、力法、位移法之间发展的关系。
【总页数】11页(P55-65)
【作者】曾声青;张大朋;严谨
【作者单位】广东海洋大学船舶与海运学院湛江
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
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2.结构力学教学中培养学生可持续发展能力研究
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解析法等来研究静定桁架结构的受力分析，这奠 结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，它主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题。
的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于 因此，工程结构的分析理论和分析方法开始独立出来，到19世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。
在结构力学对于各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象还形成了一些研究领域，这方面主要有杆系结构理论、薄壁结构理 论和整体结构理论三大类。
桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。 在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。
结构力学发展简史
优选结构力学发展简史
❖ 生物结构的启发
观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎和 叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，鸟类的翅膀，可 以发现它们的强度和刚度不仅与材料有关，而且 和它们的造型有密切的关系，很多工程结构就是 受到天然结构的启发而创制出来的。结构设计不 仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、 重量轻．减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻 飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度 大、能耗低。
19世纪中出现了许多结构力学的计算理论和方 结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。 法。法国的纳维于1826年提出了求解静不定结构 20世纪中叶，电子计算机和有限元法的问世使得大型结构的复杂计算成为可能，从而将结构力学的研究和应用水平提到了一个新的高
度。 从19世纪30年代起，由于要在桥梁上通过火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨
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后来，在20～30年代，对复杂的静不定杆系 结构提出了一些简易计算方法，使一般的设 计人员都可以掌握和使用了。 到了20世纪20年代，人们又提出了蜂窝夹层 结构的设想。根据结构的“极限状态”这一 概念，学者们得出了弹性地基上粱、板及刚 架的设计计算新理论。对承受各种动载荷 (特别是地震作用)的结构的力学问题，也在 实验和理论方面做了许多研究工作。随着结 构力学的发展，疲劳问题、断裂问题和复合 材料结构问题中的天然结构，如植物的根、茎和 叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，鸟类的翅膀，可 以发现它们的强度和刚度不仅与材料有关，而且 和它们的造型有密切的关系，很多工程结构就是 受到天然结构的启发而创制出来的。结构设计不 仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、 重量轻．减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻 飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度 大、能耗低。
19世纪中出现了许多结构力学的计算理论和方 法。法国的纳维于1826年提出了求解静不定结构 问题的一般方法。从19世纪30年代起，由于要在 桥梁上通过火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷 的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于 桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。
从1847年开始的数十年间，学者们应用图解法、 解析法等来研究静定桁架结构的受力分析，这奠 定了桁架理论的基础。1864年，英国的麦克斯韦 创立单位载荷法和位移互等定理，并用单位载荷 法求出桁架的位移，由此学者们终于得到了解静 不定问题的方法。
结构静力学 结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，它 主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应 力状态，以及结构优化问题。静载荷是指不随时间变 化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静 载荷。结构静力学是结构力学其他分支学科的基础。 结构动力学 结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应 和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。 在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必 然是时间的函数。由于涉及时间因素，结构动力学的 研究内容一般比结构静力学复杂的多。
结构力学的发展简史
人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓 箭、房屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单的结 构。随着社会的进步，人们对于结构设计的规律 以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，并且积累 了经验，这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃 及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北 京故宫等等。尽管在这些结构中隐含有力学的知 识，但并没有形成一门学科。
实验研究能为鉴定结构提供重要依据，这也是 检验和发展结构力学理论和计算方法的主要手 段。实验研究分为三类：模型实验、真实结构 部件实验、真实结构实验。例如，飞机地面破 坏实验、飞行实验和汽车的碰撞实验等。 结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力 和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结 构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进 行理论分析和计算。
结构力学的研究方法 结构力学的研究方法主要有工程结构的使用 分析、实验研究、理论分析和计算三种。在结 构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并 且是相辅相成的进行的。 使用分析就是在结构的使用过程中，对结构 中出现的情况进行分析比较和总结，这是易行 而又可靠的一种研究手段。使用分析对结构的 评价和改进起着重要作用。新设计的结构也需 要通过使用来检验性能。
结构断裂和疲劳 结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不 可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展 而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作 用下扩展而引起疲劳破坏的学科。现在我们对断 裂和疲劳的研究历史还不长，还不完善，但断裂 和疲劳理论目前得发展很快。
三类结构形式
在结构力学对于各种工程结构的理论和实验 研究中，针对研究对象还形成了一些研究领域， 这方面主要有杆系结构理论、薄壁结构理论和 整体结构理论三大类。整体结构是用整体原材 料，经机械铣切或经化学腐蚀加工而成的结构， 它对某些边界条件问题特别适用，常用作变厚 度结构。随着科学技术的不断进展，又涌现出 许多新型结构，比如20世纪中期出现的夹层结 构和复合材料结构。
结构力学的研究对象 结构力学是固体力学的一个分支，它主要研 究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结 构优化的学科。所谓工程结构是指能够承受和传 递外载荷的系统，包括杆、板、壳以及它们的组 合体，如飞机机身和机翼、桥梁、屋架和承力墙 等。 结构力学的任务 研究在工程结构在外载荷作用下的应力、应 变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的 工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式； 确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发 展新型工程结构。
20世纪中叶，电子计算机和有限元法的问世使得大 型结构的复杂计算成为可能，从而将结构力学的研 究和应用水平提到了一个新的高度。 结构力学的学科体系 一般对结构力学可根据其研究性质和对象的不同分 为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构 断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和 整体结构理论等。
工业革命的推动
就基本原理和方法而言，结构力学是与理论力学、 材料力学同时发展起来的。所以结构力学在发展的 初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到19 世纪初，由于工业的发展，人们开始设计各种大规 模的工程结构，对于这些结构的设计，要作较精确 的分析和计算。因此，工程结构的分析理论和分析 方法开始独立出来，到19世纪中叶，结构力学开始 成为一门独立的学科。
基本理论建立后，在解决原有结构问题的同时， 还不断发展新型结构及其相应的理论。19世纪末 到20世纪初，学者们对船舶结构进行了大量的力 学研究，并研究了可动载荷下的粱的动力学理论 以及自由振动和受迫振动方面的问题。 20世纪初，航空工程的发展促进了对薄壁结构和 加劲板壳的应力和变形分析，以及对稳定性问题 的研究。同时桥梁和建筑开始大量使用钢筋混凝 土材料，这就要求科学家们对钢架结构进行系统 的研究，在1914年德国的本迪克森创立了转角位 移法，用以解决刚架和连续粱等问题。
在固体力学领域中，材料力学为结构力学的发 展提供了必要的基本知识，弹性力学和塑性力学 又是结构力学的理论基础，另外结构力学还与其 它物理学科结合形成许多边缘学科，比如流体弹 性力学等。
结构力学是一门古老的学科，又是一门迅速发 展的学科。新型工程材料和新型工程结构的大量 出现，向结构力学提供了新的研究内容并提出新 的要求。计算机的发展，为结构力学提供了有力 的计算工具。另一方面，结构力学对数学及其他 学科的发展也起了推动作用。有限元法这一数学 方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关 系。
结构稳定理论
结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分 支。现代工程中大量使用细长型和薄型结构， 如细杆、薄板和薄壳。它们受压时，会在内 部应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱 损或曲屈)，即结构产生过大的变形，从而 降低以至完全丧失承载能力。大变形还会影 响结构设计的其他要求，例如影响飞行器的 空气动力学性能。结构稳定理论中最重要的 内容是确定结构的失稳临界载荷。