对工程力学的认识和未来规划

对工程力学的认识和未来规划从拿到通知书的那天气，我便与工程力学结缘。大一来的第一个学期，也并没有真正接触到工程力学，在这个学期快要结束的时候，工程力学概论这门课也许才是让我真正接触到工程力学。而之后的三年，或许是之后的几十年，我都会离不开工程力学。

力学，最开始给我的感觉就是物理，高中一直觉得物理是一门比较难学的课程，但一直也学得还行吧。到了大学，才知道，力学也是一门单独的学科。力学座位一门学科应该从牛顿时代算起。它和天文学一起是最早行程的两门自然科学。到19世纪末，力学已发展到很高的水平。当时的力学主要以比较理想的模型为对象，建立起了相当完善的普适的理论体系，同时也开始了与工程技术问题的结合。20世纪后，力学的研究对象已不再限于理想模型，而更多地与自然界和工程技术中必然遇到的复杂介质或系统为对象，建立各种力学模型，并且在解决问题过程中形成了更多的力学分支。这样既丰富了力学体系，也是力学成为众多工程和技术科学的重要基础。这些，对人类文明起了极大的推动作用。

工程力学，意味着我们在这里所说力学和工程是分不开的，力学与土木工程、机械工程、航空航天工程、水利工程、船舶工程、能源工程、化工和生物医学工程等都有很大的联系。

在土木工程方面，力学有着广泛的应用。力学是一门既属于自然科学也属于工程科学的科学，它的基础性和应用性同样鲜明。虽然人们早就会建造房屋了，但直到掌握了丰富的力学知识以后，才有可能建造摩天大楼、跨海大桥、地铁以及海底隧道等等。而土木工程是应用力学知识最多的工程领域之一。不少力学工作者吧自己的研究重点放在土木工程领域；另一方面，大量土木工程学者在从事着力学研究。力学与土木工程的一个结合点是结构分析。

最早尝试用力学分析的方法来求构件的经济安全尺寸是从17世纪开始的。著名力学家伽利略、胡克以及提出理想气体公式的物理学家马略特都对梁的变形和抗弯强度做过研究。

无论多么复杂的结构，总是有一些基本构件组成的。这些基本构件包括梁、柱、板、壳、拱、桁架、悬索和膜等等。许多学者致力于建立这些基本构件的力学模型以分析其变形和受力特性。相应地，形成了诸如“材料力学”、“板壳力学”和“结构力学”等力学的分支学科。又来对于基本构件的力学分析，再加上土木工程师的巧妙应用，各种各样的摩天大楼和跨海大桥才得以建成。从某种角度来说，现代大型结构物的建造就是建立在对这些基本构件的力学分析的基础上的。

在机械工程放方面，机械与力学也有着不解之缘。按照机械学的定义，把哥哥组成部分具有一定相对运动的装置成为机构，而把执行规定运动以转换、传递或利用机械能的机构成为机器，通常又把机构与机器统称为机械。在各种各样的机械设备的设计、制造和运行控制过程中，除了需要相关的专业理论之外，还可能涉及物理学、化学、数学、材料学、机械原理、计算机科学和控制论等一系列相应基础学科知识；但是遇到了机械结构或零部件的强度、刚度、稳定性以及震动方面的问题，就必须借助力学研究分析、力学实验和计算来解决。

在固体力学领域中，有一个研究含裂纹物体的强度和裂纹扩展规律的分支，称为断裂力学。它对机械结构或构件的强度分析十分重要。在机械工程设计中，必须从断裂力学准则出发，考虑这些缺陷或裂纹的存在和扩展对安全运行和使用寿命的影响，并提出评定这些影响的安全判据和应对措施。力学实验是强度分析

中的重要手段。当设计的新产品需要确定设计方案时，可利用模型试验，选取较优设计方案，并对眼设计方案提出改进，为降低应力集中因数等提供必要的根据。同时在研究刚度和稳定性问题，振动问题，内燃机的强度与振动等等有关机械的问题中，力学都十分重要。

在力学与航空航天工程方面，力学的作用也体现得相当明显。航空航天工程综合了科学技术的最新最高成就，是一个国家科技实力和国防现代化的重要标志之一，它是目前各国争相发展的高技术产业，直接关系到国家的安全和经济的发展。在航空工业发展的初期，从古代人试图用一双翅膀像鸟一样在天空中翱翔一直到莱特兄弟的飞机试飞成功直到流体力学被提出，一切都是跟力学有关的。再后来普朗特发明风洞。力学过去对航空航天的发展做出过巨大贡献，今后还会起很大的作用。力学的各个分支学科，入流体力学、固体力学、动力学与控制、流体与结构的耦合作用、热与结构的耦合作用、物理力学以及稀薄气体东西学等等，在航空航天工程中都已经并且正在发挥着巨大的作用，航空航天工业是在迅速发展的领域，只要研究一种新的飞行器，就会出现新的力学问题，需要力学工作者进一步去研究探索。

在水利工程方面，工程力学的不断提高起了很好的先导和促进作用，做出了突出的贡献。古代就出现了初期的农田水利工程、防洪工程以及航运工程，而随着工业化的到来以及兴水利除水害多目标的近代水利建设技术的采用，掀起了较大范围、较大规模水利工程建设的热潮，开创了将水能转变为电能的水电事业，人类开始步入大力开发、利用水资源的阶段。

在水利工程中水工建筑物的设计、优化和验证与工程力学的关系非常密切。水工建筑物的结构形式、尺寸、材料、细部结构和地基处理措施等诸多因素的确定，水工结构物的应力、变形、沉降、稳定性和耐久性等诸方面是否符合要求的验证，均得依靠工程力学理论分析、实验研究和数值计算的结果给出量化的回答。因此，建筑高标准的水利工程必须具有高水平的工程力学研究手段。

水利是人类赖以生存、得以发展的伟大工程，经过适应、改造到综合利用水利的各个阶段，今天的水利建设业已登上“水及于人”和“人及于水”的和谐发展的征途。工程力学作为水利工程的一个重要基础学科，肩负着更多、更大、更难的攻关任务。

在船舶工程方面，船舶工程是对力学知识需求最多、结合最密切的领域之一。整个地球表面的总面积约为51000万平方公里，其中海洋江湖的总面积为36100万平方公里，占地球总面积的70.8%。广阔的海洋为船舶运输提供了极为便利的通道，成为沿岸与跨国运输的主要途径。研究人类的历史可以发现，船舶也是最早出现的人类运载工具之一。

船舶在海上航行时经常遇到大风大浪，如果船舶不具备足够的稳性，就会倾覆；如果船体结构不具备足够的强度，在大风大浪中就会断裂。船舶倾覆和断裂是船舶在海上可能发生的两类最危险的事故，船舶设计一定要加以防范措施。船舶的性能主要包括浮性、稳性、抗沉性、快速性、耐波性和操纵性。预报和改进船舶性能的主要工具是流体力学。船舶的强度问题包括断裂与疲劳、振动与噪声等。预报和改进船舶结构强度的主要理论工具是材料力学、结构力学、振动与冲击学、断裂与疲劳理论、弹塑性力学和板壳力学等，这些不同的力学学科统称为船舶结构力学。船舶力学的发展进一步推动了力学学科的发展，使之具有更加丰富的内涵。21世纪将是海洋的世纪，船舶与海洋工程将会得到更大的发展。无论是过去还是将来，船舶于海洋工程的发展都离不开力学。力学基础知识是从事