材料力学发展史

科学巨匠达芬·奇、伽利略、惠更斯、库伦、麦克斯韦、
欧拉、柯西、汤姆斯·杨、伯努利、纳维叶、圣维南等人
的努力下，形成了一门系统的科学。
泊松
圣维南 纳维叶 欧拉
在古代建筑中，尽管 还没有严格的科学理 论，但人们从长期生 产实践中，对构件的 承力情况已有一些定 性或较粗浅的定量认 识。例如，从圆木中 截取矩形截面的木粱， 当高宽比为3：2时最 为经济，这大体上符 合现代材料力学的基 本原理。
早期的材料力学是以木材、石头等脆性材 料为研究主题，由于其变形很小，所以不 可避免地具有很大的局限性。随着工业的 发展，在车辆、船舶、机械和大型建筑工 程的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭 经验已无法解决，这样，在对构件强度和 刚度长期定量研究的基础上逐渐形成了材 料力学。现在国内外流行的材料力学是在 20世纪50年代引用前苏联的教材和教学模 式的基础上建立起来的。
材料力学是一门古老的学科，在19世纪中叶材 料力学发展到了鼎盛时期，有关材料力学中的 几个重要的问题和概念也在这段时期提出的。
拉伸
弯曲
材料力学
强度
扭转
稳定
1 杆件的拉伸问题
意大利科学家伽利略（Galileo）在《关于 力学和局部运动的两门新科学的对话和数学 证明》的书中尝试用科学的解析方法确定构 件的尺寸，讨论的第一问题是直杆轴向拉伸 问题，得到承载能力与横截面积成正比而与 长度无关的正确结论。
材料力学的发展
1638年，举世闻名的 意大利数学家，天文 学家，力学家伽里略 1564～1642在荷兰莱 登，出版了世界上第 一本材料力学教本 《两种新的科学》首 先提出了材料的力学 性质和强度计算的方 法。人们认为，材料 力学作为一门学科， 就从这里开始。
但是，任何一门科学都不可能是个别人在短期内创造出来 的，而是在几代人经常艰苦探索和创造而逐渐形成的。在
材料力学的发展是 和人类社会发展密 切相关的，材料力 学发展史是人类文 明史的一部分，其 内容极其丰富，今 天我们只是简要地 概述了一下，使大 家对材料力学的发 展有一个初步的了 解。然后，我们大 家努力，进而学好 它，发展它！
新挑战
近代力学
古代力学
材料力学与生产实践
人类历史有多久，力学的历史就有多久。
“力”是人类对自然的省悟。
公元卅一年，即 东汉建武七年， 杜诗创作了水排， 表明人们已经很 清楚地知道如何 用拉压杆、弯曲 梁、扭转轴等构 件才能创造出一 个完整的工程结 构。
在我国，有关材料力学的生产实践活动更是源远流长。 早在春秋战国时代，人们已经知道怎样建造大型的建筑 工程和水利工程。雄伟壮观的万里长城，显示了中华民 族的智慧和魄力。驰名中外的都江堰至今仍造福于川西 人民；
希尔、德鲁克、普拉格、那戴、邓哈托等都 是哥廷根学派的杰出代表。
而在华裔力学家中，也有大量的杰出人物，例如应用 数学家林家翘、被誉为“生物力学之父”的冯元桢、 计算力学家卞学璜、流体力学家吴耀祖、“预应力之 父”林同炎等。我国的应用力学的源头也在哥廷根， 其代表人物有钱学森、钱伟长、周培源、郭永怀、张 维、钱令希、胡海昌、陆士嘉等。
梁的变形计算问题，早在13世纪纳莫尔 （Nemore J de）已经提出。
俄罗斯铁路工程师儒拉夫斯基于1855年得 到横力弯曲时的切应力公式。30年后，他的 同胞别斯帕罗夫开始使用弯矩图，被认为是 历史上第一个使用弯矩图的人。
3 关于杆件扭转问题
对于圆轴扭转问题，可以认为法国科学家 库仑（Coulomb C A de）分别于1777年和1784 年发表的两篇论文是具有开创意义的工作。 法国力学家圣维南（Saint-Venant B de）于19 世纪中叶运用弹性力学方法奠定了柱体扭转 理论研究的基础，因而学术界习惯将柱体扭 转问题称为圣维南问题。
2 梁的弯曲问题
在《关于力学和局部运动的两门新科学的 对话和数学证明》一书中，伽利略讨论的第二 个问题是梁的弯曲强度问题。对于空心梁承载 能力，他说，空心梁“能大大提高强度而无需 增加重量，所以在技术上得到广泛的应用。在 自然界就更为普遍了。这样的例子在鸟类的骨 骼和各种芦苇中可以看到，它们既轻巧，而又 对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。
1056年用纯木结构ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ造的山西应县木塔
巧夺天工的梁柱结构——这是北 京天坛的祈年殿
水立方（采用薄膜结构，空间钢架的结构 ）
国家体育馆—鸟 巢（钢结构主体）
神舟七号及其宇航服
（国产）大飞机及发动机
一直发展至今，材料力学承担着：将工程结 构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计 算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以 保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材 料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又 经济的结构构件和机械零件的基本任务。对 社会发展有着不可忽略的作用！
材料力学(mechanics of materials)作为 机械、土木、采矿、航空航天、石油工程、 地质勘探、海洋工程等领域的基础学科， 在设计、制造与生产、技术创新、增产措 施等方面具有重要的作用，是理工科大专 院校相关专业的一门重要的专业基础课程。
材料力学是基础课和专业课之间的桥梁和 纽带，起到承上启下的作用，是几乎所有 工科专业的基础课程 。更是力学专业的学 生和力学科学工作者的基础。
赵州桥
公元600年前后，隋大 业年间，出色的工匠李 春利用石料耐压不耐拉 的特性，主持建造了跨 长37.37米，拱圈矢高 为7.23米的拱桥，跨越 河北赵县的洨河上，称 为安济桥，俗称赵州桥。 在国际桥梁史上，它的 设计与工艺之新为当时 世界之冠。主拱上的小 拱不仅便于排水，而且 表明工匠李春对节省材 料，减轻自身重量的效 应已有清楚的认识。
材料力学简史
材料力学的萌芽期（17世纪初） 及发展期（—19世纪初）
新世纪（19世纪末—现在）材料 力学面临的新挑战
材料力学是固体力学中最早发展起来的一 个分支，它研究材料在外力作用下的力学 性能、变形状态和破坏规律，为工程设计 中选用材料和选择构件尺寸提供依据。
在固体力学各分支中，材料力学的分析和 计算方法一般说来最为简单，但材料力学 对于其他分支学科的发展起着启蒙和奠基 作用。
周培源
钱伟长
钱学森
材料力学面临的新挑战
自20世纪50年代以来，大量的新材料不断 从军工与高科技领域扩展到许多工业部门。 这些材料，例如复合材料、高分子材料、结 构陶瓷、智能材料等大量使用，大大减轻了 结构的重量，提高了结构的强度和寿命。
但是经典的基于胡克定律的线弹性小变形本构关系已 经无法描述上述材料的响应，例如：航空领域大量采 用的纤维或者颗粒增强复合材料本身为各向异性；工 程中大量含有裂纹的材料已非均匀连续；高分子材料 的应力–应变关系是与时间相关的，且大都为非线性； 新型的“软物质”材料是介于固体与流体之间的特殊 的“复杂流体”，还没有恰当的本构关系；碳纳米管 （CNT）和其它生物材料具有反常的“负泊松比”效 应；生物体中的某些材料其“零应力”点并非为其初 始状态；细胞粘附时需要考虑其它的“非经典力”， 如毛细力、范德华力的影响。这些现象都说明，新的 材料力学教材必须包含以上各种新的现象，例如非均 匀、各向异性、非线性、时间相关等因素。
在历史上那些伟大的科学家的贡献之上，近 代材料力学也有了突飞猛进的发展。 起源于德国的哥廷根学派，在克莱因（Klein, F.）和希尔伯特（Hilber, D.）的推动下，形 成了以普朗特（Prandtl, L.）为首的近代应用 力学学派。在哥廷根大学，普朗特培养出了 一大批的力学大师，如冯 卡门、铁摩辛柯、
4 关于压杆稳定问题
压杆在工程实际中到处可见，早在文艺复 兴时期，伟大的艺术家、科学家和工程师 达·芬奇对压杆做了一些开拓性的研究工作。
众所周知，细长杆压曲载荷公式是数学家 欧拉首先导出的。
5 疲劳强度问题
随时间作周期性变化的应力，称为交变应 力。构件在交变应力作用下，经一定循环次 数发生的破坏，称为疲劳破坏。1839年巴黎 大学教授庞赛洛特（Pancelet J U）在讲课中 首先使用了金属疲劳的概念。
1826年纳维（Navier，C. －L. －M. －H）才在 他的材料力学讲义中给出正确的结论：中性层过横 截面的形心。
平截面假设是材料力学计算理论的重要基础之 一。雅科布·伯努利于1695年提出了梁弯曲的平截面 假设，由此可以证明梁（中性层）的曲率和弯矩成 正比。此外他还得到了梁的挠曲线微分方程。