力学

力学的历史发展及分类

力学的一个分支，也是科学史的一个分支，它记述和研究人类从自然现象和生产活动中认识和应用物体机械运动规律的历史

力学本身的发展有悠久的历史，但是关于力学历史的著作是在经典力学臻于完善以后才出现的，其中著名的是E.马赫的《力学的一般批判发展史》。当代力学史专著有R.杜加斯的《力学史》(1950)，其中把力学作为物理学的一部分。运用历史唯物主义观点阐明力学史的有以Н.Д.莫伊谢耶夫为代表的莫斯科大学学派的著述,如A.T.格里戈良所写《力学,从古到今》。力学的专科史有I.托德亨特和K.皮尔孙的《弹性理论和材料强度学史》两卷，S.P.铁木辛柯的《材料力学史》。中国从50年代起开始把力学史作为物理学史的一个组成部分，对力学史单独的、系统的研究则刚刚开始。

力学发展在历史年代顺序上和学科逻辑顺序上大体相同，这种发展反映出人类认识由简单到复杂逐步深化的过程。牛顿运动定律的建立是力学发展过程中的重要里程碑。经典力学从此奠定基础并根据学科自身的逻辑规律发展着。在近代和现代，力学随着研究内容的深入和研究领域的扩大逐渐形成各个分支，近年来又出现了跨分支、跨学科综合研究的趋势。

力学的发展是分析和综合相结合的过程。从总的发展趋势来看，牛顿运动定律建立以前力学研究的历史大致可分为两个时期：①古代,从远古到公元5世纪，对平衡和运动有初步的了解;②中世纪,从6世纪到16世纪,这个时期对力、运动以及它们之间的关系的认识已有进展，为牛顿运动定律的建立作了准备。牛顿运动定律的建立和从此以后力学研究的历史大致可分为四个时期：①从17世纪初到18世纪末，经典力学的建立和完善化；②19世纪,力学各主要分支的建立；③从1900年到1960年,近代力学，它和工程技术特别是航空、航天技术密切联系；④1960年以后，现代力学，力学同计算技术和自然科学其他学科广泛结合。

静力学的发端人类在生产劳动和对自然现象观测基础上积累了力学知识，逐渐形成一些概念，然后对一些现象的规律进行描述。这种描述，先是定性的，而后是定量的。中国春秋时期墨翟及其弟子的著作《墨经》（公元前4～前3世纪）中，有涉及力的概念、杠杆平衡、重心、浮力、强度和刚度的叙述。古希腊阿尔库塔斯的著作中也有关于静力学的记录。在亚里士多德的著作中有关于杠杆平衡的见解：距离支点较远的力容易移动重物，因为它画出一个较大的圆。为静力学奠定科学基础的是阿基米德，他在研究杠杆平衡、平面图形重心位置时，先建立一些公设，而后用数学论证的方法导出一些定理，成果之一是用类似求和数再取极限的方法，求出一个抛物线和它们两平行弦线（与抛物线斜交）所围成平面图形面积的重心位置。阿基米德关于杠杆公设之一是：不等距的等重不能平衡，杠杆将向距离较大一侧倾斜。亚里士多德关于画圆大小的见解和阿基米德这个公设略有不同，它们分别是静力平衡条件的运动学方法和几何学方法的开端。约公元1世纪,亚历山大的希罗把亚里士多德的提法明确为平衡时“运动着的力和所经历的时间成反比”。经过一千多年的发展，运动方法演化为虚位移原理，几何方法演化为用力矩表达的平衡条件。阿基米德还用推理方法证明了关于浮体或潜体的浮力定律和抛物线回转浮体平衡稳定性条件。古罗马的帕普斯在古希腊成果的基础上论证了平面图形重心位置和由这图形回转而得体积之间的关系，这个结果在一千多年后为P.古尔丁重新获得。

生产技术和力学古代的建筑工程和器物制造反映出当时的力学水平。阿基米德制造过能牵动船只的机械、车水用的螺旋、表示日月运行的机构，但他认为这不能和纯科学相提并论。这种把以数学为根据的力学理论和在工程技术中应用的力学分离开来的观点在后世时隐时现。

西罗马帝国灭亡后,欧洲进入了中世纪。中世纪的科学技术发展有自己的特点。古希腊罗马的科学通过阿拉伯人得以继承和发展。欧洲的科学进展迟缓，到文艺复兴时期才有回升。在同一时期，中国的科学技术沿袭原有传统，并在12～13世纪达到高峰。这些特点也反映在力学中。

近二百年中，欧洲的资本主义生产方式陆续取代了封建的生产关系。商业和航海的迅速发展，需要科学技术。F.培根所倡导的实验科学开始兴起，技术上工匠传统和学者传统结合起来了。17世纪中叶，欧洲各国纷纷成立科学院，创办科学期刊。航海需要天文观测，好几个国家悬赏征求解决经度的测定问题，天文观测和对天体运行规律的研究受到重视。哥白尼的《天体运行论》出版后，日心说冲击着托勒密的地心

说。从力学学科本身说，天体的受力和运动比地上物体的受力和运动单纯，天文观测比当时地面上实验室更便于揭示力和运动之间的关系。由于这些原因，力学中的规律往往首先在天体运行研究中被发现。

动力学伽利略对动力学的主要贡献是他的惯性原理和加速度实验。他研究了地面上自由落体、斜面运动、抛射体等运动，建立了加速度的概念并发现了匀加速运动的规律。他采用科学实验和理论分析相结合的方法，指出了传统的亚里士多德的运动观点的错误，并竭力宣扬日心说。他在1638年出版的《关于两门新科学的谈话和数学证明》是动力学的第一本著作。C.惠更斯在动力学研究中提出向心力、离心力、转动惯量、复摆的摆动中心等重要概念。另一方面，开普勒根据第谷的30年天文观测资料总结出行星运动的三定律（1609，1619）。I.牛顿继承和发展了这些成果，提出了物体运动定律和万有引力定律。他的成就收在1687年出版的《自然哲学的数学原理》中。他在本书中给出的运动三定律是：①第一定律：任何一个物体将保持它的静止状态或作匀速直线运动，除非有施加于它的力迫使它改变此状态。②第二定律:物体运动量的改变与施加的力成正比,并发生于该力的作用线方向上。③第三定律：对于任何一个作用必有一个大小相等而方向相反的反作用。

牛顿运动定律是就单个自由质点而言的,J.le R.达朗伯把它推广到受约束质点的运动。J.-L.拉格朗日进一步研究受约束质点的运动，并把结果总结在他的著作《分析力学》中，分析力学从此创立。在此以前，L.欧拉建立了刚体的动力学方程。至此以质点系和刚体的运动规律为主要研究对象的经典力学臻于完善。在这发展过程中,有限自由度运动和振动的理论稍后于弹性弦和杆的振动理论，这是历史顺序和逻辑顺序少有的不一致，其原因是弹性振动研究是由声学促进的。1787年克拉尼作了杆和板振动模态的实验。1788年拉格朗日的《分析力学》中对有限自由度微振动已有完整的论述，后来，К.维尔斯特拉斯于1858年和О.И.索莫夫于1859年分别指出了其中的缺陷。

欧拉是继牛顿以后对力学贡献最多的学者。除了对刚体运动列出运动方程和动力学方程并求得一些解外，他对弹性稳定性作了开创性的研究，并开辟了流体力学的理论分析，奠定了理想流体力学的基础，在这一时期经典力学的创建和下一时期弹性力学、流体力学成长为独立分支之间，他起着承上启下的作用。达朗伯也研究流体的运动，得到运动物体受到的流体阻力为零的结论，即达朗伯佯谬。牛顿关于阻力的公式、达朗伯佯谬以及它们和流体阻力实验结果之间的差别，很长时期内推动流体力学的研究，促进了下一时期流体力学分支的产生。

静力学和运动学静力学和运动学可以看作是动力学的组成部分，但又具有独立的性质。它们是在动力学之前产生的，又可看作是动力学产生的前提。斯蒂文从“永久运动不可能”公设出发论证力的平行四边形法则，他还在前人用运动学观点解释平衡条件的基础上，得到虚位移原理的初步形式，为拉格朗日的分析力学提供依据。G.P.de罗贝瓦尔证明了一般情况下的平行四边形法则。P.伐里农发展了古希腊静力学的几何学观点，提出力矩的概念和计算方法并用以研究刚体平衡问题。力系的简化和平衡的系统理论，即静力学的体系的建立则是L.潘索在《静力学原理》一书中完成的。书中提出力偶的概念并阐明它的性质，对长期得不到解决的罗贝瓦尔的天秤平衡问题作出解答。在运动学方面，在伽利略提出加速度以后，惠更斯考虑点在曲线运动中的加速度。刚体运动学的研究成果则属于欧拉、潘索。虽然平面图形的位移可分解为平移和转动这一命题早已为帕普斯所知，可是刚体一般运动可分解为平移和转动这一定理，则是M.夏莱在1830年给出的。G.G.科里奥利指出旋转参考系中存在附加加速度。物理学家A.-M.安培提出“运动学”一词,并建议把运动学作为力学的独立部分。这些已是19世纪的事了。到此，力学明确分为静力学、运动学、动力学三部分。

固体和流体的物性在建立运动和平衡基本定律的同时，有关物质力学性能的基本定律也在实验基础上建立起来。R.胡克1660年在实验室中发现弹性体的力和变形之间存在着正比关系，他在1676年以字谜形式发表，1678年公布答案。在流体方面，B.帕斯卡指出不可压缩静止流体各向压力（压强）相同。牛顿在《自然哲学的数学原理》中指出流体阻力与速度差成正比，这是粘性流体剪应力与剪应变之间正比关系的最初形式。1636年M.梅森测量了声音的速度。R.玻意耳于1662年和E.马略特于1676年各自独立地建立气体压力和容积关系的定律。以上这些对物性的了解，为后来弹性力学、粘性流体力学、气体力学等学科的出现作了准备。与此同时，有关材料力学、水力学的奠基工作也已开始。继伽利略之后，马略特在1680

年作了梁的弯曲试验，并发现变形与外力的正比关系。丹尼尔第一·伯努利和欧拉在弹性梁弯曲问题中假定弯矩和曲率成正比，丹尼尔第一·伯努利还在流体力学中导出能量关系式，第一次采用水动力学一词。

应用力学许多学者的研究工作是和工匠一起进行的。惠更斯和一些钟表匠一起制造钟表。玻意耳和工匠帕潘一起研制水压机。A.帕伦不仅研究梁的弯曲问题，也研究水轮机的效率问题。许多有工程实用意义的方法产生了，如兰哈尔的半圆拱的计算方法，静力学中伐里农的索多边形方法。

结构力学和弹性力学19世纪中固体方面的力学的发展，除材料力学更趋完善并逐渐发展为杆件系统的结构力学外，主要是数学弹性力学的建立。材料力学、结构力学与当时土木建筑技术、机械制造、交通运输等密切相关，而弹性力学在当时很少有直接的应用背景，主要是为探索自然规律而作的基础研究。

水力学和水动力学这一时期内有关流体方面的力学发展情况类似于固体方面，在实践的推动下水力学发展出不少经验公式或者半经验公式；另一方面在数学理论上最主要的进展是粘性流体运动基本方程，即纳维－斯托克斯方程的建立。纳维继承欧拉的工作，1821年发表不可压缩粘性流体运动方程，其出发点是离散的分子模型。1831年泊松改用粘性流体模型解释并推广了纳维的结果，第一个完整地给出粘性流体的本构关系。G.G.斯托克斯在1845年将离散的分子平均化，采用连续统的模型，假设应力六个分量线性地依赖于变形速度六个分量,得到粘性流体运动基本方程,即现代文献中纳维－斯托克斯方程的直角分量形式。在此以前，G.H.L.哈根于1839年和J.-L.-M.泊肃叶于1840～1841年分别发表了关于管道流动的实验结果和得出的公式，它们成为斯托克斯方程的例证。斯托克斯还曾考虑应力与变形速度之间有一般非线性函数关系的情况，但这种非牛顿流体的研究，无论从理论上或是实用上，只是到了20世纪40年代才有发展。

在可压缩流体或气体的力学方面，根据实验发现不少基本规律。圣维南在1839年给出气体通过小孔的计算公式。在声学理论方面，除上述瑞利的弹性振动理论外，气体的波动理论有很大的发展。对于超声速流动，E.马赫在1887年开始发表的关于弹丸在空气中飞行实验结果，提出流速与声速之比这个无量纲数。后来这个参数被称为马赫数，它的逆正弦被称为马赫角。兰金和P.H.许贡纽分别于1870年和1887年考虑了一维冲击波前后压力和密度的不连续变化规律。

关于从层流到湍流的转捩，以及流动失稳问题的奠基性工作是1883年O.雷诺的管道实验。他在实验中指出流动的动力相似律，而在其中起关键作用的是一个无量纲数，即雷诺数。雷诺还开始了湍流理论的艰难研究。

兰姆在其《流体运动数学理论》中总结了19世纪流体力学的理论成就。但实用中出现的许多流体力学问题，还得依靠水力学中经验公式或半经验公式，如在表征力学能量的伯努利定理中引进若干经验系数以计算阻力的影响，在只适用于均匀管流的哈根－泊肃叶流动公式中加进考虑非均匀性的修正系数等。许多水利工程、水力机械中的力学问题依赖这种办法得到解决，如A.de谢才、R.曼宁的明渠流公式，L.A.佩尔顿，J.B.弗朗西斯，V.卡普兰等为提高水力机械效率而作的许多水力学研究。Н.П.彼得罗夫在1890年关于偏心两圆柱间的流动的研究则是和轴承的润滑问题相联系的。

分析力学及其他分析力学方面的主要成就是由拉格朗日力学发展为以积分形式变分原理为基础的哈密顿力学。积分形式变分原理的建立对力学的发展，无论在近代或现代，无论在理论上或应用上，都具有重要的意义。积分形式变分原理除W.R.哈密顿在1834年所提出的以外，还有C.F.高斯在1829年提出的最小拘束原理。哈密顿另一贡献是正则方程以及与此相关的正则变换，为力学运动方程的求解提供途径。

C.G.J.雅可比进一步指出正则方程与一个偏微分方程的关系。从牛顿、拉格朗日到哈密顿的力学理论构成物理学中的经典力学部分。

20世纪上半叶，物理学发生巨大变化。狭义相对论、广义相对论以及量子力学的相继建立，冲击了经典物理学。前两个世纪中以力学模型来解释一切物理现象的观点不得不退出历史舞台。经典力学的适用范围被明确为宏观物体的远低于光速的机械运动，力学进一步从物理学分离出来成为独立的学科。

近代力学的代表人物有德国学者普朗特，美籍匈牙利学者T.von卡门,英国学者G.I.泰勒，苏联学者Л.И.谢多夫和中国学者钱学森，他们善于从错综复杂的自然现象、科学实验结果和工程技术实践中抓住事物的本质，提炼成力学模型，采用合理的数学工具，从而掌握自然现象的规律或者进而提出解决工程技术问题的方案，最后再和观察结果反复校核直到接近实际为止。他们这一套工作方法逐渐形成应用力学的特殊风

格。

固体力学由古老的材料力学、19世纪发展起来的弹性力学和结构力学、20世纪前期建立理论体系的塑性力学和粘弹性力学融合而成。这个时期，由于地震研究的需要，弹性动力学获得迅速的发展。以兰姆命名的在地表脉冲载荷作用下的弹性波传播问题，在1939年由L.卡尼阿特用积分变换法加以处理和推广，解释了侧面波现象，这一方法成为现代弹性动力学的重要基础。层状介质中弹性波传播问题得到了周详的研究，H.杰弗里斯解释了层间折射震相现象。用地震波来探明地球的内部构造和地层分布，需解决困难的反演问题，即从地表观测数据来反推介质性质和震源机制。在弹性静力学方面,解决了有重要意义的孔附近的应力集中问题，并据此发展出用复变函数处理弹性力学的一般方法。航空工程要求解决轻质蒙皮结构的强度、颤振、疲劳和稳定性问题，板壳理论得到空前的发展。卡门提出了薄板大挠度问题，他又和钱学森一起导出非线性的球壳和柱壳的方程，解决了长期存在的线性屈曲理论和实际不符问题，开创了非线性屈曲理论。后来W.T.科伊特系统地发展了非线性弹性稳定性理论。J.L.辛格和钱伟长应用张量分析建立了极为普遍的板壳理论，根据量级分析把板壳理论按近似程度分成几十种类型，这是迄今最周详的分析。钱伟长还提出了用摄动法解决薄板大挠度一类非线性方程的求解问题。为了寻求难于得出精确解的大量问题的近似解，发展出著名的瑞利－里兹法和伽辽金法。在这个背景上发展了各种变分原理,如赫林格-赖斯纳变分原理和胡海昌-鹫津久一郎变分原理。在结构力学方面，由于桁架的出现而发展了A.本迪克森的转角位移法)。H.克罗斯提出了巧妙的逐步数值解法──力矩分配法，引出了应用较广的松弛法，最后导致有限元法的建立，从而使弹性力学的求解方法出现了重大突破。在有限变形理论方面，M.赖纳在1945年用各向同性张量函数给出了非线性弹性的本构关系，R.S.里夫林给出非线性弹性普遍方程的一些精确解，解释了开尔文效应、坡印亭效应等重要的非线性现象，为后来理性力学学派的复兴作了先导。

塑性力学的建立是力学在20世纪的大事。普朗特和A.罗伊斯建立了增量形式的塑性本构关系，H.亨奇等建立了全量形式的塑性本构关系，R.希尔对塑性理论的总结，德鲁克公设和以后的伊柳辛公设为塑性理论的建立奠定了理论基础。60年代塑性力学解决了金属压延和结构强度等大量问题。极限设计理论的提出显示出塑性力学在节约材料中的重大作用。襄雷指出，塑性屈曲中的丧失唯一性和丧失稳定性属于不同的概念，这是塑性屈曲研究的一个里程碑。在第二次世界大战期间，卡门、G.I.泰勒和X.A.拉赫马图林各自独立地建立了塑性波理论，开辟了塑性动力学的新领域。应变率对于塑性性能的影响被发现了，从В.В.索科洛夫斯基，L.E.马尔文起开始探索粘塑性理论。

流体力学在航空、航天事业的推动下，20世纪上半叶流体力学的发展主要在空气动力学方面。

空气动力学最早是由解释和计算机翼举力开始的。F.W.兰彻斯特的《空气动力学》和《空气翱翔学》两书中，已经包含他1894年提出的举力环流理论。以后M.W.库塔和儒科夫斯基也认识到环流和举力的关系，儒科夫斯基还给出可用的计算举力的定理和这个定理的各种应用，解决了有关二元机翼即无限翼展机翼的问题。为现代机翼理论创立实用数学形式的是普朗特。普朗特提出有限翼展的举力线理论，其中把工程师们所关心的举力分布计算归结为一个积分方程，它的解对设计工作提供重要根据。这一理论成为一切中等速度飞机设计的基础。机翼的阻力计算也在19世纪所积累的经验和普朗特边界层理论的基础上得到不同程度的解决。当飞机速度提高时，提出了超声速飞行和跨声速空气动力学问题。E.马赫在19世纪末关于弹丸超声速运动的开拓性研究得到重视和发展。J.阿克莱特建立了二元线性化机翼的超声速举力和阻力理论。这个理论后来由普朗特、钱学森、卡门等作过修正。当马赫数接近1，即飞行速度接近声速时，翼面上有些点的当地速度超过声速，对于这种跨声速的流场，阿克莱特的理论及其修正都不适用了。阿克莱特、H.W.李普曼、钱学森和郭永怀分析了流场中出现的边界层和冲击波的相互作用，成功地解决了跨声速飞行中的空气动力学理论问题。力学上有关理论的建立和工程上后掠机翼的采用，使跨声速飞行成为现实。力学对突破航空中的声障起了关键作用。到了50年代，洲际导弹、航天技术又提出了飞行器再入大气时的加热问题。空气动力学又成功地解决了这问题，产生了当前通用的烧蚀防热办法。除航空、航天技术外，核爆炸技术也提出许多空气动力学问题，对其中的强爆炸问题G.I.泰勒和谢多夫分别用力学中量纲分析的方法提出自模拟理论，该理论和以后的发展是核爆炸技术中计算冲击波强度的主要理论根据。

边界层理论的提出和分析机翼阻力有关，但它的意义不限于空气动力学。普朗特所开创的这一理论，

经过卡门和K.波尔豪森对边界层方程所作的简化和提出的近似计算方法后，一直是流体力学中令人瞩目的课题。它不仅在力学方面的各种问题，如高速边界层、层流边界层、湍流边界层中有不少发展，而且从中提出的数学方法还逐渐形成了奇异摄动法，这种方法适用范围甚至超出力学。雷诺在19世纪末提出流体运动稳定性问题和湍流理论也是流体力学中的重要课题。20世纪以来在热对流的稳定性、平行流动稳定性、同轴两转动圆筒间的流动稳定性的研究方面,都有重要的进展。特别是对最后一种稳定性问题，1923年G.I.泰勒得到失稳的临界参数值。湍流理论在20年代主要是半经验性的,如普朗特考虑到动量传递而提出的混合长度理论。30年代开始的各种理论模型出现，其提出者有G.I.泰勒、周培源、卡门，以及物理学家W.K.海森伯等。但湍流理论至今尚不够完善。

一般力学固体力学和流体力学形成力学分支的同时，力学中余下部分也受到航空、航天等技术的促进而继续发展。它们的研究对象是质点、质点系、刚体、多刚体系统等具有有限自由度的离散系统。从这类较简单模型得到的有关理论和所采用的概念、方法又往往能推广用于连续介质，即用于固体力学和流体力学，如把有限自由度振动理论推广到弹性体振动问题，运动稳定性理论应用于流体运动稳定性问题。因而以离散系统为主要研究对象的力学被笼统地称为一般力学。20世纪上半叶一般力学中最重要的发展是非线性振动理论。1918年G.杜芬发表关于有非线性恢复力系统的受迫振动的论著。在无线电技术方面的振荡器研究中，1926年范德坡耳提出自激振动方程。1929年А.А.安德罗诺夫阐明了自激振动的机理和数学根据。在30年代，非线性振动理论在苏联蓬勃发展起来，如H.H.博戈留博夫等提出一套有效的渐近方法。除非线性振动理论外，与无线电技术和机器调节相关的，有反馈系统的动力学。这一分支迅速成长为自动调节理论，逐渐从力学中分离出去，它对20世纪下半叶发展起来的控制论和系统论提供了力学方面的背景。航空、航天事业对导航控制装置及其他机械装置的需要促进了陀螺仪和复杂刚体系统力学的研究，使刚体动力学从19世纪出现的纯数学领域转向工程实用。以上几个方面在理论上和应用上都提出不少有关运动稳定性的课题，促使这方面的理论在庞加莱和里雅普诺夫成果的基础上发展起来。

60年代以来，力学进入新的时代──现代力学时代，由于电子计算机的飞跃发展和广泛应用，由于基础科学和技术科学各学科间相互渗透和综合倾向的出现；以及宏观和微观相结合的研究途径的开拓，力学出现了崭新的面貌。

计算机的冲击电子计算机自1946年问世以后，计算速度、存储容量和运算能力不断提高，过去力学工作中大量复杂、困难而使人不敢问津的问题，因此有了解决的门路。计算机改变了力学的面貌，也改变了力学家的思想方法。有限差分方法很早被用于强爆炸冲击波计算，还随着出现了人工粘性、激波装配等克服间断性困难的办法。1963年J.E.弗罗姆和F.H.哈洛成功地计算了长方形柱体的绕流问题，给出柱体尾流涡街的形成和随时间的演变过程，并以《流体力学中的计算机实验》为题作了介绍，这一事件被看作是Link title计算流体力学兴起的标志。弹塑性动力学问题也用差分法作了有效的计算。在计算的实践中还创立了很多新概念，从运用传统的拉格朗日方法和欧拉方法等算法，发展到在差分格子里讨论质量、动量和能量的输运和均衡，建立了所谓离散力学。最令人鼓舞和惊叹的还是60年代有限元法的兴起。有限元法发源于结构力学。一个连续体结构经离散化为杆件（有限元）的组合后，计算机可以轻巧地对这种复杂杆件系统作出计算。有限元法一出现就显示出无比的优越性，它迅速的占领了整个弹性静力学。经过一段关于有限元法的数学基础和收敛性问题的深入讨论之后，认清了有限元法和变分原理的关系。力学家们自觉地以各种变分原理为基础建立了不同形式的杆元、板元、壳元、夹层板元、三维应力元、半无限元、奇异元、杂交元等，发挥了有限元法的巨大威力。随后它又冲出弹性静力学的范围，被广泛应用于弹性动力学、瞬态分析、塑性力学、流场分析，并向传热学、电磁场等非力学领域渗透，显示了极为光辉的前途。

主要内容

工程力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。

工程力学对非平衡现象的研究包括四个方面：一是趋向于平衡的过程，如各种化学反应和弛豫现象的研究；二是偏离平衡状态较小的、稳定的非平衡过程，如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射等的研究；

三是远离于衡态的问题，如开放系统中所遇到的各种能量耗散过程的研究；四是平衡和非平衡状态下所发生的突变过程，如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。

工程力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。

物质的性质及其随状态参量变化规律的知识，无论对科学研究还是工程应用都极为重要，力学本身的发展就一直离不开物性和对物性的研究。

近代工程技术和尖端科学技术迅猛发展，特别需要深入研究各种宏观状态下物体内部原子、分子所处的微观状态和相互作用过程，从而认识宏观状态参量扩大后物体的宏观性质和变化规律。因此，工程力学的建立和发展，不但可直接为工程技术提供所需介质和材科的物性，也将为力学和其他学科的发展创造条件。