力學學科的戰(zhàn)略地位

第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日目錄

1.1力學發(fā)展的回顧1.2我國力學研究的狀況1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向

2第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日力學是研究物質(zhì)機械運動規(guī)律的科學。自然界物質(zhì)有多種層次，從宇觀的宇宙體系、宏觀的天體和常規(guī)物體，細觀的顆粒、纖維、晶體，到微觀的分子、原子、基本粒子。通常理解的力學以研究天然的或人工的宏觀對象為主。但由于學科的互相滲透，有時也涉及宇觀或細觀甚至微觀各層次中的對象以及有關(guān)的規(guī)律。機械運動亦即力學運動是物質(zhì)在時間、空間中的位置變化，它是物質(zhì)在時間、空間中的位置變化，物質(zhì)運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其內(nèi)部的運動和化學運動等。機械運動并不能脫離其他運動形式獨立存在，只是在研究力學問題時突出地考慮機械運動這種形式罷了；如果其他運動形式對機械運動有較大影響，或者需要考慮它們之間的相互作用，便會在力學同其他學科之間形成交叉學科或邊緣學科。力是物質(zhì)間的可以說是力和運動的科學。力學學科的戰(zhàn)略地位3第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日力學的發(fā)展始終是和人類的生產(chǎn)活動緊密結(jié)合的，3000多年前的墨經(jīng)上就有簡單的杠桿原理。在西方，古希臘的阿基米德對靜力學就有了一些系統(tǒng)的論述。這都與當時的生產(chǎn)水平相適應。

17世紀初，歐洲資本主義萌芽，科學掙脫神學的束縛而開始復蘇。

伽利略是進行系統(tǒng)實驗研究的先驅(qū)，提出了加速度的概念和慣性原理。

開普勒根據(jù)天文觀測資料總結(jié)出行星運動的規(guī)律。牛頓繼承和發(fā)揚了

前人的成果，提出了物體運動三定律和萬有引力定律。可見，至牛頓

時代，力學形成了一門科學，同時推動了微積分的發(fā)展，其后，隨著

歐洲逐步工業(yè)化，力學得到了很大的發(fā)展。上個世紀，力學已經(jīng)有了

不少分支。例如與水利及城市給排水建設有關(guān)的水力學，與建筑、橋

梁、道路等有關(guān)的材料力學和結(jié)構(gòu)力學，與軍事有關(guān)的彈道學，以及

理論性較強的理想流體力學，分析力學和彈性力學。與此同時，力學

成了物理學的重要組成部分，并促進了數(shù)學的發(fā)展。1.1力學發(fā)展的回顧4第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日力學的大發(fā)展開始于本世紀初。最突出的成就是流體力學中邊界

層理論的提出。上個世紀水力學和理想流體力學得到了很大發(fā)展，前

者緊密地結(jié)合工程實際，但含有不少經(jīng)驗成分；而后者理論很完美，

但不能計算物體在真實流體中運動時所受到的力。德國的普朗特(L.

Prandtl)通過實驗觀察，發(fā)現(xiàn)流體的粘性在緊靠物體表面的一薄層中

不能忽略，但在離物體稍遠處則完全可以忽略。根據(jù)這一思想，他提

出了邊界層理論，圓滿地解決了在計算物體所受阻力和升力中所遇到

的疑難問題，正是在這個基礎上，誕生了現(xiàn)代流體力學。有意思的是

這種“邊界層”的現(xiàn)象后來發(fā)現(xiàn)在很多其他領(lǐng)域中也存在，同樣可以

應用普朗特的思想解決問題。同時這也促成了應用數(shù)學中十分有用的

“漸近匹配法”的發(fā)展。1.1力學發(fā)展的回顧5第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日力學的飛速發(fā)展是伴隨著第一次大戰(zhàn)后航空工業(yè)的發(fā)展而進行的。盡管當時幾乎所有的大生產(chǎn)部門都依賴于力學理論的指導，但只有航空工業(yè)對飛機設計提出的輕、快、安全的高難度要求，才使得航空工業(yè)離開了力學寸步難行，從而極大地推動了空氣動力學，固體力學中的板、殼理論，結(jié)構(gòu)分析，塑性力學，疲勞理論的發(fā)展，而反過來，力學一旦形成一門科學，就會為完善本身學科的要求出發(fā)而提出眾多基礎問題。這些基礎研究的儲備，又大大縮短了解決實際問題的時間。從低速飛行到高速飛行的發(fā)展，就是一個極好的例子，一方面可壓縮流體力學的研究是不可壓流體力學的自然延伸；而另一方面，以普朗特、馮·卡門(T.vonKarman)、錢學森為代表的應用力學學派開創(chuàng)了一條工程和力學相結(jié)合的道路。他們先后提出和圍繞“聲障”和“熱障”問題，展開了系統(tǒng)的研究，奠定了高速空氣動力學和氣體動力學的理論基礎，從而也為超聲速飛機、火箭和導彈的研制、設計和制造賦予嚴密和完整的基礎，人們從此進入了噴氣技術(shù)的時代，形成了今天的大規(guī)模的航空、航天產(chǎn)業(yè)。航天技術(shù)中一系列問題的解決，形成了高溫空氣動力學、稀薄氣體力學、化學流體力學、物理力學以及斷裂力學、損傷力學等一大批新興力學學科。由于這些學科所取得的成就又被進一步廣泛地應用于民用工業(yè)，促進了民用工業(yè)的發(fā)展，例如化學流體力學對化工、冶金，斷裂力學對機械、交通和建筑等。力學與工程緊密結(jié)合的傾向也在其他工程部門的迅速發(fā)展中得到反映，如與水利、采礦、高層建筑、金屬加工、造船等工業(yè)結(jié)合，促進了土力學、巖石力學、塑性力學、水動力學等的發(fā)展。原子彈聚爆方案和引爆技術(shù)的提出歸功于流體力學中的沖擊波理論與量綱分析的運用。核武器的研制和發(fā)展，則與爆炸力學的形成和發(fā)展緊密相聯(lián)。化學工業(yè)的迅速發(fā)展有賴于非牛頓流、多相流的力學研究，等等。上述情況充分說明力學與工程相結(jié)合的超前研究為新產(chǎn)業(yè)的形成起著奠基和催生的作用。1.1力學發(fā)展的回顧6第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日20世紀下半葉、航天任務基本實現(xiàn)以后，力學家開始轉(zhuǎn)向新的力

學生長點，特別是在天、地、生方面取得豐碩成果。結(jié)合天體現(xiàn)象的

研究，用磁流體力學研究太陽風的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，用流體力學結(jié)合

恒星動力學解釋星系螺旋結(jié)構(gòu)，用相對論流體力學研究星系的演化等

取得了成果。力學家研究了生物的形態(tài)和組織，建立了生物力學，從

而在定量生理學、臨床診斷和檢測分析、人工器官的設計和制造等方

面取得成就，并業(yè)已形成一門新的生物醫(yī)學工程。力學向地球科學滲

透，在板塊動力學、構(gòu)造應力場、地震機制與預報及與之有關(guān)的反演

等方面取得進展，并進一步推動巖石力學的研究。

以上我們著重談了力學與生產(chǎn)的關(guān)系。現(xiàn)在我們再來看看力學與

整個科學的關(guān)系。1.1力學發(fā)展的回顧7第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日力學原是物理學的一個分支。物理科學的建立是從力學開始的。在物理科學中，人們曾用純粹力學理論解釋機械運動以外的各種形式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內(nèi)部的運動等。當物理學擺脫了這種機械唯物主義的自然觀而獲得健康發(fā)展時，力學則在工程技術(shù)的推動下按自身邏輯進一步演化，逐步從物理學中獨立出來。由于各種運動形態(tài)往往同時出現(xiàn)，宏觀運動與微觀運動又有內(nèi)在聯(lián)系，力學與物理學存在著特殊的親緣關(guān)系，許多概念、方法和理論都有不少相似之處。力學與數(shù)學是整個自然科學中發(fā)展得最早的兩個學科，他們在發(fā)展中始終相互推動，相互促進，這種緊密的聯(lián)系特別表現(xiàn)在力學理論和微分方程理論的同步發(fā)展方面，本世紀內(nèi)形成的應用數(shù)學則在很大程度上是力學和數(shù)學結(jié)合的交叉學科。應當指出力學有一個重要特點是有別于數(shù)學的，它和物理一樣，還需要實驗作為基礎，任何一種力學模型和理論總是源出于實際現(xiàn)象，并在實踐和應用中受到檢驗。力學的發(fā)展相對于其他學科有一定的“超前性”，不少在力學中提出的規(guī)律、理論和方法，后來發(fā)現(xiàn)在其他領(lǐng)域中同樣有效。

為說明力學與其他科學的關(guān)系，應該提到本世紀在對非線性力學現(xiàn)象中所取得的突出成就，它們對當前非線性科學的興起起到先驅(qū)和核心的作用。例如，經(jīng)典力學在上個世紀就提出的關(guān)于物體運動穩(wěn)定性的理論，不僅在第二次世界大戰(zhàn)中，被引用到自動控制理論中，大大縮短了其理論的形成過程；而且這一理論在當前十分熱門的混沌理論中又得到了應用。本世紀初在天體力學中發(fā)展起來的攝動法，為近代非線性科學中的分岔理論及各種系統(tǒng)的非線性振動理論提供了分析的手段，而兩個世紀前在固體力學中提出的壓桿失穩(wěn)理論，則是分岔現(xiàn)象的第一個科學例子。上個世紀末觀察到的水中的孤立波，是非線性科學中孤立子理論的先驅(qū)。為此提出的KdV方程，至今仍是孤立子理論的典型方程之一，而孤立子理論推動了光學中相應理論的發(fā)展，且成為實現(xiàn)現(xiàn)代光通信技術(shù)的關(guān)鍵。60年代由氣象學中提出的流體力學問題，開創(chuàng)了混沌學的研究，從根本上改變了經(jīng)典物理中確定性的觀點，也深深地影響了人們的自然觀，而被認為是20世紀科學最偉大發(fā)現(xiàn)之一。1.1力學發(fā)展的回顧8第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日還應該提一提科學計算的問題，由于大型、復雜建筑物如摩天大樓結(jié)構(gòu)設計的需要，早在計算機出現(xiàn)之前，力學工作者就提出了若干種分析大型、復雜結(jié)構(gòu)物的計算方法。電子計算機的問世，大大促進了這方面的發(fā)展，改變了原來的思路。在50年代，即已出現(xiàn)了后來被稱為有限元法的思想并迅速被推廣到力學的各個分支及其他科學領(lǐng)域。而航空航天技術(shù)中流場計算以及原子彈、氫彈引爆過程和爆炸效應的計算需要，又大大促進有限差分法的發(fā)展。為了適應復雜結(jié)構(gòu)及流場等大型計算，提出了各種網(wǎng)格劃分、分區(qū)計算、分裂算子、并行計算等方法?？梢院敛豢浯蟮卣f，力學計算的需要是現(xiàn)代計算科學的最有力的推動力之一。電子計算機出現(xiàn)后的首批重要科學和工程計算中，力學問題占了相當大的比重。1.1力學發(fā)展的回顧9第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日

以上我們強調(diào)了由于人們能直接感知的只是宏觀事物，因此不少

科學中的普遍規(guī)律（指在各學科中有共性的）往往先在力學現(xiàn)象中被

發(fā)現(xiàn)和研究，然后滲透到其他學科并得到更大發(fā)展。同時我們也應該

看到，力學的發(fā)展也從其他學科分支中借用或引用了不少成果。例如

現(xiàn)代航天技術(shù)中的高速高溫氣流往往伴有復雜的物理、化學過程，不

用物理、化學的知識是不行的。近代力學的多種實驗手段是建立在近

代光學、電子學及計算機等學科的基礎上而不斷發(fā)展的。又如量子力

學的發(fā)展，大大促進了數(shù)學物理方法的發(fā)展，力學從中也受益不小。

因此，力學工作者也應密切注視其他學科的發(fā)展，從中吸取新思想、

新理論及新方法。

力學發(fā)展的歷史充分說明：力學同物理學、數(shù)學等學科一樣，是

一門基礎科學，它所闡明的規(guī)律帶有普遍的性質(zhì)；力學又是一門技術(shù)

科學，它是許多工程技術(shù)的理論基礎，又在廣泛的應用過程中不斷得

到發(fā)展。力學既是基礎科學又是技術(shù)科學這種二重性使力學家感到自

豪，他們?yōu)闇贤ㄈ祟愓J識自然和改造自然兩個方面作出了貢獻。1.1力學發(fā)展的回顧10第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日中國的力學家在近代力學的發(fā)展中曾經(jīng)作出過卓越的貢獻，作為應用力學學派的代表人物，錢學森對空氣動力學的發(fā)展起了重要作用，推動了航空、航天技術(shù)的發(fā)展，他給出了亞聲速流動的卡門-錢學森近似，對高速飛行體的表面加熱機制提供了流體力學分析，他還提出飛機薄殼結(jié)構(gòu)非線性屈曲失穩(wěn)的理論，他在火箭與航天領(lǐng)域提出了若干重要概念，如提出并實現(xiàn)了火箭助推起飛裝置，提出了火箭旅客飛機、核火箭、噴氣式航天飛機等概念的設想。郭永懷和錢學森合作在跨聲速流動問題中提出了判斷激波是否出現(xiàn)的上臨界馬赫數(shù)的概念。1.2我國力學研究的狀況11第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

郭永懷又將邊界層方法同變形坐標法結(jié)合起來形成有名的PLK方法，發(fā)展了奇異攝動理論。周培源堅持研究湍流理論這個基礎難題達半個世紀之久，奠定了國際上稱為“湍流模式理論”的基礎，也被譽為“現(xiàn)代湍流數(shù)值計算的奠基性工作”。錢偉長提出板殼統(tǒng)一內(nèi)稟理論，并提出了求解薄板大撓度問題的攝動解法。這里也應提到華裔科學家的貢獻。林家翹發(fā)展了流體運動穩(wěn)定性理論，提出湍流相似譜的普遍理論，并且創(chuàng)立星系螺旋結(jié)構(gòu)的密度波理論，促進了星系動力學的發(fā)展。馮元楨開創(chuàng)了生物力學，在肌肉的力學性質(zhì)、微循環(huán)理論和肺結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析等方面都做了開創(chuàng)性工作，為當前生物醫(yī)學工程的出現(xiàn)作出卓越貢獻。1.2我國力學研究的狀況12第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日建國后不久，我國在中國科學院數(shù)學所建立了力學研究室，在北

京大學建立了數(shù)學力學系。1956年成立中國科學院力學研究所，在我

國的科學技術(shù)發(fā)展十二年遠景規(guī)劃中力學被正式列為一級學科，不久

又創(chuàng)建了中國力學學會，并相繼在高等學校中，設立了數(shù)學力學或工

程力學系。在多數(shù)工業(yè)部門成立了以力學研究為主的研究所或研究室。

最初展開研究的分支學科為彈性力學、塑性力學、流體力學和一般力

學。力學研究所的成立和全國科技發(fā)展規(guī)劃的制訂標志著學科建設的

一個重要時期，那時相繼開展了振動及流固耦合振動、地震工程力學、

空氣動力學、激波管技術(shù)、物理力學、化學流體力學、水動力學、電

磁流體和等離子體動力學等分支學科的研究，建立了相應的研究室

（組），并著手建設實驗室。同一時期，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學與水力學、

泥沙動力學得到新的發(fā)展，并在中國科學院和一些工業(yè)部門成立了巖

土力學、滲流力學等研究機構(gòu)。60年代，又創(chuàng)立了爆炸力學。從此我

國的力學學科有了比較完備的學科體系，而且具有我國的特色，特別

是物理力學、化學流體力學、爆炸力學在國際上也是最早或較早的開

展研究的學科。1.2我國力學研究的狀況13第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日那時，力學研究的重點主要圍繞航天技術(shù)、抗震工程、爆炸與抗爆工程、土建與水利建設，并取得一批重要的應用性研究成果。我們在國內(nèi)自行研制的計算機的基礎上發(fā)展了計算力學。理論工作的成就主要有錢學森的工程控制論、周培源領(lǐng)導的湍流、錢偉長領(lǐng)導的板殼大變形攝動法和胡海昌的廣義變分原理。本世紀60年代至70年代初，國內(nèi)、國外的學術(shù)交流幾乎處于完全停頓狀態(tài)。國外早已形成的斷裂力學直到1976年力學學會大力提倡之前，只有極少人熟悉。70年代初，經(jīng)國外學者引導，我國學者才著手研究星系的結(jié)構(gòu)和其他有關(guān)宇宙氣體力學的問題、孤立波理論和生物力學，并重新開始探討本來我國科學家就有重要貢獻的奇異攝動法，逐步打破了閉關(guān)自守的局面。1.2我國力學研究的狀況14第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日1978年全國力學規(guī)劃是我國力學學科建設的又一個重要的里程碑。力學再次被確認是一級學科，它既是一門基礎科學又是一門應用極廣的技術(shù)科學，是許多工程技術(shù)與一些其他自然科學的基礎。除過去已提出的分支學科外，一些新的重要的分支被列入規(guī)劃，其中包括斷裂力學、理性力學、流變學、生物力學、計算力學、實驗力學、地球構(gòu)造動力學、地球流體力學等。全國力學規(guī)劃提出了14個重點課題，其中第1和第2個就是材料的強度理論和湍流理論。應當說這樣的安排代表了當時的先進的思想，后來的實踐充分說明它是十分有遠見的，符合當代力學發(fā)展的總趨勢。規(guī)劃也充分注意到了既要重視基礎研究也要重視廣泛的應用研究，提出了宏、細、微觀相結(jié)合的發(fā)展道路。這個規(guī)劃歷時一年，動員了幾乎全國所有的力量。1.2我國力學研究的狀況15第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日從此我國力學學科門類相當齊全，趕上了世界發(fā)展的格局。一些

新的分支學科得到迅速發(fā)展，國際交流增加了，我國新一代的學者走

上國際舞臺。我國在泥沙運動方面的工作是先進的，在計算空氣動力

學，計算結(jié)構(gòu)力學，實驗空氣動力學，斷裂力學，爆炸力學等研究的

某些方面是有特色的。我國在材料力學性質(zhì)，斷裂與損傷研究方面有

了較好的開端，在力學與天文，地學，生物結(jié)合方面都有所前進，此

外力學也進入了一些新的工作應用領(lǐng)域，如海洋工程，環(huán)境工程，反

應堆工程。

從那時以來，力學界的國內(nèi)外學術(shù)交流變得很活躍，在國際學術(shù)

機構(gòu)占有一席之地，在取得上述成就的同時，應該指出，雖然在個別

點上，我們的工作不亞于甚至超過國外，但是就總體及影響的深遠程

度來說，與國際先進水平的差距還不小，對此需要有充分的認識。同

樣是一級學科，力學得到的重視不如其他的一級學科。這些年來，物

質(zhì)投入不足，新生力量匱乏，嚴重約束了力學的發(fā)展，造成力量難于

集中、高水平成果較少，學科間的交流不暢，這些嚴重阻礙力學發(fā)展

的因素應當引起重視。1.2我國力學研究的狀況16第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日從前面對力學發(fā)展過程的回顧可以清楚地看到，力學是隨著人類認識自然現(xiàn)象和解決工程技術(shù)問題的需要而發(fā)展起來的；力學又的確對認識自然和解決工程技術(shù)問題起著極為重要甚至是關(guān)鍵的作用。當前，人類面臨一系列重大問題需要解決，其中有些問題對于我國說來更顯緊迫，諸如：糧食不足，水、土資源短缺，生態(tài)環(huán)境破壞嚴重，能源短缺、利用效率低，交通運輸緊張，氣象和地震等自然災害的預報及防治等，繼續(xù)不斷提出新的力學問題，有賴于力學的新發(fā)展去解決。在許多重要高技術(shù)領(lǐng)域與國際先進水平差距日益增大，同樣需要力學界作出努力。1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向17第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日我國人均耕地面積較小，水源不足，水土流失嚴重，工業(yè)發(fā)展不

注意生態(tài)環(huán)境的保護，這方面存在眾多力學問題要求解決。影響農(nóng)作

物的生長的一個關(guān)鍵因素是體液的輸送，闡明水自根到葉而糖份從葉

到全身的輸運機制，及各部分在生長各階段對液體的需要，對內(nèi)因和

外因各參數(shù)進行優(yōu)化和調(diào)節(jié)，可以達到消耗最少而收獲最多的目的。

需要把植物和它生長的環(huán)境，即土壤、空氣和陽光看作一個系統(tǒng)，統(tǒng)

一研究這一系統(tǒng)的質(zhì)量和能量的轉(zhuǎn)換和傳輸，有助于改善區(qū)域種植的

管理和發(fā)展。要加強對水源、土壤和空氣中污染物質(zhì)輸運及對污染源

控制的規(guī)律的研究。要研究植物在一般和特殊環(huán)境下的強度。如果我

們能作好以上幾項研究，可以設想在不久的將來我們將會有一個更為

經(jīng)濟、健康的綠色產(chǎn)業(yè)(包括綠色農(nóng)業(yè)和綠色工業(yè))和生態(tài)環(huán)境，既提

供我們足夠的農(nóng)產(chǎn)品，也為我們創(chuàng)造一個衛(wèi)生和優(yōu)美的生存環(huán)境。1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向18第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日解決能源危機的根本途徑是尋求和開發(fā)干凈的再生能源，并應千

方百計地降低能耗，包括可控熱核反應、太陽能、地熱、生物質(zhì)能、

風能、潮汐能等。在煤的清潔燃燒和利用，可控熱核反應作為未來能

源的工業(yè)化等主要領(lǐng)域里，力學特別是流體力學可以大有作為。開發(fā)

太陽能和地熱的一個關(guān)鍵是提高集熱、隔熱材料性能和循環(huán)系統(tǒng)的傳

熱、傳質(zhì)性能，研究生物發(fā)酵，氣化中的反應、擴散及氣化過程是加

速實現(xiàn)開發(fā)生物質(zhì)能的中心課題，建筑行業(yè)中需要高效的保溫材料和

傳熱系統(tǒng)，其中也存在諸多力學問題。

近年來，復合材料(包括陶瓷、聚合物和金屬)、納米材料、功能

材料等新型工程材料不斷被開發(fā)出來。材料的合成和制備或材料的變

形、破壞、壽命等性能涉及眾多的宏觀與細觀的力學過程及其與熱學，

甚至還與電學過程相結(jié)合的研究課題，這里需要力學界提出創(chuàng)新的概

念，以最終達到設計新型優(yōu)質(zhì)材料并且提出新的加工制造方案。1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向19第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日交通運輸是阻礙我國經(jīng)濟高速發(fā)展的一大“瓶頸”，為在短期內(nèi)

趕上發(fā)達國家的水平，急需研制和建設大型超聲速客機、高速列車、

新型船艦及水面效應飛行器、高速公路、大型橋梁和隧道等。這些大

型工程中存在一系列流體力學、固體力學及流固耦合的問題，需要新

構(gòu)思和新途徑，提出科學和優(yōu)化的設計和制作方案。

我國地域遼闊，每年自然災害頻發(fā)，為了改進天氣預報，了解地

震發(fā)生機制，掌握泥沙和風沙遷移、土壤侵蝕以及泥石流和滑坡等的

規(guī)律，需要針對氣象與地學特點，推動力學與大氣和海洋科學以及與

地學的進一步結(jié)合，構(gòu)筑新的模型和理論。

力學與高技術(shù)的發(fā)展始終緊密相連，過去力學研究在發(fā)展以兩彈

為代表的尖端技術(shù)中發(fā)揮了極其重要的作用。當前，在發(fā)展高性能飛

機、高能束流武器、動能武器、微重力科學技術(shù)、微型機械、超聲速

燃燒技術(shù)、空間垃圾的防治等，力學仍要發(fā)揮舉足輕重的作用。1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向20第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日隨著科學與社會的飛速進步，各國政府均把提高人民健康和生活

質(zhì)量提到前所未有的高度，在執(zhí)行這一光榮的歷史使命中，發(fā)展生物

力學具有重要的意義。一方面這關(guān)系到前面談到的興建綠色產(chǎn)業(yè)和創(chuàng)

造衛(wèi)生而優(yōu)美的生存環(huán)境；另一方面，可以直接服務于生物醫(yī)學工程，

為人類健康做出貢獻。

力學是一門基礎學科，在學科的發(fā)展中提出了一系列具有根本性

和共性的問題。這些問題的研究和解決不只是為了解決當前局部的工

程技術(shù)問題，而是為了更全面徹底地解決眾多工程技術(shù)和自然科學中

的根本問題，而且必將為推動科學技術(shù)全面發(fā)展創(chuàng)造條件。眾所周知，

最突出和最普遍的兩大基礎難題是湍流機制以及固體的本構(gòu)關(guān)系和破

壞機制。1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向21第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

絕大多數(shù)的流動取湍流的形態(tài)，目前計算這類問題都帶有經(jīng)驗的

成分，方法帶有局限性和盲目性而缺乏預測能力，因為湍流直接關(guān)系

到航空、航天、水運、天氣預報、海流預報、化學反應器、水利、環(huán)

境以至天體和宇宙中的流動等等眾多領(lǐng)域，湍流研究的任何進展都有

全局意義，都會在廣闊范圍內(nèi)得到好處。近年來圍繞實驗中發(fā)現(xiàn)的相

干結(jié)構(gòu)展開了理論研究，直接數(shù)值模擬也有很大的進展。確定性問題

中混沌現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和研究給人們帶來新的啟迪，有可能從探討時空混

沌的演化的角度推動湍流研究的進展。

固體材料的實際強度和目前的理論強度相差一至二個數(shù)量級。這

個矛盾曾推動位錯、裂紋等重要物理、力學理論的建立，然而至今這

個根本矛盾依然存在。需要應用宏、細觀相結(jié)合的方法研究變形局部

化、損傷乃至斷裂的演化機制，進一步的問題是如何將不同性能和功

能的材料配置在一起，形成多種物理和力學性能和功能的優(yōu)化組合，

促成材料設計科學的形成與發(fā)展。同時，研究材料加工工藝過程中的

力學機理，逐步達到運用計算機精密控制材料制備和構(gòu)件精細加工制

作的目的。1.3力學發(fā)展的趨勢和重要方向22第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日一般力學中的重要基礎問題是非線性動力系統(tǒng)理論，它是目前方

興未艾的非線性科學的重要組成部分，在分析運動穩(wěn)定性、分岔、非

線性振動、混沌等方面對整個力學的發(fā)展以及其他很多學科的發(fā)展產(chǎn)

生影響，也會推動復雜的運動機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及機器人技術(shù)等的

進步。

學科的交叉與滲透對科學和技術(shù)的推動起巨大的作用，如物理力

學說明極端條件下的材料性質(zhì)及新材料設計原則；等離子體力學指導

托卡馬克及說明天體現(xiàn)象；爆炸力學除了揭示材料和結(jié)構(gòu)的動態(tài)變形

和破壞規(guī)律，一個新方向是研究松散或多孔介質(zhì)的動態(tài)變形破壞和流

動耦合的運動規(guī)律。展望21世紀，這種學科的交叉必將進一步加強。

這里特別要強調(diào)注意發(fā)展三個交叉領(lǐng)域，它們是力學與生命科學的交

叉、力學與地學的交叉以及物理力學，我們認為這三個方面將在21世

紀有重要發(fā)展和重大影響。

力學與地學結(jié)合的研究重點是：①地球動力學，中心問題有：板

塊運動的驅(qū)動力來源，地幔對流理論，地震機制；②環(huán)境與災害力學，

包括污染物的運移、氣象災害、地質(zhì)災害的發(fā)生機制和預報；③土巖

的變形、