力學(xué)學(xué)科發(fā)展介紹

力學(xué)學(xué)科發(fā)展介紹第1頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月什么是力學(xué)？

力學(xué)研究力與運動的基本規(guī)律和實際應(yīng)用，它是科學(xué)進(jìn)展與重大工程技術(shù)的橋梁。（《國家中長期發(fā)展規(guī)劃》，2005）

力學(xué)是研究力與運動的科學(xué)。（《中國基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展報告》，科技部、基金委，2001）

力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運動規(guī)律的科學(xué)。（《力學(xué)》，自然科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略調(diào)研報告，基金委，1997）

力學(xué)是研究力及其運動規(guī)律的科學(xué)，是研究宏觀問題的學(xué)問。（《國家自然科學(xué)基金委員會項目申請指南》，1986）第2頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點力學(xué)是認(rèn)識自然的一個極其重要的手段，甚至可以說，任何一個重要的宏觀自然現(xiàn)象的解釋與定量預(yù)報，都離不開力學(xué)。第3頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點力學(xué)是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的先導(dǎo)學(xué)科之一，是一門獨立的科學(xué)，成為七大基礎(chǔ)學(xué)科之一（數(shù)、理、化、天、地、生、力）。（《國家科委基礎(chǔ)研究規(guī)劃》，1987）力學(xué)是工程科學(xué)的基礎(chǔ)（錢學(xué)森，1948）。以工程和自然界的真實介質(zhì)和系統(tǒng)為研究對象，成為技術(shù)科學(xué)中貢獻(xiàn)特別多的一個部門（錢學(xué)森，1957）。第4頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點

我國兩彈一星的成功研制火箭噴氣技術(shù)深水結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題彈道導(dǎo)彈核潛艇研制成功載人航天技術(shù)造就了以錢學(xué)森、周培源、郭永懷、錢偉長為代表的一批杰出的力學(xué)家。第5頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點

力學(xué)在20世紀(jì)有很大的發(fā)展，形成了比較完整的學(xué)科體系（連續(xù)介質(zhì)力學(xué)）—動力學(xué)與控制（一般力學(xué)）、固體力學(xué)、流體力學(xué)、力學(xué)交叉領(lǐng)域（生物力學(xué)、爆炸力學(xué)等）。創(chuàng)立了一系列重要概念和方法，成為了近代土木建筑、機(jī)械制造、航空航天工業(yè)、材料科學(xué)與工程等的基本理論基礎(chǔ)。第6頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月動力學(xué)與控制（一般力學(xué)）

分析力學(xué)系統(tǒng)動力學(xué)多體動力學(xué)轉(zhuǎn)子動力學(xué)彈道力學(xué)飛行力學(xué)等等第7頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月固體力學(xué)

彈性力學(xué)塑性力學(xué)疲勞與斷裂力學(xué)復(fù)合材料力學(xué)巖體力學(xué)和土力學(xué)沖擊動力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)實驗固體力學(xué)計算固體力學(xué)等等第8頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月流體力學(xué)

流動穩(wěn)定性湍流水動力學(xué)空氣動力學(xué)滲流多相流非牛頓流稀薄氣體力學(xué)實驗流體力學(xué)計算流體力學(xué)等等第9頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月力學(xué)交叉領(lǐng)域

物理力學(xué)爆炸力學(xué)環(huán)境流體力學(xué)生物力學(xué)電磁流體力學(xué)等離子體動力學(xué)等等第10頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點20世紀(jì)末和進(jìn)入21世紀(jì)，新興的科技領(lǐng)域?qū)е铝W(xué)研究的對象、方法和手段更加復(fù)雜化：研究對象尺度的變化—從宏觀尺度到微納米尺度，如納米科技涉及到了納米尺度，而生命科學(xué)/生物技術(shù)已進(jìn)入蛋白/DNA等大分子量級；物體變形和運動?？紤]多場耦合作用，如力、熱、電、磁、聲、光、化學(xué)等的作用；考慮物質(zhì)的各向異性和非均勻性。第11頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點因此，力學(xué)能否投入到上述新興的科技領(lǐng)域，研究這些領(lǐng)域中出現(xiàn)的與力學(xué)相關(guān)，但在許多方面又跨越了傳統(tǒng)力學(xué)研究范圍的新問題，并能對新興領(lǐng)域的工程應(yīng)用起到關(guān)鍵作用，是當(dāng)前力學(xué)工作者面臨的一個挑戰(zhàn)。第12頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點

作為一個經(jīng)典的學(xué)科，力學(xué)具有比較完整的理論體系，同時又與許多學(xué)科交叉，研究隊伍分布廣泛。主要特點：1.力學(xué)是一個應(yīng)用性強(qiáng)的基礎(chǔ)學(xué)科，受學(xué)科自身發(fā)展和國家需求的雙重驅(qū)動。從國內(nèi)現(xiàn)狀來看，尤其需要加強(qiáng)結(jié)合國家需求背景的基礎(chǔ)研究。第13頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點2.力學(xué)與其它學(xué)科交叉突出，形成了新的學(xué)科生長點，不斷地豐富著力學(xué)的研究內(nèi)容和方法，并使力學(xué)學(xué)科保持著旺盛的生命力。由于力學(xué)理論、方法的普適性，以及力學(xué)現(xiàn)象遍及自然界和人類活動的各個層面，力學(xué)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科和幾乎所有的工程學(xué)科，相互交叉和滲透，形成了大量的新興交叉學(xué)科，使力學(xué)保持著旺盛的生命力。第14頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點3.機(jī)理化、定量化地認(rèn)識自然與工程。與數(shù)學(xué)不同：力學(xué)以實際事物為出發(fā)點和應(yīng)用對象與物理不同：側(cè)重研究宏觀規(guī)律，兼顧巨觀和微觀與工程不同：發(fā)掘蘊(yùn)涵在工程中的基本規(guī)律和定量的設(shè)計準(zhǔn)則第15頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點

同時，在重大力學(xué)應(yīng)用和重大力學(xué)問題解決上將有重大進(jìn)展：虛擬工程、虛擬設(shè)計、虛擬制造等手段將使力學(xué)以更大的深度和廣度介入到工程領(lǐng)域的總體技術(shù)；對超高速、超高壓、超高溫和微重力等超常條件下的力學(xué)行為的新認(rèn)識，將為遠(yuǎn)離平衡態(tài)過程提供新的認(rèn)識；第16頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月一、力學(xué)學(xué)科的特點對湍流、固體強(qiáng)度與破壞、高維非線性系統(tǒng)動力學(xué)等基本力學(xué)難題的研究將取得新的進(jìn)展；中國國防與武器裝備建設(shè)更需要力學(xué)的發(fā)展。第17頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月二、力學(xué)學(xué)科的國際地位和國內(nèi)特色（一）國際地位（二）國內(nèi)特色（三）差距及其原因第18頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）國際地位

冷戰(zhàn)時期：國際力學(xué)界存在以美英法為代表和以前蘇聯(lián)和波蘭為代表的兩大集團(tuán)，其中后者曾占相當(dāng)重要地位。

冷戰(zhàn)以后：俄羅斯和波蘭等在國際力學(xué)界的地位迅速下降，而中國力學(xué)在國際上的地位呈穩(wěn)中有升的趨勢，影響力日漸增大。第19頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）國際地位

我國學(xué)者的一些工作，贏得了世界力學(xué)界的尊重。周培源---湍流理論；錢學(xué)森---工程控制論、物理力學(xué)錢偉長---板殼理論；郭永懷---噴氣推進(jìn)、空氣動力學(xué)胡海昌---廣義變分原理第20頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）國際地位北京大學(xué)王仁院士、大連理工大學(xué)程耿東院士曾在IUTAM大會邀請做1小時專題報告，表明我國在地球動力學(xué)和拓?fù)鋬?yōu)化領(lǐng)域具有重要國際影響。中國科學(xué)院力學(xué)研究所鄭哲敏院士新當(dāng)選為國際理論與應(yīng)用力學(xué)聯(lián)合會（IUTAM）的執(zhí)委。第21頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）國際地位原子彈、氫彈的爆炸成功，中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的發(fā)射和洲際導(dǎo)彈技術(shù)的掌握，表明我國在爆炸力學(xué)、計算空氣動力學(xué)和實驗空氣動力學(xué)研究的某些方面具有世界先進(jìn)水平。第22頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）國內(nèi)特色—

國內(nèi)相對優(yōu)勢領(lǐng)域國內(nèi)在固體材料的宏微觀力學(xué)研究方面有著較好的基礎(chǔ)和一定的優(yōu)勢。在材料的宏微觀力學(xué)方面，如斷裂力學(xué)理論、固體本構(gòu)關(guān)系、相變力學(xué)、非均質(zhì)力學(xué)、應(yīng)變梯度理論、電致失效力學(xué)等，獲得了一批達(dá)到國際水平的成果。

第23頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）國內(nèi)特色—

國內(nèi)相對優(yōu)勢領(lǐng)域空氣動力學(xué)研究是國內(nèi)流體力學(xué)的優(yōu)勢研究領(lǐng)域，隊伍和成果集中，應(yīng)用背景明確。近年來，國內(nèi)在分離流、旋渦運動、非平衡流動、湍流、流動穩(wěn)定性等方面取得了具有國際影響的研究成果，為提高我國的國際地位，形成中國特色的研究體系做出了貢獻(xiàn)。

第24頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）國內(nèi)特色—

國內(nèi)相對優(yōu)勢領(lǐng)域計算力學(xué)是國內(nèi)具有一定優(yōu)勢的研究領(lǐng)域。我國學(xué)者在結(jié)構(gòu)的微構(gòu)造優(yōu)化、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化以及奇異最優(yōu)解理論、結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化以及靈敏度分析半解析法、結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法與軟件應(yīng)用等方面，都取得了有國際影響的成果。

第25頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）國內(nèi)特色—

薄弱方向及問題與國際計算力學(xué)軟件相比，我國計算力學(xué)軟件的發(fā)展規(guī)模及水平仍然有很大的差距，在整體功能與性能上還無法與國外同類產(chǎn)品競爭。因此，不但重大工業(yè)項目中的工程力學(xué)計算幾乎全靠進(jìn)口程序，甚至一般中小設(shè)計院也被進(jìn)口程序所控制。第26頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）國內(nèi)特色—

薄弱方向及問題與計算力學(xué)相比，我國實驗力學(xué)的研究隊伍和規(guī)模偏小，自主研制實驗儀器和設(shè)備的能力需要進(jìn)一步加強(qiáng)。第27頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(nèi)力學(xué)基礎(chǔ)研究隊伍國內(nèi)86個單位的力學(xué)基礎(chǔ)研究人員的調(diào)研結(jié)果表明，目前國內(nèi)擁有5300余人的力學(xué)基礎(chǔ)研究隊伍）。正高級：1651人，副高級：2363人，中級：1289人第28頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月差距及其原因

缺少開創(chuàng)性研究工作；缺乏對技術(shù)進(jìn)步起革命性推動作用的工作

以跟蹤研究為主，敢為人先的精神不夠；技術(shù)需求牽引不足，缺少基礎(chǔ)研究的源泉第29頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月LeonardodaVinci

達(dá)?芬奇(1452—1519)研究了鳥類的飛行----設(shè)計了飛行機(jī)械、直升 飛機(jī)、降落傘研究了魚游----設(shè)計了潛水艇、雙層船殼戰(zhàn)艦發(fā)明了機(jī)關(guān)槍、手榴彈、坦克車、起重機(jī)等等水利工程,城防工程等等第30頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月木制流動挖泥船

飛行器

木制自行車

第31頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月子母炮

旋轉(zhuǎn)浮橋

救生艇第32頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月

Galilei

伽利略

(1564—1642)

建立落體定律

建立勻速運動和勻加速運動定量概念

?兩門新科學(xué)?--材料力學(xué)和運動力學(xué)

第33頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月

虎克

(1635-1703)謎語懸賞ceiiinosssttuv1678Uttensiosicvis

多大的力多大的伸長Hooke定律----F=kΔL

?論彈簧?第35頁，課件共42頁，創(chuàng)作于2023年2月Fσ（=F/A）ε

（=ΔL/L）ΔLF=k?ΔLσ=E?