工程力学发展简史及基本研究方式

张丽

摘 要：本研究主要针对工程力学的相关内容作出深入探究，并思考当代的工程力学的研究方式以及应用方向。为了更好地为相关工程提供专业性的知识指导，应该在了解工程力学概念的前提下对研究内容作出相应的应用指导。只有提升工程力学的实际应用能力，才能为人们的生产生活提供更好的服务。

关键词：工程力学 发展简史 研究方式

工程力学是一项物理技术科学，合理利用工程力学可以给人们的日常生产和生活提供便利。随着我国社会的进步，各式各样的高科技技术已经逐渐成为人们关注的焦点，而工程力学从被提出一直发展到今天，已经经历了长久的研究过程，在技术被广泛应用的今天，工程力学也成为了人们研发新技术所离不开的一门学科。可见，研究工程力学对社会发展是有一定促进作用的。[1]

一、简介工程力学

1.程力学概念

工程力学是研究有关物质宏观运动规律及其应用的科学。工程给力学是提出问题的，而力学的研究成果是改进工程设计思想的。从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。其最基础的部分包括静力学和材料力学。人类对力学的一些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时代。在中国古代及古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。随着结构工程技术的进步，工程学家也同力学家和数学家一样对工程力学的进步做出了贡献。如在桁架发展的初期并没有分析方法，到1847年，美国的桥梁工程师S.惠普尔才发表了正确的桁架分析方法。电子计算机的应用，现代化实验设备的使用，新型材料的研究，新的施工技术和现代数学的应用等，促使工程力学日新月异地发展。[2]

在物理科学中，人们曾用纯粹力学理论解释机械运动以外的各种形式的运动，如热、电磁、光、分子和原子内的运动等。当物理学摆脱了这种机械（力学）的自然观而获得健康发展时，力学则在工程技术的推动下按自身逻辑进一步演化，逐渐从物理学中独立出来。

2.程力学发展简史

1638年3月伽利略出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》被认为是世界上第一本材料力学著作，但他对于梁内应力分布的研究还是很不成熟的。牛顿继承和发展前人的研究成果（特别是开普勒的行星运动三定律），提出物体运动三定律。伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。从牛顿到汉密尔顿的理论体系组成了物理学中的经典力学。这使得19世纪后半叶，在材料力学、结构力学同弹性力学之间，水力学和水动力学之间一直存在着风格上的显著差别。

在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。从20世纪60年代起，计算机的应用日益广泛，力学无论在应用上或理论上都有了新的进展。

工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。

二、工程力学的研究方式

虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。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。

工程力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。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。力学和工程学的结合，促使了工程力学各个分支的形成和发展。现在，无论是历史较久的土木工程、建筑工程、水利工程、机械工程、船舶工程等，还是后起的航空工程、航天工程、核技术工程、生物医学工程等，都或多或少有工程力学的活动场地。

工程力学包括实验力学、结构检验、结构试验分析。模型试验分部分模型和整体模型试验。结构的现场测试包括结构构件的试验及整体结构的试验。实验研究是验证和发展理论分析和计算方法的主要手段。[3]

三、工程力学的研究方向

现代的工程力学实验设备，诸如大型的风洞、水洞，它们的建立和使用本身就是一个综合性的科学技术项目，需要多工种、多学科的协作。应用研究更需要对应用对象的工艺过程、材料性质、技术关键等有清楚的了解。工程力学家们根据对自然现象的观察，特别是定量观测的结果，根据生产过程中积累的经验和数据，或者根据为特定目的而设计的科学实验的结果，提炼出量与量之间的定性的或数量的关系。

工程力学的许多分支都可以再分为静力学与动力学。例如结构静力学与结构动力学，后者主要包括：结构振动理论、波动力学、结构动力稳定性理论。由于施加在结构上的外力几乎都是随机的，而材料强度在本质上也具有非确定性。

五、工程力学未来的发展趋势

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。我国工程力学在未来的应用前景十分广阔，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。

结语

通过上文的论述，使读者深入了解了目前我国工程力学的发展简史以及研究方式，同时对工程力学有了更深层次的理解。对我国未来工程力学的发展研究有了更明确的认知。只有提升了工程力学的专业性，才能更好地为相关工程提供技术指导。

参考文献：

[1]王长连；土木工程力学发展简史与基本研究方法简介[A]；第二届全国力学史与方法论学术研讨会论文集[C]；2005年

[2]庄表中、王惠明编著，理论力学工程应用新实例，高等教育出版社，2009.7

[3][英]季天健、AdrianBeii著，武岳、孙晓颖、李强译，感知结构概念（Seeingand Touching Structural Concepts），高等教育出版社，2009.10