工程力学的发展与展望

底千贺

摘要：工程力学是物理中力学的一个分支学科，中国物理学家钱学森先生提出这一命名并为该学科建设做了开创性与推动型贡献。工程力学在工科学校属于一门主干学科，一是其研究可以直接用于解决工程建设中的力学问题，二是工程力学也是其他学科与研究领域的基础学科，同时也培养了大量的与力学工程相关的专业人才。对于理工科学生而言，了解工程力学的内涵、发展与应用，对于其专业选择、专业学习与就业选择等会有较大的帮助，因此，本文将对此展开研究。

关键词：工程力学;理论研究;应用技术

工程力学是物理中力学的一个分支学科，是各种工程与力学的融合形成的交叉性综合学科，涉及到土木建设、材料学、机械与自动化学科、能源、化工以及航空、传播、水利等专业与学科。力学工程分为六个研究方向，分别为：非线性力学及工程、工程稳定性，分析与控制技术、应力变形测量理论与破坏检测技术、数值分析与工程应用、工程材料的物理力性质、工程动力学及工程爆破。工程力学是研究物质宏观运动规律及其现实应用的学科，通过工程力学的研究成果与应用研究去改进工程设计思想。

现代工程技术与尖端科学技术发展非常迅速，需要对物体本身的宏观运动与物体内部的原子、分子的微观运动以及相互作用的过程进行研究，发现并总结运动规律。可以说，过程力学的发展不仅直接为工程技术发展提供材料、介质等物性资料，为其提供技术支撑，还为其他学科的发展创造条件。

一、力学工程的发展

（一）工程力学的诞生

20世纪50年代末，工程力学在中国物理学家钱学森的努力与创下，得以诞生。当时，在生产中出现了一些条件比较极端的过程技术类问题，比如，过程中涉及到的温度高达几百万度，涉及到的气压达到几百万大气压，着这样极端的条件下，很难直接测试介质和材料的性质。即使可以直接测试，也需要耗费大量的时间和资金，需要消耗大量的成本，阻碍了相关研究与应用的发展。为了避免在如此极端的情况下进行检测，可以考虑从给微观分析入手，即通过对分子与原子的研究去分析和检测介质与材料的性质。在实际工程中，类似这样的问题还有很多，为了推动工程研究与技术的发展、也为了解决实际生产中面临的难题，工程力学应运而生。

（二）工程力学发展到自成体系

随着工程力学的发展，一些问题也迎刃而解。一方面，产生了一种新的方法，可以预知介质和材料在极端情况下的性质和状态变化规律;另一方面，在现代科学的推动下，尤其是分子原子力学与统计力学的建设与发展，使得研究物质的微观结构与运动规律变得可行而准确，也就是说，通过围观分子原子运动研究去推断物体宏观运动的规律和特性是可能的，也为其提供的研究基础。

目前，力学工程的发展还处于初级阶段，对于基礎学科与老学科的依赖性比较强，但是工程力学自身也取得了长足的发展，形成了自身的发展特点：

1）重视通过分析问题的机理、借助理论模型来分析和解决问题;

2）重视计算方式与运算手段，不是定性地解决问题或者解决原则性的问题，而是求得准确的数值结果，因此也不难理解工程力学必须以数学、计算机等学科为基础学科;

3）重视从微观到宏观的分析与检测，这是工程力学的核心思想与根本目标，以上分析过，对某些宏观问题进行直接研究存在一定困难，但是如果从围观入手去，这些宏观问题可能就迎刃而解;

4）包容性与综合性。一方面，工程力学是在多个基础学科之上发展起来的，它可以容纳大量的其他学科的知识并将其加以运用;另一方面，工程力学也被广泛用于多个领域，比如隧道、桥梁、建筑基础、水利、矿山等。吸纳更多学科的知识，对于工程力学自身的完善与发展起着推动作用，同时也将更好地发挥“桥梁”的作用。

（三）工程力学的现代化发展

随着计算机技术、网络技术、概率统计与有限元法的的发展，工程力学也有了新的突破。比如，计算力学得以诞生和发展，突破了以往某些指标无法量化测算的困难，通过将概率论与计算机技术融合到工程力学中，使得所有测量结果都可以实现数字化，并且可以通过计算机技术实现快速而准确的机械化计算，大大提高了工程力学的研究进程与应用效率。同时，随着互联网技术与自动化技术的快速发展，工程力学也逐渐实现了智能化、机械化、全球化，使得工程力学能够解决的问题越来越多，也促进了工程力学系统的进一步完善与形成强大的应用能力。

二、力学工程的应用展望

工程力学的应用范围较为广泛，本文选取两个方面进行讨论与分析。

（一）材料力学

材料力学被广泛用于日常生活中的各类产品，比如机械设备中的各类机械零部件、建筑设计中的各种工程结构，还有比较常见各类生活包装袋与日常生活用品。因为这些物品都会涉及到材料应用，材料就会涉及到硬度、强度、弹性与稳定性等方面的测试，而测试就要用到材料力学（材料是工程力学的一种应用），只有通过检测才能保证物品的正常使用与安全使用。

力学工程往往会通过识别材料的特点，借以提高材料的承载力。比如，建筑领域离不开的钢筋，钢筋通常在冷作硬化的情况下会变得更加硬和脆，就容易破裂，是加工变得更加困难，其承重或抗压的强度也会降低，这是通过工程力学对其进行改进，比如退火处理技术就可以应对钢筋困难产生的这种不利变化。

（二）固体力学

固体力学主要研究和测试物体或者物品的坚固性、线性与非线性、弹性、塑性等问题，比如桥梁、飞行器、船舶、水坝甚至是各种日用家具等的建造，无不与固体力学紧密相关。

无论是体积庞大的天体还是视觉无法察觉的微粒，都离不开固体力学。以前，学术界都认为固体是由均匀连续的介质组成的，但是今年复合材料的出现改变了这一判断，因为传统的固体力学知识无法解决复合材料需要的检测、加固等需求，使得固体力学不得不扩大自身的研究范围，比如对非线性物体与带有裂纹或者裂缝的物体展开研究。

三、总结

本王对工程力学的发展与展望进行了研究，工程力学是一门集土木建设、材料学、机械与自动化学科、能源、化工以及航空、传播等众多学科于一体的综合性学科，同时也被广泛用于隧道、桥梁、建筑基础、水利、矿山等多个领域，具有重要的现实意义。本文将工程力学的发展分为三个阶段，分别诞生阶段、形成自我发展体系的阶段、实现现代化发展的阶段。最后，还对工程力学在材料力学与固体力学的应用展望进行了探讨。

参考文献：

[1]刘嘉欣.浅谈工程力学的应用与发展[J].科教导刊，2017 （28）：135.

[2]黄丽艳.《工程力学》的发展与展望[J].工程力学，2018 （10）：1-13.