摘 要：工程力學(xué)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的宏觀規(guī)律進(jìn)行研究，并應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中。工程向力學(xué)不斷提出問(wèn)題，力學(xué)持續(xù)向工程提供設(shè)計(jì)思想。本文淺述了工程力學(xué)的發(fā)展進(jìn)程，對(duì)工程力學(xué)學(xué)科的內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)述，并討論了工程力學(xué)在材料力學(xué)和固體力學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué) 材料力學(xué) 固體力學(xué) 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.前言

至今為止，“力學(xué)”在工程領(lǐng)域上的應(yīng)用可謂是越來(lái)越深入，在大部分的應(yīng)用工程中，包括有：交通、機(jī)械、建筑、石油、軍事、水利、采礦、冶金、化工以及空間工程等等，這些領(lǐng)域的研究工作中處處都需要工程力學(xué)作為研究的有力支撐。正是由于其間不可分離的緊密聯(lián)系，長(zhǎng)期以來(lái)“工程”也向“力學(xué)”不斷提出各種各樣的問(wèn)題并且發(fā)起了各種各樣的挑戰(zhàn)，同時(shí)，力學(xué)也持續(xù)以新的創(chuàng)新成果一直在深刻地改變著工程設(shè)計(jì)的理論思想。

在工程力學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，結(jié)構(gòu)力學(xué)無(wú)疑是一個(gè)極其重要的學(xué)科組成部分。任何工程的完成過(guò)程中，都要經(jīng)歷設(shè)計(jì)和建造工程結(jié)構(gòu)物的階段，因此都有結(jié)構(gòu)力學(xué)的問(wèn)題出現(xiàn)。在如今現(xiàn)代化的實(shí)際工程當(dāng)中，工程的組成結(jié)構(gòu)越來(lái)越發(fā)地復(fù)雜化，因此在結(jié)構(gòu)分析的時(shí)候需要考慮的因素也隨之越來(lái)越繁雜，對(duì)工程力學(xué)的要求也就越來(lái)越嚴(yán)格。近二十多年以來(lái)，結(jié)構(gòu)力學(xué)發(fā)生了里程碑階段的變化。在各種促進(jìn)結(jié)構(gòu)力學(xué)發(fā)展轉(zhuǎn)變和進(jìn)步的因素當(dāng)中，電子計(jì)算技術(shù)的促進(jìn)作用可以說(shuō)最為突出。

工程力學(xué)這門(mén)科學(xué)涉及了許許多多的力學(xué)學(xué)科分支，涵蓋了廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域。工程力學(xué)是一門(mén)理論性很強(qiáng)并且與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切的技術(shù)類型的基礎(chǔ)學(xué)科。眾所周知，工程力學(xué)包括“靜力學(xué)” 和“材料力學(xué)”兩大基礎(chǔ)。工程力學(xué)的基礎(chǔ)力學(xué)定理、力學(xué)定律以及典型的力學(xué)結(jié)論在各行各業(yè)的工程技術(shù)中都得到了廣泛應(yīng)用，可以說(shuō)是解決實(shí)際工程問(wèn)題的重要理論力學(xué)基礎(chǔ)。

2.淺述工程力學(xué)的發(fā)展和學(xué)科組成

二十世紀(jì)初期土力學(xué)的概念逐漸發(fā)展，在土力學(xué)發(fā)展的初期，朱明學(xué)者泰爾扎吉做出了重要的貢獻(xiàn)。巖體力學(xué)正處于發(fā)展當(dāng)中，其中包括對(duì)具有不連續(xù)面的硬巖性質(zhì)的研究擴(kuò)展到對(duì)軟巖性質(zhì)的研究。巖體力學(xué)是工程力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)的融合學(xué)科。自十九世紀(jì)以來(lái)，連續(xù)體力學(xué)對(duì)各個(gè)物體的性質(zhì)，如柱的穩(wěn)定性，梁的剛度與強(qiáng)度，彈性模量，變形與力的關(guān)系，粘性模量等進(jìn)行研究。最初的連續(xù)體力學(xué)從宏觀角度出發(fā)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與理論分析的方式來(lái)研究物體的各種性質(zhì)。由質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的定律推廣到連續(xù)體力學(xué)的定律并進(jìn)行進(jìn)一步的研究?；诙兰o(jì)前半期物理學(xué)的飛速發(fā)展，同時(shí)利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)的不斷成熟為理論基礎(chǔ)，理性力學(xué)由此誕生。典型代表有：賴納提出的關(guān)于粘性流體分析的論文，里夫林提出的關(guān)于彈性固體分析的論文，這些理論的提出都為理性連續(xù)體力學(xué)的新體系奠定了基礎(chǔ)。

在工程力學(xué)中，質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系以及剛體力學(xué)是理論力學(xué)的研究對(duì)象。其中剛體是指一種理想化的固體，剛體的大小和形狀固定，不會(huì)由于外界作用而改變，也就是說(shuō)質(zhì)點(diǎn)系當(dāng)中各點(diǎn)之間的距離絕對(duì)不變。理論力學(xué)的理論基礎(chǔ)是著名的牛頓定律，牛頓定律是研究工程技術(shù)科學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)。固體力學(xué)涵蓋了結(jié)構(gòu)力學(xué)、塑性力學(xué)、彈性力學(xué)和復(fù)合材料力學(xué)以及斷裂力學(xué)等。尤其是結(jié)構(gòu)力學(xué)和塑性力學(xué)以及彈性力學(xué)在土木建筑工程上得到了應(yīng)用廣泛，所以將其統(tǒng)稱為建筑力學(xué)。二十世紀(jì)五十年代后期，伴隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元法的誕生，計(jì)算力學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，二十世紀(jì)五十年代以來(lái)，概率統(tǒng)計(jì)理論在工程力學(xué)上的應(yīng)用逐漸深入，促進(jìn)了工程力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。

3.工程力學(xué)的應(yīng)用

3.1材料力學(xué)

材料力學(xué)在我們的生活中被廣泛應(yīng)用，比如機(jī)械中的各種零件機(jī)械，建筑物種的各種工程結(jié)構(gòu)，以及生活中隨處可見(jiàn)的塑料包裝和各種生活用品。所有的物品都要具有人類對(duì)其要求的剛度和強(qiáng)度以及穩(wěn)定性，以保證正常工作和安全使用。

鉚釘，鍵以及銷(xiāo)釘和螺栓等材料的變形都屬于剪切變形，在進(jìn)行這種主要以剪切變形為主的物品的設(shè)計(jì)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮剪切應(yīng)力。而轉(zhuǎn)動(dòng)軸，水輪機(jī)主軸和轉(zhuǎn)向軸等部件發(fā)生的主要是扭轉(zhuǎn)變形，而梁主要發(fā)生的是彎曲變形。有些桿在工作中會(huì)發(fā)生兩種甚至以上的變形，根據(jù)其發(fā)生的主要變形來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能保證最不利情況下的安全使用。實(shí)際工程中常常需要利用材料的特點(diǎn)來(lái)提高材料的承載能力，比如在建筑工程中，冷作硬化會(huì)使得鋼筋或其他材料變脆，變硬，進(jìn)而使加工困難，容易產(chǎn)生裂縫，強(qiáng)度降低，這時(shí)候利用材料力學(xué)的知識(shí)，人們經(jīng)常用退火處理技術(shù)來(lái)部分或全部抵抗材料的這種不利變化。

3.2 固體力學(xué)

如論是體積龐大的天體還是細(xì)小的微粒，都存在著各種固體力學(xué)的問(wèn)題。山崩地裂這個(gè)成語(yǔ)所描繪的現(xiàn)象就與固體力學(xué)緊密相關(guān)。在現(xiàn)代工程中，船舶的制造，飛行器的制造以及房屋的搭建，和橋梁的修筑，水壩的建造以及各種日用家具和各種物理反應(yīng)堆的建造，無(wú)一不與固體力學(xué)緊密相關(guān)。所有結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都應(yīng)用到了固體力學(xué)的原理和基礎(chǔ)理論知識(shí)。固體力學(xué)研究彈性以及塑性、線性以及非線性問(wèn)題。在固體力學(xué)的早期研究工作中，由于知識(shí)技術(shù)水平的限制，學(xué)者們幾乎都是先將研究對(duì)象假設(shè)為均勻的連續(xù)的介質(zhì)，但隨著知識(shí)水平的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)復(fù)合材料的出現(xiàn)使得復(fù)合材料力學(xué)和斷裂力學(xué)不得不將其研究的領(lǐng)域范圍擴(kuò)大，對(duì)非線性連續(xù)物體和帶有裂紋裂縫的物體進(jìn)行研究工作。

固體力學(xué)的研究對(duì)象按照對(duì)象的形狀可以分為板殼、空間體、桿件以及薄壁桿四大類型。其中薄壁桿在飛行器和建筑工程中都有著廣泛的采用。

4.結(jié)論

工程力學(xué)對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的宏觀規(guī)律進(jìn)行研究并應(yīng)用于實(shí)際工程當(dāng)中。正如著名學(xué)者所說(shuō)：力學(xué)有兩個(gè)服務(wù)對(duì)象，一是為了工程設(shè)計(jì)而服務(wù)，而是為了發(fā)展生產(chǎn)力而服務(wù)。這兩種服務(wù)相輔相成，共同促進(jìn)。力學(xué)的誕生以及力學(xué)的發(fā)展，從最初就是由生產(chǎn)力來(lái)決定的。在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展的時(shí)代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用為工程力學(xué)的發(fā)展提供了新的方向。當(dāng)電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)改變了人類的工作內(nèi)容和工作方法的時(shí)候，關(guān)于結(jié)構(gòu)力學(xué)的有限元法以及優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論方法等將有待進(jìn)一步的研究分析。在計(jì)算機(jī)的幫助下，優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法有了強(qiáng)有力的支撐，能夠促使我們向著結(jié)構(gòu)最經(jīng)濟(jì)最安全的方法邁進(jìn)，得出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)方案和設(shè)計(jì)。工程給力學(xué)提出挑戰(zhàn)和問(wèn)題，力學(xué)為工程解決問(wèn)題并提供設(shè)計(jì)思想，工程與力學(xué)相輔相成，不可分割。工程力學(xué)在生活中處處存在，實(shí)用性極強(qiáng)，因此非常有必要對(duì)工程力學(xué)進(jìn)行進(jìn)一步的研究和重視。

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作者簡(jiǎn)介：

劉嘉興（1997.06.02–）男，漢族，江西省贛州市，身份證號(hào)：360721199706020816，本科生，研究方向：工程力學(xué)