Mechanics 版 (精华区)

发信人: spaceflight (雨前龙井), 信区: Mechanics
标  题: 21世纪初的力学发展趋势——固体力学
发信站: 哈工大紫丁香 (Sun Apr  3 15:34:46 2005), 转信

21世纪初的力学发展趋势——固体力学

    固体力学是研究固态物质和结构(构件)受力而发生的变形、流动和破坏的一门学科。固态物质和结构的多样性，使其受力后的响应丰富多彩。如弹性、塑性、蠕变、断裂、疲劳等。而众多自然现象(如地震)和关键工程问题(如飞机强度)，则是固体力学研究对象的实例。

　　固体力学在过去的年代，创立了一系列重要概念和方法，如连续介质、应力、应变、分叉、断裂韧性、有限元法等，这些辉煌成就不但造就了近代土木建筑工业，机械制造工业和航空航天工业，而且为广泛的自然科学如偏微分方程、非线性科学、固体地球物理学等提供了范例或基本理论基础。

　　尽管固体力学中的弹性力学是一门定量化程度很高的精确学科，但是现代固体力学由于其涉及对象的复杂性，提出了一系列处于科学前沿的挑战性问题。例如：

　　工程材料实际强度和目前的理论强度相差一至二个数量级。这个矛盾曾推动位错、裂纹等的重要物理、力学理论的建立。然而，至今这个根本矛盾依然存在。固体力学如今不仅限于计算微小应变和应力，而且要求判断变形局部化、损伤、寿命乃至断裂。更进一步的问题是如何将不同性能和功能的材料合理地配置在一起，形成某种特定的复合材料，以实现实用所要求的某种考虑如比重、刚度、强度、韧性、功能乃至价格等多种因素的优化组合，并促成材料设计科学。再进一步是将各种特定的制备和加工技术，如塑性成形、粒子束加工等工艺，也达到机理性的认识和优化控制。到那时，整个材料和制造业，将从所谓的“厨房中的化学”变为节省资源，节省能源，优化合理的产业。

　　现在的各类复杂结构，包括桥梁、飞机，到人工器官的设计，还是不够科学的、优化的。带来的问题是火箭、飞机屡有失事；多数结构依靠过大的安全系数(如飞机为1.5)来换取安全，不必要地耗费了许多材料。即使如此，桥梁等建筑物的坍塌仍时有发生。如何优化设计各类复杂结构(如高速运输工具)，使其在各类载荷环境(冲击、循环载荷、潮湿、低温等)下可靠、舒适地运行，既是十分实际的工程问题，也属复杂系统响应这类前沿科学问题。地震是怎样发生的，泥石流和滑坡能否预测预报，作为大型土木工程(水坝，建筑物)基础的岩石和土在长时受载下的流变等一系列地质力学和岩土力学问题，仅靠目前的连续介质力学也是难以解决的，必须针对地学特点构筑新的力学模型，以作为地球动力学和工程地质学的基础。

　　所以，展望下世纪初固体力学的发展，可以呈现如下趋势：

　　经典的连续介质力学将可能会被突破。新的力学模型和体系，将会概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观和微观因素，以及这些因素的演化，从而使复合材料(包括陶瓷、聚合物和金属)的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上。

　　固体力学将融汇力-热-电-磁等效应。机械力与热、电、磁等效应的相互转化和控制，目前大都还限于测量和控制元件上，但这些效应的结合孕育着极有前途的新机会。近来出现的数百层叠合膜“摩天大厦”式的微电子元器件，已迫切要求对这类力-热-电耦合效应做深入的研究。以“Mechronics”为代表的微机械、微工艺、微控制等方面的发展，将会极大地推动对力-热-电-磁耦合效应的研究。

　　固体力学中压杆变形的分叉，曾是促进非线性动力学近代大发展的一个核心概念。随着固体力学把固体和结构视为含多个物质层次的复杂系统，并研究它在外载荷下的演化过程，可以预期非线性动力学，非平衡统计和热力学的概念和方法将会大大丰富起来。

　　分子动力学等微观模拟方法和复杂结构的仿真将会随着计算机的飞速发展，更大规模地、更迅速地在固体力学和工程设计中得到应用与发展。目前工程界广泛应用的有限元法，就是计算机技术与固体力学相结合的产物，它曾极大地推动了本世纪工程科学的发展。过去，限于计算机的速度和容量，许多非线性问题不能很好解决。分子动力学模拟目前离实用还有很大距离。但下世纪初，这种局面势必会有很大变化。

　　固体力学的上述发展，无疑会推动科学和工程技术的巨大进步。



来源:饮水思源bbs

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                         忽报人间曾伏虎，泪飞顿作倾盆雨。


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