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发信人: skyfly (飞天), 信区: Physics
标  题: 21世纪初的力学发展趋势2(zz)
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年05月27日10:11:38 星期二), 站内信件

       

       【转帖】21世纪初的力学发展

         由于解决科学和工程技术问题需要计算，力学工作者在电子计算
      机出现之前就已经提出了不少有效的数学工具和计算方法。由边界层
      研究发展起来的奇异摄动法已经形成普遍使用的数学手段。有些方法，
      如Galerkin法，松弛法等，至今仍是计算数学的基本方法之一。在高
      速电子计算机出现后，力学的计算更是如虎添翼，新的计算方法迅速
      出现，如从结构力学中发展起来的有限元法，现在已是各种科学问题
      (远不限于力学)的基本算法之一。由于流体力学计算的需要，极大地
      推动了有限差分法的发展。现在，计算力学已是整个计算科学中最重
      要的支柱之一。
 
      　　从以上对力学发展过程的回顾可以清楚地看到，力学是随着人类
      认识自然现象和解决工程技术问题的需要而发展起来的。力学又的确
      对认识自然和解决工程技术问题起着极为重要、在很多时候是关键的
      作用。环绕我们的自然界，如今还有众多的关系到人类生存和生活质
      量的宏观现象，远没有被认识清。如全球的气候问题、环境问题、海


      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


      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。
 


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每个人都掌握一把开启天堂之门的钥匙，这把钥匙同样也可打开地狱之门。

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