浅谈工程力学的应用与发展

浅谈工程力学的应用与发展

黄梓幸

西南交通大学（犀浦校区）力学与工程学院湖南省常德市611756

摘要：我们人类最早对力学的认识与研究可以追溯到史前年代。在我国古代就有关于力学方面的史文记载。工程力学作为力学的一个主要分支，主要是研究机械、土建、交通、航空、水利等各行各业与力学之间的相互关系，并合理科学的整合力学，使之在这些领域当中有效的运用。工程上的许多问题只有通过力学与工程技术相互结合才能得到解决，同时，力学在漫长的历史研究中也改变了各大工程领域的设计理念与方法。本文主要对力学的发展状况做一个简要的阐述，并研究力学在各大领域当中的实际应用。

关键词：工程力学；应用与发展

引言

工程力学这一主观概念是我国学者钱学森在20世纪50年代提出的，当时我国处于对工业的探索时期，许多工程领域出现的问题已经无法用简单的工程技术进行解决，为了减少人力、物力、财力的投入，许多学者开始寻求别的方法，在这样的环境背景下，工程力学孕育而生。

1、工程力学的简述

工程力学是一个涉及领域较广的学科，他将力学与工程技术完美的结合起来，解决实际生活中的一些难以用工程技术单独解决的问题。总的来说，工程力学的理论性知识较强，且与工程技术之间有着十分紧密的联系，工程力学中所得出的定理和定律是解决实际工程问题的主要理论依据。

2、工程力学的发展

2.1工程力学的主要特点

我国在工程力学领域的起步较晚，如今还处于萌芽阶段，在许多方面还不成熟，大多数定理还是继用力学这门原始学科的观点。但是工程力学作为力学的主要分支，将工程技术合理的融入到了力学这门学科当中，还是有一些其自身独有的特点的。（1）工程力学着重于对问题的根本机理进行一个研究，并通过相关的力学定理和定律建立模型来解决实际问题，对于一些新型问题，会利用实验从中获得问题解决的方法。（2）工程力学打破了以往科学技术从宏观到宏观、宏观到微观、微观到微观的固有模式，而是开辟了从微观到宏观的先河，将近代物理和近代化学的成就完美结合，开创了宏观物质的微观理论，很大程度上便捷了工程方面的问题解决。总而言之，建立宏观物质的微观理论是工程力学开创的根本目的和主导思想。（3）工程力学所面临的问题不仅仅只是单个的工程问题或是单个的物理问题，往往这些问题十分复杂与多变，利用现有的化学与物理知识的结合或是力学知识月工程技术的结合，还是难以解决问题的本质。因此，经常将实验与多种科学相互结合也是工程力学的一大特点之一。

2.2工程力学的研究方向和研究的主要内容

气体、液体、固体的平衡现象是力学工程的主要研究内容之一，此外工程力学还着力于研究热学和化学物质的平衡现象。工程力学主要借助统计力学当中的一些方程式来解决实际生活当中的平衡问题。目前我国工程力学的研究工作主要集中于对高温环境下气体的平衡现象、粘稠液体在高压环境下的热力学平衡以及固体材料在不同压力和温度下的弹性、强度和本身结构的变化。

我国工程力学的主要研究方向：目前根据我国工程力学发展的阶段来看，其研究的重心主要放在对非线性力学与工程的联系、工程技术的稳定性与力学的联系、工程中的材料性质与力学的关系、数值分析与工程的应用等方面。

3、工程力学在各大领域当中的运用

3.1工程力学应用当中的材料力学

材料力学可以说是生活当中运用最广泛的一种工程力学，几乎随处可见。比较大型的有建筑中的各个结构，大型机械中的各种小的机器部件等，比较小型的有日常生活中常见的食品包装袋，日用品等。虽然这些看起来与材料力学无关，但实际上各个物件的强度、稳定性想要符合其本身的性质，都需要用到材料力学当中的相关知识。以下就是材料力学在日常生活中的几个运用：

（1）材料力学在机械当中的运用：生活中的机械结构一般都比较复杂，其每个部件的完美组合才能保证机器的正常运作。例如连接机器各个部件的铆钉、螺丝、销钉等，都需要经过准确的剪切，剪切的过程就需要考虑到这种材料的剪切应力。材料力学中的冷作硬化现象是用来提高材料承载力的主要原理依据，例如为了防止建筑工程中钢筋与起重链条由于冷作硬化作用变脆，容易发展断裂，造成裂纹和施工事故，会采取退火处理，来减弱材料力学中所发生的冷作硬化效应。

（2）材料力学在生活用品中的应用：例如我们常用的食品包装袋，为了使其易于打开，往往会在包装袋上剪一个小口，其中就用到了材料力学当中应力集中。

生活当中许多构件在其实际运作过程中都会用到材料力学的原理，只要我们用心观察，就可以发现材料力学在我们生活当中的大作用。因此，我们需要用发现的眼睛去留心我们生活当中的方方面面，一定能让我们受益匪浅。

3.2工程力学中的固体力学

我们的生活当中存在着固体、液体、气体，其中固体可以说是三种之中最常见的一种形态，其中常见的房子、汽车、桥梁、飞机以及日用家具等，其结构设计无一不是应用了固体力学的原理。固体力学主要用于工程结构当中的力学分析，例如常常利用固体力学对一些杆件或杆系结构进行力学分析，使这些材料在实际运用过程中即满足安全要求，又符合经济效益。随着科技技术的不断发展，固体力学逐渐与电子技术相互融合，使各项固体设计逐渐趋于科学化、规范化、标准化。

3.3工程力学中的流体力学

流体力学主要是对气体和水的研究，牛顿定律和质量守恒定律是流体力学研究的主要依据。例如地下水的开采，需要通过流体力学对流体在多孔和缝隙介质当中的运动规律，并采用多孔过滤和分离的工序，使地下水符合利用标准。例如物体的燃烧，气体是其不可确实的必备条件之一，其中就涉及到了化学反应与流体力学的相互整合。此外，航空领域、建筑领域、石油和天然气的开采都离不开流体力学的作用。

3.4工程力学中的结构力学

结构力学在实际生活中无处不在，例如桥梁、房屋建筑、汽车、日常用品中的结构设计，都是依据结构力学原理所完成的。例如汽车的构建，同侧的两个车轮即没有在汽车构造的两端，也没有在汽车构造的中间，而是位于车左右两端的四分之一处，很多买车的人都没有注意到这个细节，这种构造巧妙的使车身材料得到了充分利用，同时也加固了车辆的安全行驶。生活当中结构力学不仅使物件在安全和保护环境上得到的改进，同时在一定程度上也减少了物件的成本投入。

4、结语

工程力学可以说是涉及到了生活当中的方方面面：人们的日常出行、居住房屋、工作中的机械、生活中的日常用品等。工程与力学的有效结合，使生活当中那些难以用简单的工程技术或是力学知识来解决的问题得以突破。由于我国经济和各大行业的发展都离不开力学在其中所发挥的作用，加快工程力学的发展步伐十分重要。目前来看，我国工程力学所处于一个萌芽阶段，在很多领域的应用还不够成熟，国家和社会还需加大对工程力学的研究力度，使工程力学在各大领域的应用过程当中更加的合理与科学。此外，工程力学的发展还需与时俱进，跟上时代的步伐，随着科学的进步而进步。

参考文献

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