力學的未來發(fā)展

1、For personal use only in study and research; not for commercial use力學的未來發(fā)展1107064136，吳厚波力學是力與運動的科學，它研究的對象主要是物質(zhì)的宏觀機械運動，它既是基礎(chǔ)科學，又是眾多應(yīng)用科學特別是工程技術(shù)的基礎(chǔ)。它過去建立在牛頓定律和經(jīng)典熱力學的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在則擴大到量子力學描述的微觀層次。力學和天文學、微積分學幾乎同時誕生，曾在經(jīng)典物理的發(fā)展中起關(guān)鍵作用。以下就力學幾大方面的發(fā)展趨勢做一簡述。1固體力學經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學將可能會被突破。新的力學模型和體系，將會概括某些對宏觀力學行為起敏感作用的細觀和微觀因素，以及這些

2、因素的演化，從而使復(fù)合材料(包括陶瓷、聚合物和金屬)的強化、韌化和功能化立足于科學的認識之上。固體力學將融匯力-熱-電-磁等效應(yīng)。機械力與熱、電、磁等效應(yīng)的相互轉(zhuǎn)化和控制，目前大都還限于測量和控制元件上，但這些效應(yīng)的結(jié)合孕育著極有前途的新機會。近來出現(xiàn)的數(shù)百層疊合膜“摩天大廈“式的微電子元器件，已迫切要求對這類力-熱-電耦合效應(yīng)做深入的研究。以“Mechronics”為代表的微機械、微工藝、微控制等方面的發(fā)展，將會極大地推動對力-熱-電-磁耦合效應(yīng)的研究。固體力學中壓桿變形的分叉，曾是促進非線性動力學近代大發(fā)展的一個核心概念。隨著固體力學把固體和結(jié)構(gòu)視為含多個物質(zhì)層次的復(fù)雜系統(tǒng)，并研究它在外載

3、荷下的演化過程，可以預(yù)期非線性動力學，非平衡統(tǒng)計和熱力學的概念和方法將會大大豐富起來。分子動力學等微觀模擬方法和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的仿真將會隨著計算機的飛速發(fā)展，更大規(guī)模地、更迅速地在固體力學和工程設(shè)計中得到應(yīng)用與發(fā)展。目前工程界廣泛應(yīng)用的有限元法，就是計算機技術(shù)與固體力學相結(jié)合的產(chǎn)物，它曾極大地推動了本世紀工程科學的發(fā)展。過去，限于計算機的速度和容量，許多非線性問題不能很好解決。分子動力學模擬目前離實用還有很大距離。但下世紀初，這種局面勢必會有很大變化。固體力學的上述發(fā)展，無疑會推動科學和工程技術(shù)的巨大進步。2一般力學一般力學的對象主要是有限自由度系統(tǒng)的運動及其控制，有時它包含一個或多個無限自由度子系

4、統(tǒng)。它包括運動穩(wěn)定性理論、振動理論、動力系統(tǒng)理論、多體系統(tǒng)力學、機械動力學等，其中運動穩(wěn)定性理論源出于對天體的形狀及軌道穩(wěn)定性問題的研究。各種利用有利振動的工程機械也被廣泛使用。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，新問題仍層出不窮。隨著各種機器人的日益廣泛采用，不僅需要研究組成機器人的多體系統(tǒng)的運動和控制，而且還要考慮某些部件的彈性，否則不能保證其定位精度。人造衛(wèi)星往往帶有尺寸很大的柔性部件和液體。為保證其穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的運動穩(wěn)定性理論已不能解決問題，需要有能分析這類既有剛體，又有可大變形的柔體及液體的系統(tǒng)的理論和方法。高速列車的速度越來越快，車輛(包括單車和列車)運行時的平穩(wěn)性是必須保證的?，F(xiàn)有的理論在這里

5、再一次顯得不夠，因為有必要把車輛和軌道作為一個系統(tǒng)來考慮。要考慮輪軌接觸的彈性變形及輪軌之間單邊接觸這類強非線性問題。近年來我國多次發(fā)生大型汽輪發(fā)電機組的事故，說明在越來越大和越來越復(fù)雜的機械系統(tǒng)中，仍有不少重要力學問題沒有被認識。大并不是小的簡單放大，復(fù)雜也不是若干部分的簡單相加。在有些復(fù)雜系統(tǒng)中，采取先分析單個零部件而后綜合分析的辦法往往并不很有效。這時有可能要對復(fù)雜系統(tǒng)進行直接建模，但遇到非線性系統(tǒng)，由于其行為的復(fù)雜性，例如分叉、混沌等的出現(xiàn)，給系統(tǒng)建模和求解帶來了很多新的困難問題，其中包括理論的、實驗的及計算方面的。各種參數(shù)對系統(tǒng)行為的影響尤其復(fù)雜。不解決這類問題，未來的大型空間站的設(shè)

6、計、建造及運行將不可能實現(xiàn)，因為大型空間站正是由很多部件，包括剛性的、彈性的、柔性的(大變形體)，液體的，以及在其中工作、生活的人所組成的大型復(fù)雜系統(tǒng)。在現(xiàn)代及未來大氣中飛行器運動的分析及控制問題中，建模時已著手同時考慮飛行體及氣動力的耦合。例如，在現(xiàn)代大型民航機上已經(jīng)采用了電子主動控制，使原本不穩(wěn)定的機翼不僅能保持穩(wěn)定，而且減輕了重量，增加了飛行舒適性。一般力學近來已開始進入生物體運動問題的研究，研究了人和動物行走、奔跑及跳躍中的力學問題。這種在宏觀范圍內(nèi)對生物體進行的研究，已經(jīng)帶來了一些新的結(jié)果。億萬年生物進化的結(jié)果，的確把優(yōu)化的運動機能賦與了生存下來的物種。對其進一步研究，可以提供生物進

7、化方向的理性認識，也可為人類進一步提高某些機構(gòu)或機械的性能提供方向性的指導(dǎo)。非線性科學是目前正在日益顯示其重要性的學科。宏觀的機械運動中不僅同樣包含著各種非線性現(xiàn)象，而且再一次提供了最直觀、最易于感知的實例。由于力學為非線性現(xiàn)象提出了很多典型例子，因此，眾多的力學工作者參與研究，必將推動非線性科學的發(fā)展。僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途。For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur fr den persnlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwen