力學(xué)的未來(lái)發(fā)展

1、For personal use only in study and research; not for commercial use力學(xué)的未來(lái)發(fā)展1107064136，吳厚波力學(xué)是力與運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，它研究的對(duì)象主要是物質(zhì)的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它既是基礎(chǔ)科學(xué)，又是眾多應(yīng)用科學(xué)特別是工程技術(shù)的基礎(chǔ)。它過(guò)去建立在牛頓定律和經(jīng)典熱力學(xué)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)在則擴(kuò)大到量子力學(xué)描述的微觀層次。力學(xué)和天文學(xué)、微積分學(xué)幾乎同時(shí)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(xué)幾大方面的發(fā)展趨勢(shì)做一簡(jiǎn)述。1固體力學(xué)經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)將可能會(huì)被突破。新的力學(xué)模型和體系，將會(huì)概括某些對(duì)宏觀力學(xué)行為起敏感作用的細(xì)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(qiáng)化、韌化和功能化立足于科學(xué)的認(rèn)識(shí)之上。固體力學(xué)將融匯力-熱-電-磁等效應(yīng)。機(jī)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(cè)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(jī)會(huì)。近來(lái)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(duì)這類力-熱-電耦合效應(yīng)做深入的研究。以“Mechronics”為代表的微機(jī)械、微工藝、微控制等方面的發(fā)展，將會(huì)極大地推動(dòng)對(duì)力-熱-電-磁耦合效應(yīng)的研究。固體力學(xué)中壓桿變形的分叉，曾是促進(jìn)非線性動(dòng)力學(xué)近代大發(fā)展的一個(gè)核心概念。隨著固體力學(xué)把固體和結(jié)構(gòu)視為含多個(gè)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(guò)程，可以預(yù)期非線性動(dòng)力學(xué)，非平衡統(tǒng)計(jì)和熱力學(xué)的概念和方法將會(huì)大大豐富起來(lái)。分子動(dòng)力學(xué)等微觀模擬方法和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的仿真將會(huì)隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，更大規(guī)模地、更迅速地在固體力學(xué)和工程設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)與固體力學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物，它曾極大地推動(dòng)了本世紀(jì)工程科學(xué)的發(fā)展。過(guò)去，限于計(jì)算機(jī)的速度和容量，許多非線性問(wèn)題不能很好解決。分子動(dòng)力學(xué)模擬目前離實(shí)用還有很大距離。但下世紀(jì)初，這種局面勢(shì)必會(huì)有很大變化。固體力學(xué)的上述發(fā)展，無(wú)疑會(huì)推動(dòng)科學(xué)和工程技術(shù)的巨大進(jìn)步。2一般力學(xué)一般力學(xué)的對(duì)象主要是有限自由度系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)及其控制，有時(shí)它包含一個(gè)或多個(gè)無(wú)限自由度子系

4、統(tǒng)。它包括運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論、振動(dòng)理論、動(dòng)力系統(tǒng)理論、多體系統(tǒng)力學(xué)、機(jī)械動(dòng)力學(xué)等，其中運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論源出于對(duì)天體的形狀及軌道穩(wěn)定性問(wèn)題的研究。各種利用有利振動(dòng)的工程機(jī)械也被廣泛使用。但是，隨著技術(shù)的發(fā)展，新問(wèn)題仍層出不窮。隨著各種機(jī)器人的日益廣泛采用，不僅需要研究組成機(jī)器人的多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性理論已不能解決問(wèn)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(chē)的速度越來(lái)越快，車(chē)輛(包括單車(chē)和列車(chē))運(yùn)行時(shí)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?yàn)橛斜匾衍?chē)輛和軌道作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)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(qiáng)非線性問(wèn)題。近年來(lái)我國(guó)多次發(fā)生大型汽輪發(fā)電機(jī)組的事故，說(shuō)明在越來(lái)越大和越來(lái)越復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中，仍有不少重要力學(xué)問(wèn)題沒(méi)有被認(rèn)識(shí)。大并不是小的簡(jiǎn)單放大，復(fù)雜也不是若干部分的簡(jiǎn)單相加。在有些復(fù)雜系統(tǒng)中，采取先分析單個(gè)零部件而后綜合分析的辦法往往并不很有效。這時(shí)有可能要對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)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(lái)了很多新的困難問(wèn)題，其中包括理論的、實(shí)驗(yàn)的及計(jì)算方面的。各種參數(shù)對(duì)系統(tǒng)行為的影響尤其復(fù)雜。不解決這類問(wèn)題，未來(lái)的大型空間站的設(shè)

6、計(jì)、建造及運(yùn)行將不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇笮涂臻g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(lái)大氣中飛行器運(yùn)動(dòng)的分析及控制問(wèn)題中，建模時(shí)已著手同時(shí)考慮飛行體及氣動(dòng)力的耦合。例如，在現(xiàn)代大型民航機(jī)上已經(jīng)采用了電子主動(dòng)控制，使原本不穩(wěn)定的機(jī)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(xué)近來(lái)已開(kāi)始進(jìn)入生物體運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的研究，研究了人和動(dòng)物行走、奔跑及跳躍中的力學(xué)問(wèn)題。這種在宏觀范圍內(nèi)對(duì)生物體進(jìn)行的研究，已經(jīng)帶來(lái)了一些新的結(jié)果。億萬(wàn)年生物進(jìn)化的結(jié)果，的確把優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)機(jī)能賦與了生存下來(lái)的物種。對(duì)其進(jìn)一步研究，可以提供生物進(jìn)

7、化方向的理性認(rèn)識(shí)，也可為人類進(jìn)一步提高某些機(jī)構(gòu)或機(jī)械的性能提供方向性的指導(dǎo)。非線性科學(xué)是目前正在日益顯示其重要性的學(xué)科。宏觀的機(jī)械運(yùn)動(dòng)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(shí)例。由于力學(xué)為非線性現(xiàn)象提出了很多典型例子，因此，眾多的力學(xué)工作者參與研究，必將推動(dòng)非線性科學(xué)的發(fā)展。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、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