力學(xué)的學(xué)科體系概述

1、1)定義：力學(xué)，mechanics ，是指一切研究對象的受力和受力效應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科的總稱。由于對象的受力廣泛存在和力效應(yīng)的多樣性，所以力學(xué)問題成為客觀世界中最廣泛存在的問題，力學(xué)成為現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的重要的基礎(chǔ)和組成部分。力學(xué)與材料、控制并列為現(xiàn)代工程技術(shù)的三大支柱。2)力學(xué)的學(xué)科地位：與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)、生物學(xué)并列，是人類社會7大類自然科學(xué)之一，具備獨立、完整的學(xué)科體系。人類早期的生產(chǎn)實踐活動是力學(xué)最初的起源。物理學(xué)的建立是從力學(xué)開始的，當物理學(xué)擺脫了這種機械(力學(xué))的自然觀而獲得健康發(fā)展時，力學(xué)則在工程技術(shù)的推動下按自身邏輯進一步演化。最終，力學(xué)和物理學(xué)各自發(fā)展成為自

2、然學(xué)科中兩個相互獨立的、自成體系的學(xué)科分類。在力學(xué)與物理學(xué)之間不存在隸屬關(guān)系。 3)力學(xué)的學(xué)科體系力學(xué)具備完整的學(xué)科結(jié)構(gòu)和體系。力學(xué)是機械工程、土木工程、道路橋梁、航空航天工程、材料工程等的基礎(chǔ)支柱，在人類的實踐活動中無處不在，并且深刻地影響著人類的實踐活動。 a)按研究對象的物態(tài)進行區(qū)分，力學(xué)可以分為固體力學(xué)和流體力學(xué)。 b)根據(jù)研究對象具體的形態(tài)、研究方法、研究目的的不同，固體力學(xué)可以分為理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、板殼力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、機械振動、聲學(xué)、計算力學(xué)、有限元分析等等，流體力學(xué)包含流體力學(xué)、流體動力學(xué)等等。 c)根據(jù)針對對象所建立的模型不同，力學(xué)也可以分為質(zhì)點

3、力學(xué)、剛體力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)力學(xué)。連續(xù)介質(zhì)通常分為固體和流體，固體包括彈性體和塑性體，而流體則包括液體和氣體。 固體力學(xué)(Solid Mechanics)：研究可變形固體在外界因素作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、位移和破壞等的力學(xué)分支。固體力學(xué)研究的內(nèi)容既有彈性問題，又有塑性問題；既有線性問題，又有非線性問題。在固體力學(xué)的早期研究中，一般假設(shè)物體是均勻連續(xù)介質(zhì)，近年來發(fā)展起來的復(fù)合材料力學(xué)和斷裂力學(xué)分別研究非均勻連續(xù)體和含有裂紋的非連續(xù)體。 自然界中存在著大至天體，小至粒子的固態(tài)物體和各種固體力學(xué)問題。人所共知的山崩地裂、滄海桑田都與固體力學(xué)有關(guān)?，F(xiàn)代工程中，無論是飛行器、船舶、坦克，還是房屋、橋梁、水

4、壩、原子反應(yīng)堆以及日用家具，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算都應(yīng)用了固體力學(xué)的原理和計算方法。 流體力學(xué)(Fluid Mechanics)：研究流體(液體和氣體)在各種力作用下的平衡和運動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支，它主要研究流體本身的靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運動時的相互作用和流動的規(guī)律。在生活、環(huán)保、軍事技術(shù)及工程中具有重要的應(yīng)用價值。山西五臺西龍池抽水蓄能電站下庫巖基滲流分析長江水系圖流體力學(xué)：研究流體(液體和氣體)在各種力作用下的平衡和運動規(guī)律及其應(yīng)用的學(xué)科。流體力學(xué)是力學(xué)的一個重要分支，它主要研究流體本身的靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)，以及流體和固體界壁間有相對運動時

5、的相互作用和流動的規(guī)律。在生活、環(huán)保、軍事技術(shù)及工程中具有重要的應(yīng)用價值。殲10進行風洞(WindTunnel)試驗梅賽德斯-奔馳SLR McLaren 2004風洞試驗理論力學(xué)(Theoretics Mechanics)是研究物體機械運動的一般規(guī)律的科學(xué)。是大部分工程技術(shù)科學(xué)中力學(xué)理論的基礎(chǔ)。其理論基礎(chǔ)是牛頓運動定律，故又稱牛頓力學(xué)。對于速度遠小于光速的宏觀物體的運動，包括一般細觀或宏觀對象的運動，如分子團、常見機械及各種結(jié)構(gòu)、超音速噴氣飛機及宇宙飛行器、天體的運動，都可以用理論力學(xué)進行分析。理論力學(xué)遵循正確的認識規(guī)律進行研究和發(fā)展。人們通過觀察生活和生產(chǎn)實踐中的各種現(xiàn)象，進行多次的科學(xué)試驗

6、，經(jīng)過分析、綜合和歸納，總結(jié)出力學(xué)的最基本的理論規(guī)律。 課桌椅太陽系示意圖汽車發(fā)動機1)靜力學(xué)(Statics)：研究處于平衡狀態(tài)的物體的受力 理論力學(xué)(Theoretics Mechanics)的分支(branch)2)運動學(xué)(Kinematics)：從幾何的角度（指不涉及物體本身的物理性質(zhì)和加在物體上的力) 描述和研究物體位置隨時間的變化(機械運動)規(guī)律 靜力學(xué)，按研究對象的不同，可分為質(zhì)點靜力學(xué)、剛體靜力學(xué)、流體靜力學(xué)等；按研究的方法可分為幾何靜力學(xué)（或初等靜力學(xué)）和分析靜力學(xué)。靜力學(xué)在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。例如對房屋、橋梁的受力分析，有效載荷的分析計算等。 運動學(xué)為動力學(xué)、機械原理

7、(機械學(xué))提供理論基礎(chǔ)，也是自然科學(xué)和工程技術(shù)很多學(xué)科所必需的基本知識(兵器工業(yè)，航天器、天體運行)。 3)動力學(xué)(Dynamics/Kinetics)：主要研究作用于物體的力與物體運動的關(guān)系。動力學(xué)的研究對象是運動速度遠小于光速的宏觀物體。動力學(xué)是物理學(xué)、天文學(xué)和許多工程學(xué)科的基礎(chǔ)。內(nèi)燃機動力學(xué)火箭噴氣發(fā)動機MP5沖鋒槍動力學(xué)的基本內(nèi)容包括質(zhì)點動力學(xué)、質(zhì)點系動力學(xué)、剛體動力學(xué)、達朗貝爾原理等。以動力學(xué)為基礎(chǔ)而發(fā)展出來的應(yīng)用學(xué)科有天體力學(xué)、振動理論、運動穩(wěn)定性理論，陀螺力學(xué)、外彈道學(xué)、變質(zhì)量力學(xué)、多剛體系統(tǒng)動力學(xué) 旋翼機材料力學(xué)(mechanics of materials)/結(jié)構(gòu)靜力學(xué)(St

8、atics of Structure) ：研究桿狀構(gòu)件在外力作用下變形和破壞的規(guī)律，即桿狀構(gòu)件在外力作用下的應(yīng)變、應(yīng)力、強度、剛度、穩(wěn)定等問題和導(dǎo)致各種材料破壞的極限。為相關(guān)工程設(shè)計等提供基本的力學(xué)根據(jù)和計算。材料力學(xué)與理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)并稱三大力學(xué)。結(jié)構(gòu)力學(xué)(Structural Mechanics)：主要研究工程中的桿系結(jié)構(gòu)受力、在外力的變形和破壞的規(guī)律，以及如何進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 武漢火車站空客A380-800結(jié)構(gòu)圖高層建筑鋼結(jié)構(gòu)車棚某型直升機結(jié)構(gòu)圖根據(jù)研究性質(zhì)和對象的不同，結(jié)構(gòu)力學(xué)分為結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論、結(jié)構(gòu)斷裂、疲勞理論和桿系結(jié)構(gòu)理論、薄壁結(jié)構(gòu)理論和整體結(jié)構(gòu)理論等。 結(jié)

9、構(gòu)力學(xué)(Structural Mechanics)：研究的內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的組成規(guī)則，結(jié)構(gòu)在各種效應(yīng)(外力,溫度效應(yīng),施工誤差及支座變形等)作用下的響應(yīng)，包括內(nèi)力的計算，位移計算，以及結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下的動力響應(yīng)(自振周期,振型)的計算 。 殲-10結(jié)構(gòu)圖.飛豹戰(zhàn)機進行靜力試驗彈性力學(xué)(Elasticity Mechanics)：也稱彈性理論，主要研究彈性體在外力作用或溫度變化等外界因素下所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，從而解決結(jié)構(gòu)或機械設(shè)計中所提出的強度和剛度問題。在研究對象上，彈性力學(xué)同材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)之間有一定的分工。材料力學(xué)基本上只研究桿狀構(gòu)件；結(jié)構(gòu)力學(xué)主要是在材料力學(xué)的基礎(chǔ)上研究桿狀構(gòu)件所

10、組成的結(jié)構(gòu)，即所謂桿件系統(tǒng)；而彈性力學(xué)研究包括桿狀構(gòu)件在內(nèi)的各種形狀的彈性體。彈性變形：撤除外力后，能夠恢復(fù)掉的變形。塑形變形：撤除外力后，仍然保留的變形。彈性體是變形體的一種，它的特征為：在外力作用下物體變形，當外力不超過某一限度時，除去外力后物體即恢復(fù)原狀。絕對彈性體是不存在的。板殼理論 (Theory of Plate and Shells)：是彈性力學(xué)基本理論具體應(yīng)用到板殼結(jié)構(gòu)中的一種工程簡化理論。板殼理論是以彈性力學(xué)與若干工程假設(shè)為基礎(chǔ)，研究工程中的板殼結(jié)構(gòu)在外力作用下的應(yīng)力分布、變形規(guī)律和穩(wěn)定性的學(xué)科。某型火箭炮發(fā)射管體為薄壁圓筒潛艇的外殼分離并墜落的火箭整流罩塑性力學(xué)(Plast

11、ic Mechanics)：又稱塑性理論，主要研究固體受力后處于塑性變形狀態(tài)時，塑性變形與外力的關(guān)系，以及物體中的應(yīng)力場、應(yīng)變場以及有關(guān)規(guī)律，及其相應(yīng)的數(shù)值分析方法。 斷裂力學(xué)(fracture mechanics)：又稱裂紋力學(xué)，研究含裂紋物體的強度和裂紋擴展規(guī)律的科學(xué)。斷裂力學(xué)通過應(yīng)用線彈性和彈塑性力學(xué)理論，研究帶裂紋的結(jié)構(gòu)或部件在外部及內(nèi)部因素作用下，裂紋再萌生、擴展直至斷裂的條件和規(guī)律，并研究部件材料抗裂紋擴展、抗斷裂能力，做出部件安全性和壽命估算。機械振動(Mechanical Vibration)：研究對象(固體、流體)振動的產(chǎn)生、消除與控制的機理、方法和應(yīng)用。噪聲振動數(shù)據(jù)采集前端 振動儀減震器聲學(xué)(Acoustics)：研究聲音的產(chǎn)生、傳播、效應(yīng)及其應(yīng)用的科學(xué)和技術(shù)。 檢波器用壓電陶瓷片聲學(xué)光纜識別儀聲波武器有限元分析(FEA，F(xiàn)inite Element Analysis)利用數(shù)學(xué)近似的方法，將研