力學(xué)的未來發(fā)展

1、For personal use only in study and research; not for commercial use力學(xué)的未來發(fā)展1107064136，吳厚波聿力學(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。蕿以下就力學(xué)幾大方面的發(fā)展趨勢(shì)做一簡(jiǎn)述。薄 1 固體力學(xué)膃經(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

2、細(xì)觀和微觀因素， 以及這些 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。

3、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)， 并研究它在外載荷下的演化過程， 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。 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。過去，限 于計(jì)算機(jī)的速度和容量， 許多非線性問題不能很好解決。 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。膇固體力學(xué)的上述發(fā)展，無疑會(huì)推動(dòng)科學(xué)和工程技術(shù)的

4、巨大進(jìn)步。羈 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)無限自由度子系統(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題， 需要有能分

5、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(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性是必 須保證的。 現(xiàn)有的理論在這里再一次顯得不夠， 因?yàn)橛斜匾衍囕v和 軌道作為一個(gè)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(qiáng)非線性問題。 近年來我國多次發(fā)生大型汽輪發(fā)電機(jī)組的 事故，說明在越來越大和越來越復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)中， 仍有不少重要力 學(xué)問題沒有被認(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

6、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(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 問題，未來的大型空間站的設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)行將不可能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇?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(yùn)動(dòng)的分析及控制問題中， 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

7、般力學(xué)近來已開始進(jìn)入生物體運(yùn)動(dòng)問題的研 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)帶來了一些新的結(jié)果。 億萬年生物進(jìn) 化的結(jié)果， 的確把優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)機(jī)能賦與了生存下來的物種。 對(duì)其進(jìn)一 步研究，可以提供生物進(jìn)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 f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l ' e tude et la recherche uniquementa des fins personnelles; pasa d