工程力学专业介绍及发展方向

工程力学专业介绍及发展方向摘要：工程力学是力学的一个分支，它主要涉及机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各种工程与力学结合的领域，分为六大研究方向：非线性力学与工程、工程稳定性分析及控制技术、应力与变形测量理论和破坏检测技术、数值分析方法与工程应用、工程材料物理力学性质、工程动力学与工程爆破。学制一般为四年，毕业后授予工学学士。就业面相当广泛，可以继续读博、从事科学研究、教师、公务员，或到国防单位工作，去外企等等。总的来说，工程力学专业具有现代工程与理论相结合的的特点，有很大的知识面和灵活性，对国家现代化建设具有重大意义。关键词：产生、专业介绍、研究方向、发展前景、就业一、引言工程力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。[0]（1）产生工程力学作为力学的一个分支，是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。工程力学虽然还处在萌芽阶段，很不成熟，而且继承有关老学科的地方较多，但作为力学的一个新分支，确有一些独具的特点。工程力学着重于分析问题的机理，并借助建立理论模型来解决具体问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助于新的实验。工程力学注重运算手段，不满足于问题的原则解决，要求作彻底的数值计算。因此，工程力学的研究力求采用高效率的运算方法和现代化的电子运算工具。工程力学注重从微观到宏观。以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而工程力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是工程力学建立的主导思想和根本目的。虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。工程力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。[1](2)主要内容工程力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。工程力学对非平衡现象的研究包括四个方面：一是趋向于平衡的过程，如各种化学反应和弛豫现象的研究；二是偏离平衡状态较小的、稳定的非平衡过程，如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射等的研究；三是远离于衡态的问题，如开放系统中所遇到的各种能量耗散过程的研究；四是平衡和非平衡状态下所发生的突变过程，如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。工程力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等物质的性质及其随状态参量变化规律的知识，无论对科学研究还是工程应用都极为重要，力学本身的发展就一直离不开物性和对物性的研究。近代工程技术和尖端科学技术迅猛发展，特别需要深入研究各种宏观状态下物体内部原子、分子所处的微观状态和相互作用过程，从而认识宏观状态参量扩大后物体的宏观性质和变化规律。因此，工程力学的建立和发展，不但可直接为工程技术提供所需介质和材科的物性，也将为力学和其他学科的发展创造条件。[2]（3）研究方向（一）非线性力学与工程主要研究非线性力学的基础理论和工程实用技术。研究土木建筑、水利水电、采矿、交通等部门中的地下峒室、采场、隧道、井巷、高层建筑基础、桥梁与基础、公路边坡、矿山边坡、水利水电坝基与边坡等工程在普通力场和耦合力作用下发生变形、位移和破坏的规律。通过现场监测、实验室模拟及计算机数值分析等综合研究，为工程设计和施工、实现工程设计优化、保证生产和施工安全提供科学依据。本研究方向致力于将现代前沿科学技术，如人工智能技术、灰色理论、数值模拟、非线性力学和不确定性分析技术等应用到岩土、结构材料力学分析和工程应用研究中来，不断提高工程设计和施工的科学水平。（二）工程稳定性分析及控制技术主要研究建筑结构、建筑地基、地下铁道、地下隧道、地下峒室、矿山井巷和岩土边坡、坝坡等结构和岩土工程的稳定性和可靠性分析、预测及其控制技术。通过现场监测、物理模拟及数值法计算，研究各种因素及其耦合作用对工程稳定性的影响，研究符合静、动力学和耦合特征的稳定性控制技术，特别是研究岩土体加固的作用机理、参数确定和新技术开发，新奥法在岩土工程中的应用。（三）应力与变形测量理论和破坏检测技术应力和变形状态及其分布规律是一切工程稳定性的最基本方法。应力和应变测量是了解工程中应力、变形与破坏状态及其分布规律的重要手段。本方向研究重点为以下列两个方面：(1)地应力测量理论和技术。研究地应力测量的原理和方法，特别对目前国内外应用最广泛的应力解除法和水压致裂法在不连续、非均质、各相异性和非线性岩体中的工作性能进行系统的试验和研究。发展实用的测量和分析技术、仪器，以提高应力解除法和水压致裂法在复杂岩体和地质条件下的测量精度和可靠性。同时，发展新的地应力测量理论和监测技术、仪器。(2)在无损检测技术。现代无损检测技术、岩土材料和工程结构内部损伤、破坏、寿命评估、反分析理论和技术方法。（四）数值分析方法与工程应用数值分析已经成为岩土工程开挖与结构建造动态过程模拟、工程结构优化设计和稳定性分析的最有利手段。本研究方向主要研究各种数值分析方法，包括有限元法、边界单元法、离散单元法、不连续变形分析法和问题反分析方法和优化设计等在岩土和结构工程中的应用。重点在于应用上述方法合理、准确地模拟和分析、解决岩土和结构工程中的实际问题。要求培养的人才必须具有坚实的数学、力学基础，通晓数值分析的基本原理和方法，有不断发展现有的分析理论和技术，使之具有更加广泛的实用性和更高的精度的能力。同时还应具有编制实用程序软件的能力。（五）工程材料物理力学性质此研究方向以固体力学为基础，运用断裂力学、损伤力学和流变力学的新成就，研究岩土材料和建筑材料的力学性能。研究完整岩石的力学性质，在室内试验基础上研究岩石的应力应变关系、岩石破坏类型及破坏机制、岩石强度准则；研究节理岩体的力学特性，研究结构面对岩石强度、变形的影响；研究岩石流变力学，岩石和岩体的流变特性；研究软岩的力学特性，研究膨胀岩的力学特性、膨胀机制，研究软岩、膨胀岩稳定性的控制。研究混凝土及人工复合材料的细观破坏机理与宏观断裂与强度，徐变、疲劳以及环境因素对材料性能和寿命的影响。根据现场试验和实验室试验的结果，运用相关的力学理论，以及概论统计、模糊数学、灰色理论、人工智能理论和不确定性分析理论等建立岩石、岩体和混凝土等材料的本构模型也是本方向的重要研究内容。（六）工程动力学与工程爆破研究冲击和动荷载对岩石的作用及其在岩体和地壳中引起的应力、应变、位移、裂隙和破坏等效应。在工程上主要研究凿岩、岩石破碎、桩基工程、地下开挖工程、岩爆、冲击地压、矿震和地震等与岩石动力学与工程有关的实际问题。研究炸药与爆炸的基本理论；现代岩石爆破理论；地质结构面的力学特征与爆破作用；工程爆破(一般土岩爆破、大爆破、拆除爆破和特种爆破)的设计与施工；爆破的量测技术和爆破过程的计算机模拟。[3](4)就业前景就业单位：主要到各种工程(如机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等)中从事与力学有关的科研、技术开发、工程设计和力学教学工作。去些民办的事业、企业单位从事产品的检测或开发，这类企业以机械、建筑等重工业行业为主，毕业生可在机械、土木、水利工程类企、事业单位从事设计、计算和强度分析等工作，在研制工程应用软件的高新技术公司中从事软件设计工作，在科技、教育部门从事科研、教学工作。也可以继续攻读力学、机械、土木与经济管理学科的研究生。工程力学这个专业最好以后考研究生。目前已经就业的情况，工程力学专业的毕业生的去向有：1、学校和科研单位，选择研究所的人占了很大一部分比例。大多数是航空集团下属的研究所。这种单位的工资水平不是很高，但是也是比较安稳的。工作地点主要在沈阳、西安、北京、上海。去学校当老师的相对少一些，主要是由于目前硕士生的扩招，学校对老师的学历要求也随之提高。2、继续读博，这也是很多工程力学硕士生的选择。而且很大一部分选择了继续在武大读博，除了武大的工程力学实力比较雄厚原因之外，导师因素和本身对硕士课题比较了解也是一个原因。由于硕士期间对课题有一定的理解，有利于博士期间展开研究。这一部分人将来博士毕业基本上是去学校当老师。3、国防单位，很大原因是南航在本科的时候招收了国防生，这些国防生读完了硕士就去部队工作了。4、外企，一些人进了外企，比如三星、爱默生、福特等等。这些单位做的工作包括有限元计算，优化，软件开发等等。这种单位待遇相对好一些，当然劳动强度也高。5、其他，除了以上这些去向，还有人选择考公务员，或者到和本科专业相关的单位，比如就有本科专业是土木工程的同学毕业后去建筑设计研究院。因此，工程力学的就业面是比较广的。但是，如果要找个好工作还是比较难的，这里所谓的“好”综合了单位、待遇、工作地点等因素。如果除了有比较扎实的力学知识，还有别方面的知识，这样在就业的时候就比较有优势。比如熟练某种计算机语言、掌握了某个大型软件、或者会一门其它语言，甚至有一些艺术细胞（公司希望开发的产品除了功能强大，界面也要比较出色）。学校和科研单位选择研究所的人占了很大一部分比例，大多数是航空集团下属的研究所，这种单位的工资水平不是很高，但是也是比较安稳的，工作地点主要在沈阳、西安、北京、上海。[4]二、结题可以看到现代力学的工作领域是十分广阔的。它对工农业生产、交通运输、国防建设有着密切的关系,可以说不可能设想不要现代力学就能实现四个现代化。现代力学工作者又和基础科学家一道,并肩战斗,推进开拓人对自然界的认识,发展自然科学基础理论。[5]望广大有志青年投身祖国建设，以一腔热血报效国家！参考文献：[0]百度-百科名片--工程力学[1]来自大学力学论坛（）[2]《物理学简史》[3]土木与环境工程学院（）[4]百度百科《工程力学专业》（）[5]报刊《工程力学》1984年9月第一卷第一期《论工程力学》钱学森、周培源、钱令希、郑哲敏、何广乾、陈宗基等编著。来源于中国研究生教育专业排行—