力学的未来发展

Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse袄力学的未来发展肁——1107064136，吴厚波聿力学是力与运动的科学，它研究的对象主要是物质的宏观机械运动，它既是基础科学，又是众多应用科学特别是工程技术的基础。它过去建立在牛顿定律和经典热力学的基础上，现在则扩大到量子力学描述的微观层次。力学和天文学、微积分学几乎同时诞生，曾在经典物理的发展中起关键作用。蕿以下就力学几大方面的发展趋势做一简述。薄1固体力学膃经典的连续介质力学将可能会被突破。新的力学模型和体系，将会概括某些对宏观力学行为起敏感作用的细观和微观因素，以及这些因素的演化，从而使复合材料(包括陶瓷、聚合物和金属)的强化、韧化和功能化立足于科学的认识之上。固体力学将融汇力-热-电-磁等效应。机械力与热、电、磁等效应的相互转化和控制，目前大都还限于测量和控制元件上，但这些效应的结合孕育着极有前途的新机会。近来出现的数百层叠合膜“摩天大厦“式的微电子元器件，已迫切要求对这类力-热-电耦合效应做深入的研究。以“Mechronics”为代表的微机械、微工艺、微控制等方面的发展，将会极大地推动对力-热-电-磁耦合效应的研究。固体力学中压杆变形的分叉，曾是促进非线性动力学近代大发展的一个核心概念。随着固体力学把固体和结构视为含多个物质层次的复杂系统，并研究它在外载荷下的演化过程，可以预期非线性动力学，非平衡统计和热力学的概念和方法将会大大丰富起来。分子动力学等微观模拟方法和复杂结构的仿真将会随着计算机的飞速发展，更大规模地、更迅速地在固体力学和工程设计中得到应用与发展。目前工程界广泛应用的有限元法，就是计算机技术与固体力学相结合的产物，它曾极大地推动了本世纪工程科学的发展。过去，限于计算机的速度和容量，许多非线性问题不能很好解决。分子动力学模拟目前离实用还有很大距离。但下世纪初，这种局面势必会有很大变化。膇固体力学的上述发展，无疑会推动科学和工程技术的巨大进步。羈2一般力学一般力学的对象主要是有限自由度系统的运动及其控制，有时它包含一个或多个无限自由度子系统。它包括运动稳定性理论、振动理论、动力系统理论、多体系统力学、机械动力学等，其中运动稳定性理论源出于对天体的形状及轨道稳定性问题的研究。各种利用有利振动的工程机械也被广泛使用。但是，随着技术的发展，新问题仍层出不穷。随着各种机器人的日益广泛采用，不仅需要研究组成机器人的多体系统的运动和控制，而且还要考虑某些部件的弹性，否则不能保证其定位精度。人造卫星往往带有尺寸很大的柔性部件和液体。为保证其稳定性，传统的运动稳定性理论已不能解决问题，需要有能分析这类既有刚体，又有可大变形的柔体及液体的系统的理论和方法。高速列车的速度越来越快，车辆(包括单车和列车)运行时的平稳性是必须保证的。现有的理论在这里再一次显得不够，因为有必要把车辆和轨道作为一个系统来考虑。要考虑轮轨接触的弹性变形及轮轨之间单边接触这类强非线性问题。近年来我国多次发生大型汽轮发电机组的事故，说明在越来越大和越来越复杂的机械系统中，仍有不少重要力学问题没有被认识。大并不是小的简单放大，复杂也不是若干部分的简单相加。在有些复杂系统中，采取先分析单个零部件而后综合分析的办法往往并不很有效。这时有可能要对复杂系统进行直接建模，但遇到非线性系统，由于其行为的复杂性，例如分叉、混沌等的出现，给系统建模和求解带来了很多新的困难问题，其中包括理论的、实验的及计算方面的。各种参数对系统行为的影响尤其复杂。不解决这类问题，未来的大型空间站的设计、建造及运行将不可能实现，因为大型空间站正是由很多部件，包括刚性的、弹性的、柔性的(大变形体)，液体的，以及在其中工作、生活的人所组成的大型复杂系统。在现代及未来大气中飞行器运动的分析及控制问题中，建模时已着手同时考虑飞行体及气动力的耦合。例如，在现代大型民航机上已经采用了电子主动控制，使原本不稳定的机翼不仅能保持稳定，而且减轻了重量，增加了飞行舒适性。一般力学近来已开始进入生物体运动问题的研究，研究了人和动物行走、奔跑及跳跃中的力学问题。这种在宏观范围内对生物体进行的研究，已经带来了一些新的结果。亿万年生物进化的结果，的确把优化的运动机能赋与了生存下来的物种。对其进一步研究，可以提供生物进化方向的理性认识，也可为人类进一步提高某些机构或机械的性能提供方向性的指导。非线性科学是目前正在日益显示其重要性的学科。宏观的机械运动中不仅同样包含着各种非线性现象，而且再一次提供了最直观、最易于感知的实例。由于力学为非线性现象提出了很多典型例子，因此，众多的力学工作者参与研究，必将推动非线性科学的发展。仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.NurfürdenpersönlichenfürStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.Pourl'étudeetlarechercheuniquementàdesfinspersonnelles;pasàdesfinscommerciales.толькодлялюдей,которыеиспользуютсядляобучения,исследованийинедолжныиспользоватьсявкоммерческихцелях.以下无正文