工程力學(xué)

工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域，是一門理論性較強(qiáng)、與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，工程力學(xué)的定理、定律和結(jié)論廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程技術(shù)中，是解決工程實(shí)際問題的重要基礎(chǔ)。其基礎(chǔ)的部分包括靜力學(xué)和材料力學(xué)。

人類對(duì)力學(xué)的一些基本原理的認(rèn)識(shí)，一直可以追溯到*時(shí)代。在中國(guó)古代及古希臘的著作中，已有關(guān)于力學(xué)的敘述。但在中世紀(jì)以前的建筑物是靠經(jīng)驗(yàn)建造的。

1638年3月伽利略出版的著作《關(guān)于兩門新科學(xué)的談話和數(shù)學(xué)證明》被認(rèn)為是世界上一本材料力學(xué)著作，但他對(duì)于梁內(nèi)應(yīng)力分布的研究還是很不成熟的。

納維于1819年提出了關(guān)于梁的強(qiáng)度及撓度的完整解法。1821年5月14日，納維在巴黎科學(xué)院宣讀的論文《在一物體的表面及其內(nèi)部各點(diǎn)均應(yīng)成立的平衡及運(yùn)動(dòng)的一般方程式》 ，這被認(rèn)為是彈性理論的創(chuàng)始。其后，1870年圣維南又發(fā)表了關(guān)于塑性理論的論文水力學(xué)也是一門古老的學(xué)科。

早在中國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期（公元前5～前4世紀(jì)），墨翟就在《墨經(jīng)》中敘述過物體所受浮力與其排開的液體體積之間的關(guān)系。歐拉提出了理想流體的運(yùn)動(dòng)方程式。物體流變學(xué)是研究較廣義的力學(xué)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)新學(xué)科。1929年，美國(guó)的賓厄姆倡議設(shè)立流變學(xué)學(xué)會(huì)，這門學(xué)科才受到了普遍的重視。 

分實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值計(jì)算三個(gè)方面。實(shí)踐中三種方法常常綜合運(yùn)用，互相促進(jìn)。

包括實(shí)驗(yàn)力學(xué)，結(jié)構(gòu)檢驗(yàn)，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)分析。模型試驗(yàn)分部分模型和整體模型試驗(yàn)。結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件的試驗(yàn)及整體結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究是驗(yàn)證和發(fā)展理論分析和計(jì)算方法的主要手段。結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試還有其他的目的：

①驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的機(jī)能與安全性是否符合結(jié)構(gòu)的計(jì)劃、設(shè)計(jì)與施工的要求；

②對(duì)結(jié)構(gòu)在使用階段中的健全性的鑒定，并得到維修及加固的資料。

結(jié)構(gòu)理論分析的步驟是首先確定計(jì)算模型，然后選擇計(jì)算方法。

土力學(xué)在二十世紀(jì)初期即逐漸形成，并在40年代以后獲得了迅速發(fā)展。在其形成以及發(fā)展的初期，泰爾扎吉起了重要作用。巖體力學(xué)是一門年輕的學(xué)科， 二十世紀(jì)50年代開始組織專題學(xué)術(shù)討論，其后并已由對(duì)具有不連續(xù)面的硬巖性質(zhì)的研究擴(kuò)展到對(duì)軟巖性質(zhì)的研究。巖體力學(xué)是以工程力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)兩門學(xué)科的融合而發(fā)展的。

從十九世紀(jì)到二十世紀(jì)前半期，連續(xù)體力學(xué)的特點(diǎn)是研究各個(gè)物體的性質(zhì)，如梁的剛度與強(qiáng)度，柱的穩(wěn)定性，變形與力的關(guān)系，彈性模量，粘性模量等。這一時(shí)期的連續(xù)體力學(xué)是從宏觀的角度，通過實(shí)驗(yàn)分析與理論分析，研究物體的各種性質(zhì)。它是由質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的定律推廣到連續(xù)體力學(xué)的定律，因而自然也出現(xiàn)一些矛盾。

于是基于二十世紀(jì)前半期物理學(xué)的進(jìn)展 ，并以現(xiàn)代數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，出現(xiàn)了一門新的學(xué)科——理性力學(xué)。1945年，賴納提出了關(guān)于粘性流體分析的論文，1948年，里夫林提出了關(guān)于彈性固體分析的論文，逐步奠定了所謂理性連續(xù)體力學(xué)的新體系。

隨著結(jié)構(gòu)工程技術(shù)的進(jìn)步，工程學(xué)家也同力學(xué)家和數(shù)學(xué)家一樣對(duì)工程力學(xué)的進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)。如在桁架發(fā)展的初期并沒有分析方法，到1847年，美國(guó)的橋梁工程師惠普爾才發(fā)表了正確的桁架分析方法。電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用，新型材料的研究，新的施工技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)學(xué)的應(yīng)用等，促使工程力學(xué)日新月異地發(fā)展。

質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系及剛體力學(xué)是理論力學(xué)的研究對(duì)象。所謂剛體是指一種理想化的固體，其大小及形狀是固定的，不因外來作用而改變，即質(zhì)點(diǎn)系各點(diǎn)之間的距離是不變的。理論力學(xué)的理論基礎(chǔ)是牛頓定律，它是研究工程技術(shù)科學(xué)的力學(xué)基礎(chǔ)。

固體力學(xué)包括材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)以及斷裂力學(xué)等。尤其是前三門力學(xué)在土木建筑工程上的應(yīng)用廣泛，習(xí)慣上把這三門學(xué)科統(tǒng)稱為建筑力學(xué)，以表示這是一門用力學(xué)的一般原理研究各種作用對(duì)各種形式的土木建筑物的影響的學(xué)科。

在二十世紀(jì)50年代后期，隨著電子計(jì)算機(jī)和有限元法的出現(xiàn)，逐漸形成了一門交叉學(xué)科即計(jì)算力學(xué)。計(jì)算力學(xué)又分為基礎(chǔ)計(jì)算力學(xué)及工程計(jì)算力學(xué)兩個(gè)分支 ，后者應(yīng)用于建筑力學(xué)時(shí)，它的四大支柱是建筑力學(xué)、離散化技術(shù)、數(shù)值分析和計(jì)算機(jī)軟件。其任務(wù)是利用離散化技術(shù)和

工程力學(xué)

數(shù)值分析方法，研究結(jié)構(gòu)分析的計(jì)算機(jī)程序化方法，結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法和結(jié)構(gòu)分析圖像顯示等。

如按使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反應(yīng)的作用性質(zhì)分類，工程力學(xué)的許多分支都可以 再分為靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)。例如結(jié)構(gòu)靜力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，后者主要包括：結(jié)構(gòu)振動(dòng)理論、波動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性理論。由于施加在結(jié)構(gòu)上的外力幾乎都是隨機(jī)的，而材料強(qiáng)度在本質(zhì)上也具有非確定性。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)50年代以來，概率統(tǒng)計(jì)理論在工程力學(xué)上的應(yīng)用愈益廣泛和深入，并且逐漸形成了新的分支和方法，如可靠性力學(xué)、概率有限元法等。