力学发展报告

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1、摘要本报告指岀了力学的科学地位以及它对国民经济和社会发展的紧密作用，论述了力学的战略地位、意义及作用：论述了当前力学发展和研究方法的特点；从叫个分支学科方面分析论证了当前国内外力学研宂领域的现状和发展趋势，提出了优先发展的领域；结合我国情况建议了屮近期的战略目标和应采取的措施。一、力学学科的战略地位力的作用与物质的运动是自然界和人类活动屮最基本的现象。这正是力学学科研宄的对象，从而也奠定了力学在自然科学屮的基础地位。力学经过开普勒、伽利略，由牛顿集其大成，成为一门精密的科学。它在定量描述天体动方酣起了巨大的作用，并导致了微积分的建立。继而经由欧拉、拉

2、格朗日、哈密顿等将质点系和刚体力学发展成从内容到形式都十分完善的理论体系。与此同时，欧拉、纳维、斯托克斯等建立了描述连续介质变形与运动的弹性力学和流体力学的基本框架。以上这些成就成为精密向然科学发展的典范，极大地推动了数学、天文学和经典物理的进展，至今仍起着重要的作用。在当时，由于受到生产力水平以及实验与il•算能力的限制，虽然力学对于工程应用起着基础的作用，然而力学理论的应用价值远远没有得到充分的发挥。2()世纪初是近代力学发展的重要时刻。科学界有识之士,特别是在当时的哥廷根大学(现已改名为格丁根大学)，认识到科学对推动工业发展的巨大潜力，竭力促成

3、与工程的结合。本世纪初，力学取得突破性成就。那就是普朗特的边界层理论，它使里已有基本框架但实际难以应用的理想流体力学理论取得了应川价值，解释了W惑人们多年的难题。以此为契机,20世纪力学进入了以应用力学为重要标志的蓬勃发展的新阶段。力学研宄遍及各种工程和许多自然科学领域，岀现了多种新的力学分文学科，对科学和技术的进步、社会经济的发展起了难以估量的促进作用。重要的例子有：有的历史学家已经把20世纪初美国从欧洲引进空气动力学家从事航空科学的研究作为当代社会把现代产业建立在科学基础上的首例：核武器离开了冲击波的理论是难以想象的；力学的理论使人们能在地震多发

4、区建造高层建筑；断裂力学从根本上改变了结钩和构件的强度设计和安全评定的概念，大大提高了材料使用的效率；力学家和数学家一起创立了有限元法，各种差分方法，形成了计算力学并促进了计算数学和计算机的发展；流体力学家和气象学家、海洋学家一起创立了数值天气预报和地球物理流体力学等等。与此同时，力学的理论也有突出的进展：大变形的几何理论业已完善，并在与近代热力学理论结合上有重要进展；力学的基础正在从宏观向细观和微观延伸，从单一的均匀介质向非均匀、多相介质延伸。力学界多年来一直重视非线性问题的研宂，其中包括各种分岔，稳定性问题，非线性振动和非线性波问题，幵创了奇异摄

5、动法，为非线性科学的创建作出了十分重要的贡献。混沌现象最初来自被简化了的流体力学方程，后来被证明有普遍性，即由非线性确定性方程可以得山几乎是完全随机性的结果。这不仅从根本上改变了人们对牛顿力学的看法，说明经典力学的内涵远未被充分认识，并且也深深影响了人们的自然观。综上所述，力学学科本世纪取得了巨大的进展，向人们证明它不仅是一门发展屮的基础科学，也是一门应用极其广泛的技术科学。实践表明，要使力学蓬勃发展，必须在基础研究上扎得深，同吋在应用上与其他学科及工程技术保持十分紧密的联系。二、力学的发展总趋势（一）致力于力学界公认的几个基本力学现象与规律的研究研

6、究这些W题具有普遍和重要的意义，代表着当今力学研宂的前沿，其研宂进展不仅会加深人们对力学运动规律的认识，包括丰富非线性科学的A容，而且有助于大批实际问题的解决。概括地说，力学在基本理论方面将着重研究：1）湍流运动的各种表现与机理以及复杂流场屮涡系的生成及演化机理。2）同体介质的本构、破坏或失效理论。3）传统连续介质力学的改造，使之能够正确刻划具有非均匀、多相、多尺度、有宏、微、细多层次结构的天然或人造流体与固体的力学性质与变形、破坏和流动的规律。（二）将继续以应用基础研宂为重点，同时大力发展应用力学相对于工程而言，以往力学界着重于为设计提供概念和方法

7、，着重于研究部件，着重于研究正问题，较少涉及工艺与制造中的理论问题，较少涉及系统（如整个飞机的气动力、结构、控制系统的耦合），较少涉及像优化那样的反问题。情况之所以会这样，从根本上说是因为在客观上受计算能力的限制。随着计算能力的提高和新需要的出现以及计算力学的发展，这种怡况将会逐步得到改善，使各类研究工作达到良好的有机平衡。还可以预期，力学除了将继续在航空、航天、机械、土木、水利、化工、交通运输等传统领域发挥为之提供基础理论与工具的作用外，也将在生命、材料、能源、环境、高技术领域发挥愈来愈大的作用。20世纪中，一些以往限于定性描述、推理和做出判断的自

8、然科学领域，逐步实现了定量化，这是所有科学发展的必巾之路。数值天气预报，地震科学（早在19世纪）屮的弹性波都