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《力学学科发展研究报告》

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力学学科发展研究报告
一、力学学科特点、发展状况与前沿领域
力学是一门应用性强的基础科学,是研究力与运动规律的科学。力学建立在牛顿力学和经典热力学的基础上,主要涉及宏观运动,目前已扩展到微纳观层次。
20世纪,力学有了很大的发展,取得了辉煌的成就,出现了许多分支学科,创立了一系列重要的新概念,新理论和新方法。同时在现代工业中扮演了重要的角色,推动了航空、航天、舰船、土木、机械制造等工业的进步和发展,在人类认识自然、适应自然、从事工程建设和实现经济和社会的可持续发展中发挥着日益重要的作用。在力学理论支撑下取得的工程技术成就不胜枚举,在20世纪,人类从第一次动力飞行到人造卫星上天,并实现载人航天,进入空间时代,就是一个范例。在解决高新技术科学和工程问题及向其他学科渗透中,力学学科本身得到了丰富和发展,依然是当今十分活跃的前沿学科。
作为一门既经典又依然十分活跃的基础学科,力学具有比较完整的理论体系,同时又与许多学科交叉,研究队伍分布广泛,体现出如下的主要特点:
一、力学是一个应用性强的基础学科,受国家需求和学科自身发展的双重驱动,尤其需要加强结合国家需求背景的基础研究。
二、力学与其他学科交又突出,形成了新的学科生长点,不断地丰富着力学的研究内容和方法,并使力学学科保持着旺盛的生命力。
三、机理化、定量化地认识自然与工程。“力”的概念体现了对物质相互作用规律的理性化追求,从“力学”(mechanics)到“机理”(mechanism)有着必然的联系。


IP属地:安徽来自Android客户端1楼2017-08-15 13:48回复
    从20世纪50年代起,力学在新中国现代科学发展和国民经济建设中肩负着重要使命,做出了重大贡献:从两弹一星到深潜弹道导弹核潜点的研制,从长江大桥到长江三峡的建设,从三次采油到大型水轮发电机组的设计、制造,从天气、灾害的预报到环境治理,无不反映力学的理论在生产实践中的巨大作用,无不凝聚着力学工作者和相关学科的科学家、工程技术人员的共同心血。我国学者钱学森、周培源、郭永怀、钱伟长等,在国际上享有盛名。他们在湍流理论、喷气推进、空气动力学、板壳理论、航空工程、工程控制论、物理力学等方面,以及李四光在地质力学、冯康在有限元法和辛算法方面所做的开创性贡献,赢得了世界科学界的尊重。
    在21世纪,人类文明和经济发展将进入新的阶段。国家面临提高全民的知识层次、生活质量、健康水平和国防实力的总体需求。中国的社会经济发展对力学提出了新的国家战略需求。可持续性发展、污染治理的需求呼唤着环境力学的兴起;数字地球的前景为河流动力学、大气环流动力学提供了用武之地;环境灾害预报与防治有赖于灾害力学的研究进展。水资源的短缺促进多个力学分支的发展;能源和化工领域中高效清洁的需求推动着化学流体力学和非平衡热力学的前进;对非常规油气能源的强化开发需借助岩石压裂力学和渗流力学的定量模拟;深海开发有赖于波、浪、流、内波及其与柔性结构的相互作用,管道多相流和土力学的新发展。
    空间应用的发展需要微重力科学、非线性动力学与控制和高速高焓空气动力学的新突破;虚拟制造需要借助于计算力学和材料工艺力学的新进步;工程结构可靠性依赖于故障诊断学、宏微观破坏力学、智能结构力学和主
    动制理论的新应用:微机电产业的发展需要开拓微动力学和力电失效学;新材料的研制需要发展细微观力学和计算材料学;现代化农业和人体健康需要借助生物力学的研究成果。国防建设更需要力学的发展:载人航天和民用飞机的发展依赖于实验和全机计算空气动力学;在现代战争中的“制导信息权”依赖于星座动力学和自主导航;精确打击能力和突防能力依赖于流体力学与控制交叉的运载控制等。


    IP属地:安徽来自Android客户端2楼2017-08-15 14:01
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      总之、在21世记,高新科学技术和社会经济的发展对力学提出了一系列挑战性的问题。目前、力学研究表现出4个突出特点:(1)研究对象的多尺度差异,如从宏观、细观到微观的跨尺度的一体化研究,(2)研究对象所处的超常环境,如载人飞船、水下发射、超深开采等造成的超高温、超高速、超高压等服役环境;(3)研究系统的复杂性和非线性,如将越来越多地涉及大型机械系统、运载系统、智能系统、微机电系统和生物系统等的高维非线性系统的多场耦合与复杂动力学与控制;(4)与其他学科的广泛交叉,如纳米科技、生命科学等。上述特点将引发力学认识手段和理论体系的变革,导致力学必须发展新的理论与方法,使力学在新兴科技发展中继续发挥不可替代的作用。


      IP属地:安徽来自Android客户端3楼2017-08-15 14:06
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        当今国际理论与应用力学界的研究非常活跃。以2004年8月在波兰华沙召开的第21届国际理论与应用力学大会为例,会议共设置了55个主
        题分会场,代表1515人,有1574篇文章被接受发表,与前几届大会相比均有明显增加。会议涉及的研究内容,既反映力学的基础和传统的领域,又充分显示了国际力学的前沿热点问题和新的发展方向。如动力学与控制包括非线性动力学,多体动力学,结构振动与控制,固体和流体中的混沌等;固体力学主要包括微纳米固体力学,计算固体力学,弹塑性与蠕变,疲劳与断裂,接触、黏着、摩擦与磨损,复合材料力学,智能材料与结构,结构优化,冲击与波传播等;流体力学主要包括流动稳定性与转捩,湍流,可压缩流动,计算流体力学,流体力学实验方法,复杂与智能流体,环境流体力学,薄膜流动,生物流体力学,颗粒流,涡动力学,液滴与气泡,微流体力学,流动控制等。另外,生物力学领域,如细胞力学、组织力学、生物分子力学、生物材料力学等,也占据了一定的分量。这些在一定程度上反映了力学各领域目前的主要研究状况和趋势,表明理论与应用力学发展的良好态势及其应用的日益广泛。


        IP属地:安徽来自Android客户端4楼2017-08-15 14:14
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          在国际力学界中国力学近几年发展较快。2005年初对SCI源库中106种力学期刊的国际联机检索统计表明:2000-2004年间中国力学学科(不含港澳台)的论文数分别为:2000年655篇、2001年761篇、2002年799篇、2003年931篇、2004年993篇。2000-2002年世界排名为第3名,2003-2004年世界排名上升到第2名。最近5年,中国学者在力学顶级刊物上发表的论文数和比例明显增加,表明中国力学研究的国际影响在不断增强。2002~2005年力学界获得国家自然科学奖二等奖4项。


          IP属地:安徽来自Android客户端5楼2017-08-15 14:17
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            我国在空气动力学研究是国内流体力学的优势研究方向,队伍和成果集中,应用背景明确。近年来,国内在分离流、漩涡运动,非平衡流动、湍流、流体稳定性等方面取得了一些具有国际影响的研究成果。
            在材料的宏微观力学方面,如断裂力学理论、固体本构关系、相对力学、非均质力学,应变剃度理论、电致失效力学等,获得一批国际先进水平的成果。
            技算力学同样是国内具有一定优势的研究领域。我国学者在结构的微构造优化、结构拓扑优化以及奇异最优理论、结构形状优化以及灵敏度分析半解析法、结构优化方法与软件应用,都取得了令国际同行瞩目的成果,在国际同行中保持重要的影响。


            IP属地:安徽来自Android客户端6楼2017-08-15 14:26
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              国内急需发展的领域
              ㈠环境力学问题
              环境力学是力学与环境科学相互结合而形成的一门新兴交叉学科,它更强调环境问题的动力学过程和定量化研究。目前的主要研究方向为(1)多相、多组分复杂流动及多过程耦合作用;(2)自然环境流动的多尺度效应和非线性作用;(3)干旱、半干旱环境治理的动力学过程;(4)以水或气为载体的物质输运过程;(5)重大环境与工业灾害发生机理及预报。


              IP属地:安徽来自Android客户端7楼2017-08-15 14:32
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                ㈡人体健康领域的力学问题
                (1)医学材料力学设计、制备与表征方法;(2)药物生物力学:涉及


                IP属地:安徽来自Android客户端8楼2017-08-15 16:11
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