工程力学专业介绍及发展方向.doc

1、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

2、 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 。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

3、 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 。工程力学的产生工 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 ，

4、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

5、 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

6、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

7、 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

8、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

9、 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 。工程力学的主要内容工 程 力 学 主 要 研 究 平 衡 现 象 ， 如 气 体 、 液 体 、 固

10、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

11、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

12、 ； 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

13、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 。工程力学的研究方向（一）非线性力学与工程主 要 研 究 非 线 性 力 学 的 基

14、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 、

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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 ，

24、爆 破 的 量测 技 术 和 爆 破 过 程 的 计 算 机 模 拟 。工程力学的就业前景就 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

25、、 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

26、 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

27、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

28、、 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

29、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 。