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力学学科的发展趋势
2012年11月26日 力学 暂无评论

高新技术和社会经济发展对力学提出了一系列挑战性的问题,力学研究表现出以下几个突出特点:

(1) 研究对象的多尺度差异,如从宏观、细观到微观的跨尺度、一体化研究;

(2) 研究对象所处的超常环境,如载人航天、水下发射、超深开采等造成的超高温、超高速、超高压等超常服役环境;

(3) 研究系统的复杂性和非线性,如越来越多涉及大型机械系统、运载系统、微机点系统和生物系统等的高维非线性系统的多场耦合复杂动力学与控制;

(4) 从简单的机械运动描述发展到揭示机械运动及其与物理、化学、生物学过程的相互作用规律,其研究领域有了很大的拓展;

(5) 与其它学科广泛交叉,一方面与数学、物理、生命、材料、信息等学科交叉,另一方面与重大需求相关的工程学科如纳米科技、航空工程、航天工程、海洋工程、水利工程、能源工程、环境与灾害工程等交叉。

上述特点引发了力学研究手段和理论体系的变革,一方面要求力学在非线性动力学、湍流、强度理论等力学难题方面有所突破,另一方面要求力学发展新的理论和方法,使力学在新兴科技发展中继续具有不可替代的作用和地位。

力学学科的发展趋势呈现出如下态势:

(1)宏观与微观相结合。探索跨物质层次、多尺度的力学现象和非线性并远离热力学平衡态的力学行为,是力学基础研究的重要发展趋势,这意味着将突破连续介质力学的理论框架,突破简单还原和叠加的经典方法,突破确定性和随机性之间联系的传统概念。实现用全新的微结构力学和跨尺度的关联去跨越理论鸿沟,表征固体原子集群的力学行为的目标,其标志在于创建“多尺度力学”的新理论,并建立微观、细观到宏观尺度约化连续连接的跨尺度关联方法。

(2)更加重视高性能计算。计算力学产生了CAE产业并成为计算科学新领域的核心。以计算力学为纲,集理论建模、数据测量、智能控制和力学计算为一体的力学研究手段正在形成。与之对应的是将导致一系列新的计算体系、大规模高性能的数值和智能算法、软件系统及其集成、计算可视化与虚拟仿真技术的发展。

(3)更加重视先进实验技术。现代测控技术和数据处理技术将开拓新的实验手段,信息与微电子技术的发展对先进力学实验设备发展起到了巨大的推动作用,使得力学研究对象发生了极大的变化,微小尺度、极端条件、多场耦合、生命活动等给力学测试带来了巨大的挑战。在此背景下,实验力学需要发展新一代的测量技术,如微区变形与微纳米试件力学性能测试技术、多场耦合加载和测试技术、极端条件下材料和结构力学响应测试技术等。

(4)学科的进一步交叉与融合。力学与其它学科的交叉将进一步扩大和加强。全球气候、环境、海洋、自然灾害等自然界中的诸多问题将不断提出具有学科交叉性和综合性的新的力学问题。

(5)力学与工程技术的结合。随着现代科学技术的发展,力学越来越重视为工程各领域服务,旨在发展力学的理论与方法并应用与工程实际中,为经济发展和国家安全作贡献。力学以工程和自然界的真实介质和系统作为研究对象,成为众多门类需要精细化、机制化描述的应用科学和工程技术的基础,这使得力学成为技术科学中贡献特别多的一个学科。在解决新的工程技术问题及向其他学科渗透的过程中,也将大大丰富和发展力学学科本身。

 

以上文字引自 《未来10年中国学科发展战略-力学卷》,做了部分删节。。。



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