[拼音]：gongcheng lixue

[外文]：engineering mechanics

在工程科学中，力学是研究有关物质宏观运动规律及其应用的科学，在理论工作上，有时要用微观的方法得出宏观的物理 质。工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。从在工程上的应用来说，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。

人类对力学的一些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时代。在我国古代及古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。1638年3月出版的伽利略的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》被认为是世界上首先本材料力学著作，但他对于梁内应力分布的研究还是很不成熟的。C.-L.-M.-H.纳维于 1819年提出了关于梁的强度及挠度的完整解法。1821年5月14日，纳维在巴黎科学院宣读的论文《在一物体的表面及其内部各点均应成立的平衡及运动的一般方程式》被认为是弹 理论的创始。其后，1870年A.J.C.B.de圣维南又发表了关于塑 理论的论文。

水力学也是一门古老的学科。早在我国春秋战国时期(公元前5～前4世纪)，墨翟就在《墨经》中叙述过物体所受浮力与其排开的液体体积之间的关系。L.欧拉提出了理想流体的运动方程式。物体流变学是研究较广义的力学运动的一个新学科。1928年，美国的E.C.宾厄姆倡议设立流变学学会，这门学科才受到了普遍的重视。土力学在20世纪初期即逐渐形成，并在40年代以后获得了迅速发展。在其形成以及发展的初期，K.泰尔扎吉（一译太沙基）起了重要作用。岩体力学是一门年轻的学科，20世纪50年代开始组织专题学术讨论，其后并已由对具有不连续面的硬岩 质的研究扩展到对软岩 质的研究。岩体力学是以工程力学与工程地质学两门学科的融合而发展的。

从17世纪到20世纪前半期，连续体力学的特点是研究各个物体的 质，如梁的刚度与强度，柱的稳定 ，变形与力的关系，弹 模量，粘 模量等。这一时期的连续体力学是从宏观的角度，通过实验分析与理论分析，研究物体的各种 质。它是由质点力学的定律推广到连续体力学的定律，因而自然也出现一些矛盾。于是，基于20世纪前半期物理学的进展并以现代数学（如张量、元、群、泛函、模、希尔伯特空间等）为基础，出现了一门新的学科──理 力学。1945年，M.赖纳提出了关于粘 流体分析的论文，1948年，R.S.里夫林提出了关于弹 固体分析的论文，逐步奠定了所谓理 连续体力学的新体系。

随着结构工程技术的进步，工程学家也同力学家和数学家一样对工程力学的进步做出了贡献。如在桁架发展的初期并没有分析方法，到1847年，美国的桥梁工程师S.惠普尔才发表了正确的桁架分析方法。电子计算机的应用，现代化实验设备的使用，新型材料的研究，新的施工技术和现代数学的应用等，促使工程力学日新月异地发展。

质点、质点系及刚体力学是理论力学的研究对象。所谓刚体是指一种理想化的固体，其大小及形状是固定的，不因外来作用而改变，即质点系各点之间的距离是 不变的。理论力学的理论基础是牛顿定律，它是研究工程技术科学的力学基础。

在理论物理学里，常把理论力学的重要分支如振动理论、运动稳定 理论、陀螺仪理论等统称为一般力学，而把固体及流体力学统称为变形体力学，假定物体是连续的，这样来综合研究变形体的一般运动规律，小变形理论，大变形理论等。范围较变形体力学更大的一个学科是连续介质力学，其研究对象包括所有基本上连续分布的物质。

固体力学包括材料力学、结构力学、弹 力学、塑 力学、复合材料力学以及断裂力学等。尤其是前三门力学在土木建筑工程上的应用广泛，习惯上把这三门学科统称为建筑力学，以表示这是一门用力学的一般原理，研究各种作用对各种形式的土木建（构）筑物的影响的学科。

水力学及空气力学都是流体力学的应用。空气力学研究空气和其他气体的静力及动力特 ，气体与在气流中物体的力学相互作用。空气力学分为两个分支：空气静力学及空气动力学。为研究在流体中结构的行为，需要将结构力学与流体力学相结合，这就是流体弹 力学。它又分为水动力弹 力学和空气动力弹 力学（例如桥梁受风振动时的自激振动和强迫振动问题）。

流变学是研究物质的变形、流动的科学。流变体与简单的粘 流体不同，除粘滞 以外，还要从微观的角度来研究问题。对可塑 物体、岩土、生物细胞等种种物质的粘 、弹 、塑 、摇溶 等 质，要用超出物理学、高分子化学等的边缘学科加以综合研究。在研究蠕变、滞后、阻尼等现象时，除材料的固体 质外，还要考虑粘 质，即在应力-应变关系中引入时间的因素，这些问题的研究，就要用到流变学的理论。

土力学和岩体力学，虽然也利用到弹 力学、塑 力学、流变学等，但土的本构关系，岩体的力学介质模型都很复杂。因此，这两个学科的基本体系与固体力学不同。

在20世纪50年代后期，随着电子计算机和有限元法的出现，逐渐形成了一门交叉学科即计算力学。计算力学又分为基础计算力学及工程计算力学两个分支。后者应用于建筑力学时，它的四大支柱是建筑力学、离散化技术、数值分析和计算机软件；其任务是利用离散化技术和数值分析方法，研究结构分析的计算机程序化方法，结构优化方法和结构分析图像显示等。

如按作用使结构产生反应的 质分类，工程力学的许多分支都可以分为静力学与动力学。例如结构静力学与结构动力学，后者主要包括：结构振动理论、波动力学、结构动力稳定 理论。

由于施加在结构上的外力几乎都是随机的，而材料强度在本质上也具有非确定 。随着科学技术的进步，20世纪50年代以来，概率统计理论在工程力学上的应用愈益广泛和深入，并且逐渐形成了新的分支和方法，如可靠 力学、概率有限元法等。

分实验研究和理论分析与计算两个方面。但两者往往是综合运用，互相促进。

包括实验力学，结构检验，结构试验分析。模型试验分部分模型和整体模型试验。结构的现场测试包括结构构件的试验及整体结构的试验。实验研究是验证和发展理论分析和计算方法的主要手段。结构的现场测试还有其他的目的：

（1）验证结构的机能与安全 是否符合结构的计划、设计与施工的要求；

（2）对结构在使用阶段中的健全 的鉴定，并得到维修及加固的资料。

结构理论分析的步骤是首先确定计算模型，然后选择计算方法，如下表：

结构分析方法的主要途径有二：利用力的平衡条件和能量法。

固体力学的普遍的指导原理是变分原理，在计算方法上则可分为解析法和直接解法，如下表：

由于电子计算机的发展，数值解法得到很大进展。一般有三种解法，主要项目如下表：

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