力學專業(yè)學什么課程(力學專業(yè)學什么-)

力學專業(yè)需要有良好的數(shù)學基礎，之后你會學習很多力學專業(yè)的課程。力學包括理論部分、實驗部分和模擬部分。

力學=理論+實驗+仿真

理論

理論力學：主要學習剛體的運動規(guī)律。剛體是不考慮變形的模型。它是高中粒子模型的延伸。理論力學通常由三部分組成：靜力學、運動學和動力學。結合虛位移原理、達朗貝爾原理等力學原理從——開始分析力學。

這兩種理論的研究對象都是剛體。理論力學和高中力學一樣，都是以牛頓運動分析為基礎，需要對物體進行受力分析，所以理論力學也叫矢量力學。分析力學更像數(shù)學，不需要考慮具體的力分析，這有利于處理復雜的機械系統(tǒng)。大學物理所研究的力學也引入了剛體運動，它是理論力學的一部分。

理論力學分析機械的運動和應力。材料力學：材料力學的研究對象是變形體。這是與理論力學最大的區(qū)別。它可以被認為是彈簧模型的衍生。

材料力學將介紹一些基本的力學概念，例如應力和應變。材料力學是基于一些變形假設，主要研究單根細長桿的受力變形。根據(jù)受力狀態(tài)不同，可分為桿件拉伸變形、軸件扭轉變形、梁件彎曲變形、穩(wěn)壓桿件、混合變形等。當研究的模型變得復雜時，從單桿件到由一堆桿組成的桿系統(tǒng)，結構力學就應運而生了。

材料力學研究梁的彎曲結構力學：研究對象從材料力學研究的單桿轉變?yōu)闂U系結構，如工程中常見的桁架、鋼框架結構等。

結構力學的任務是計算桿系的軸力、剪力、彎矩等內(nèi)力，校核桿系的安全性。由于桿結構往往是超靜定結構，所以我們將學習《結構力學》中處理超靜定結構的兩種常用方法：——，以超量未知力為變量的力法和以位移為變量的位移法。結構力學可以研究靜載荷問題以及動態(tài)問題。結構動力學課程中經(jīng)常研究動態(tài)問題。當然，顯然簡單的材料力學問題可以用結構力學的方法來處理，但一般認為材料力學是結構力學的基礎。

結構力學研究鋼橋的承重彈性力學：材料力學研究單個桿件，結構力學的研究對象是材料力學研究對象的發(fā)展，由桿件轉變?yōu)闂U系。然而，實際工程中的結構不僅僅是桿或桿系統(tǒng)。我們會遇到各種模型，而彈性力學是研究各種結構受力變形的學科。

彈性力學從基本的力學定理開始。它沒有像材料力學那樣引入一些變形假設，而是直接基于數(shù)學推導。這種彈性力學也稱為數(shù)學彈性力學。表示任意彈性體的應力、應變和位移的偏微分方程是從質量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律導出的?？梢越Y合邊界條件來求解。這是彈性力學問題的表述。

由于偏微分方程邊值問題的復雜性，求解二維問題所能得到的解析解的數(shù)量通常是有限的。最多不超過100個。彈性力學將介紹平面應變問題、平面應變問題、直角坐標和極坐標解法。反解法、半反解法、應力函數(shù)解法、位移解法等，這些只是很早以前就已經(jīng)獲得的一些求解偏微分方程的方法。

彈性力學得到了另一種從能量角度表達彈性力學問題的方法，——泛函極值問題。數(shù)學上，一些偏微分方程的邊值問題可以轉化為泛函的極值問題。這兩個公式是等價的。能量泛函理論包括兩種經(jīng)典的近似求解方法：里茲法和伽遼金法。能量變分理論也為計算力學中有限元的發(fā)展奠定了理論基礎。

如前所述，如果不引入變形的計算假設，則稱為數(shù)學彈性力學。然而，工程中某些結構（例如板或殼）的厚度遠小于其他兩個尺寸，因此使用一些梁狀變形近似是合理的。這種彈性力學稱為應用彈性力學，也稱為板殼力學。

彈性力學分析大壩應力板殼力學：是在彈性力學中引入一定的計算假設而得到的一套理論。就像材料力學中分析的梁一樣，基于不同的變形假設也有歐拉-伯努利梁和鐵莫申科梁。還有考慮剪切的基爾霍夫板和板模型。對于殼理論來說，其機械處理方法與板相似，但由于殼的曲面幾何形狀，常采用曲面坐標系來描述。這使得數(shù)學處理比慣用的直角坐標更加困難。

板殼力學分析殼力振動動力學：振動響應是結構動力學問題的一個例子。結構動力載荷很多，如沖擊載荷、爆炸載荷、脈沖信號等。

振動力學主要研究結構的動力響應，分析結構的固有模態(tài)、固有頻率和受迫振動。振動力學的研究對象包括材料力學中的簡支梁模型的振動、彈性板殼力學中的軸的振動、板的振動以及理論力學中的離散剛體模型的振動。因此，振動力學包括理論力學、材料力學和彈性力學的研究模型。換句話說，這些理論包括振動理論。例如，哈爾濱工業(yè)大學理論力學第二卷介紹了有限自由度剛體系統(tǒng)的振動。河海大學版彈性力學第二冊包含板、殼的振動理論。

橋梁振動振動力學研究以上介紹的課程均為力學基礎課程。課程緊密相連。視角不同，劃分方法也不同，但無論從哪個角度來看，這些課程都是緊密相關的。

但需要強調(diào)的是，理論力學研究的是不變形的剛體，而其他課程研究的是變形的物體。當然，振動力學可以研究剛體系統(tǒng)的振動和變形體系統(tǒng)的振動。

需要注意的是，這些課程中研究的彈性體的變形是彈性變形。所謂彈性變形是指當外載荷去除后能完全恢復的變形。彈性體的力學狀態(tài)與加載路徑無關。物體一旦進入塑性，當外載荷去除后，物體的變形就不能完全恢復，會出現(xiàn)殘余變形。彈性體具有復雜的本構關系。研究物體塑性變形的稱為塑性力學，或者同時研究彈性變形和塑性變形的稱為彈塑性力學。

塑性力學：塑性力學研究的對象發(fā)生了不可恢復的塑性變形。

塑性力學必須解決的第一個問題是確定物體何時進入塑性？到目前為止，這是一個復雜的問題。

此外，還需要研究塑性體的本構關系，即應力應變關系。這也很復雜，不像線彈性那樣很好解決。常見的本構模型包括完全本構模型和增量本構模型。如果塑性變形仍是小變形，則塑性力學的平衡方程和幾何方程與彈性變形相同。

然而，工程中常見的金屬鍛造和冶煉都會產(chǎn)生較大的變形。塑性力學不具備像彈性力學那樣嚴格的數(shù)學推導和理論基礎。塑性理論的發(fā)展往往伴隨著各種力學實驗，各種理論模型逐步提出、修正、驗證和完善。

塑性力學在金屬冶煉成形中的應用流體力學：之前介紹過很多力學課程，從剛體到簡單變形體再到復雜變形體。但請注意，這些都是固體，或者說這些課程都是固體力學課程。固體在生產(chǎn)實踐中無處不在。但液體也無處不在。當然，力學不能放棄對流體研究的控制。

飛機為什么會飛？為什么河道寬的地方水流卻很慢？哪里河道窄，水流就快？為什么靜水會流得很深？為什么大氣壓與海拔高度有關？阿基米德原理從何而來？一臺機器把水抽到高處需要多少功率？什么是非牛頓流體？這些問題的答案可以在流體力學中找到。

流體力學引入了靜力學問題，即靜止流體的問題。還有動力學問題的研究，即運動流體的研究。事實上，流體力學的研究與理論力學有些相似。它將流體視為單個粒子，無數(shù)流體粒子就是流體。在一些老的理論力書籍中，會有流體靜力學和動力學的介紹。某些模型被引入流體后，會像理論力學一樣進行處理，例如平衡方程、動量定理、動能定理等。這在流體中也是如此。

流體的形狀可以任意改變，給我們的感覺更像是一個變形體，而且是一個很大的變形體。當然，僅僅依靠理論力學知識來研究流體的力學性質是完全不夠的。它涉及變形。研究它必須建立微分方程或積分方程，非常復雜。流體力學中的納維-斯托克斯方程仍然無法找到一般問題的通解。

事實上，當可變形固體受到高速沖擊等高強度載荷時，固體會像流體一樣變形。你可以想象一下，只要用足夠的力氣，將鐵塊砸成鐵塊，此時固態(tài)的鐵豈不是像流體一樣了？

固體可以變形，但其運動位移很小。即使變形很大，位移仍然有限。剛體不考慮變形，而是描述其運動的位移和速度，這些位移和速度可能非常大。流體具有變形固體的變形特性和剛體的運動特性，因此處理流體仍然很復雜。

飛機起飛原理的流體力學研究

實驗力學：實驗力學是力學理論的另一個主要模塊。上面介紹的力學課程都是力學的理論部分，力學實驗是力學不可缺少的一部分。它們可以驗證理論，是探索理論的重要手段。

力學實驗有多種，常見的有應變電測量技術、光學測量技術、無損檢測技術等。

對于一些無法進行現(xiàn)場實驗的情況，必須根據(jù)類似的原理建立模型來進行模型實驗。大型建筑在施工前必須進行抗震、抗風測試。此時只能建立模型進行模型實驗。還有飛機的風洞實驗等等，都是模型實驗。

飛機風洞實驗（新浪）模擬

計算力學：如前所述，機械能原理是有限元的理論基礎，如最小勢能原理、最小補能原理、廣義變分原理等。隨著計算力學的發(fā)展，發(fā)展了許多自己的理論。

傳統(tǒng)的計算力學部分，即有限元，是基于最小勢能原理，以位移為變量的離散模型計算。計算力學的發(fā)展與計算機的發(fā)展密不可分。計算力學必須依靠計算機來進行大量的計算。

有限元實際上是彈性力學中Ritz方法的延伸。有限元的基本思想是利用網(wǎng)格將整個解域離散化。由于解域復雜、邊界條件復雜，直接利用基于能量原理的Ritz方法很難找到滿足條件的試解函數(shù)。然而，如果將解域劃分為許多小塊，則可以很容易地在每個小塊中找到滿足條件的解。試探函數(shù)是計算力學中的位移插值函數(shù)。最后，將各個小單元組裝成一個整體，結合邊界條件并用計算機求解，即可得到整體的近似解。

計算力學理論遠非如此。它發(fā)展了以應力為變量的求解方法，也有以位移和應力為未知變量的混合單元。還有無網(wǎng)格法、邊界元法等。而且，許多有限元計算軟件如ANSYS、ABAQUS等已被廣泛用于解決機械問題。受到工程界的青睞。

有限元軟件網(wǎng)格劃分（百度圖）基礎力學課程之間的聯(lián)系當然，這只是力學的一瞥，其他力學課程還有無數(shù)。

彈性動力學、結構動力學、塑性動力學、沖擊動力學、爆炸力學、極限力學、空氣動力學、分子動力學、連續(xù)介質力學、量子力學、細觀力學、斷裂力學、地質力學、生物力學、骨力學等。

從電子、原子的量子微觀世界到地球、宇宙、星系，從世間萬物到生命科學，力學無處不在。無所不能。

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