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1、浅谈工程力学理论在环境科学中的应用与发展 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。从工程上的应用来说，工程力学它包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，结构力学，材料力学，土力学，岩体力学等。 关键词 工程力学 环境科学 综合应用 中图分类号：X-019 文献标识码：A 1 工程力学与环境科学的学科交叉理论 工程力学是20世纪50年头末出现的。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年头，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几一百零一万度，压力达几
2、万到几一百零一万大气压，应变率达一百零一万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试验方法来干脆测定。为了削减耗时费钱的试验工作，须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状况，因而必需从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必需从微观分析动身，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，要求找寻一种从微观理论动身合成具有特别性能材料的“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，一方面是迫切要求能有一种有效地手段
3、，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量改变的规律；另一方面是近代科学的发展，特殊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晰，为从微观状态推算出宏观特性供应了基础和可能。 总的来说，工程力学具有现代工程与理论相结合的特点，有很大的学问面和敏捷性，对国家现代化建设具有重大意义。 2工程力学理论在环境科学中的发展 2.1环境与力学的学科特点 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详细问题。只有在进行机理分析而感到资料不够时，才求助
4、于新的试验。 工程力学注意从微观到宏观，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很多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，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详细问题。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困难得多，它不能单靠简洁的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必需尽可能结合试验和运用多学科的成果。 2.2探讨
5、内容和方向 工程力学主要探讨平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的探讨等。对于这类问题，工程力学主要借助统计力学的方法。 工程力学的探讨工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，探讨气体在高温下的热力学平衡性质、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；稠密流体性质，主要探讨高压气体和各种液体的热力学平衡性质、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论探讨材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。 工程力学探讨方向主要有：非线性力学与工程、工程稳定性分析及限制技术、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
6、程动力学与爆破。 3工程力学理论在环境科学中的应用 3.1材料力学与环境 材料力学在生活中的应用非常广泛。大到机械中的各种机器，建筑中的各个结构，小到生活中的塑料食品包装，很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够平安、正常工作，所以材料力学就显得尤为重要。 利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象，工程中常利用其原理以提高材料的承载实力，例如建筑用的钢筋与起重的链条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，是加工发生困难，且易产生裂纹，这时应采纳退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。 3.2固体力学与环境 自然界中存在着大至天体，小至粒子的固态物体和各种固体力学问题。人所共
7、知的山崩地裂、沧海桑田都与固体力学有关。现代工程中，无论是飞行器、船舶、坦克，还是房屋、桥梁、水坝、原子反应堆以及日用家具，其结构设计都应用了固体力学的原理。 固体力学探讨的内容既有弹性问题，又有塑性问题；既有线性问题，又有非线性问题。在固体力学的早期探讨中，一般多假设物体是匀称连续介质，但近年来发展起来的复合材料力学和断裂力学扩大了探讨范围，它们分别探讨非匀称连续体和含有裂纹的非连续体。 固体力学的探讨对象根据物体形态可分为杆件、板壳、空间体、薄壁杆件四类。薄壁杆件是指长宽厚尺寸都不是同量级的固体物件。在飞行器、船舶和建筑等工程结构中都广泛采纳了薄壁杆件。 3.3流体力学与环境 流体力学中探
8、讨得最多的流体是水和空气。它的主要基础是牛顿运动定理和质量守恒定理，经常还要用到热力学学问，有时还用到宏观电动力学的基本定律、本构方程和高等数学、物理学、化学的基础学问。 4结论 工程力学与环境科学的结合是探讨有关物质宏观运动规律，以及其应用的科学。工程给力学提出问题，力学的探讨成果改进工程设计思想，两者相辅相成，共同发展，成熟。工程力学在生活的方方面面都有着应用，且有特别强的好用性，所以我们特别有必要学好，运用好工程力学学问与实践意义较强的学科的结合。 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页