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浅述工程力学在生活生产中的应用

一、结构力学是主要研究工程结构受力和传力的规律，

以及如何进行结构优化的学科

工程结构是能够承受和传递外载荷的系统，包括杆、板、壳

以及它们的组合体。结构力学的任务是研究工程结构在外载荷作

用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的

工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构

承受和传递外力的能力；研究和进展新型工程结构。结构设计不

仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、重量轻、美观大

方.对某些工程来说减轻重量尤为重要，比如飞机重量的减轻，

就可以使飞机达到：航程变远、上升加快、速度加大、能耗降低

等优点。

二、结构力学的进展简史

起初，人们对天然的结构进行观察和研究，如：树木的根、

茎、叶，骨骼的形状和结构，山洞、蜂窝、蚁窝和鸟巢等。随着

社会的进步，人们对结构设计的规律以及结构的强度和刚度有了

逐步的了解和认识，也积存了不少宝贵经验，这主要表现在：埃

及的金字塔，ZG的万里长城、赵州安济桥、故宫等等。结构力

学在进展的初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到19

世纪初，人们开始设计各种大规模的工程结构，要作较精确的分

析和计算。因此，工程结构的分析理论和分析方法开始独立出来，

到19世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。从19世

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纪30年代起，由于要在桥梁上通火车，不仅需要考虑桥梁承受

静载荷的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨度

的增长，出现了金属桁架结构。19世纪末到20世纪初，学者们

对船舶结构进行了大量的力学研究，并研究了可动载荷下的粱的

动力学理论以及自由振动和受迫振动方面的问题。

20世纪初，航空工程的进展了促进科学家们对薄壁结构和

加劲板壳的应力和变形分析，以及对稳定性问题的研究。同时桥

梁和建筑开始大量使用钢筋混凝土材料，这就要求科学家们对钢

架结构进行系统的研究，在1914年德国的本迪克森创立了转角

位移法，用来解决刚架和连续粱等问题。

20世纪20年代，人们又提出了蜂窝夹层结构的设想。根据

结构的极限状态，学者们得出了弹性地基上粱、板及刚架的设

计计算新理论。对承受各种动载荷的结构的力学问题，也做了许

多研究工作。随着结构力学的进展，疲劳问题、断裂问题和复合

材料结构问题先后进入结构力学的研究领域。

20世纪中叶，电子计算机和有限元法的问世使得大型结构

的复杂计算成为可能，从而将结构力学的研究和应用水平提到了

一个新的高度。

三、结构力学的学科体系

结构力学分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结

构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理

论等。结构静力学主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变

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形和应力状态，以及结构优化问题。结构动力学是研究工程结构

在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。结构稳定理论是研究

工程结构稳定性的分支。结构稳定理论中最重要的内容是确定结

构的失稳临界载荷。结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部

不可幸免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破

坏，也会