绪论

1.工程力学与现代工程技术

工程力学是在人们的生产实践中产生和发展起来的，它是研究物体机械运动一般规律和构件的强度、刚度、稳定性的科学。特别是现代工程技术对工程力学提出许多更加迫切的问题，同时也促进了工程力学理论体系的不断发展和完善。工程力学在土木水利工程、交通运输、航空航天、装备制造等多个现代工程领域有着广泛的应用，如图0-1～图0-9所示。

图0-1 国家体育馆“鸟巢”工程

图0-9 工业机器人

图0-2 杭州湾跨海大桥

图0-3 三峡工程

图0-4 动车组

图0-5 国产“空警2000”预警机

图0-6 “神舟”飞船

图0-7 1.5万吨水压机——我国一重自主创新成果

图0-8 五轴联动数控机床

另外，工程力学在微米纳米领域也得到广泛应用，国内某科研所研制的高g值微加速度传感器采用梁板式结构，尺寸为4100μm×3500μm×920μm。如图0-10所示为碳纳米管4万倍透射电子显微镜照片。

图0-10 碳纳米管4万倍透射电子显微镜照片

2.工程力学的研究对象和研究方法

人们认识和改造自然界的过程遵循由外向内、由表及里、由简单列复杂、由感性到理性的过程。工程力学通常在观察和实验的基础上，用抽象的方法建立力学模型。工程力学的研究对象包括质点、刚体和变形体。力作用于构件上要产生外部和内部两种效应，外部效应也称为运动效应，内部效应也称为变形效应。抽象化的方法就是从影响力作用效应的复杂因素中，抓住主要因素，忽略次要因素。例如，在研究构件系统的平衡求解支反力时，可以忽略变形对原始尺寸变化的影响，得到刚体的模型；在研究物体的内力、变形时，采用变形固体的一些假设。

工程力学的研究方法可以归结为以下步骤。

（1）将所研究的问题抽象为一定的力学模型。

（2）应用工程力学知识把力学模型转化为数学模型，视问题难易程度不同，可以是偏微分方程、常微分方程、线性代数方程组等。

（3）运用一定的数学工具进行求解。若问题复杂，可以采用数学仿真软件，如MATLAB或MATHCAD，多体动力学仿真软件ADAMS，有限元仿真软件ANSYS、MARC等得到数值解。

工程力学是一门理论性较强的技术基础课，该课程的基本概念、基本方法、重要结论在相关专业的后续课程中有着非常重要的应用。通过该课程的学习可以提高力学建模和分析解决工程实际问题的能力，为今后开展工程技术实践和从事科学研究活动打下良好的基础。