工程力學

工程力學是以構件為研究對象，運用力學的一般規律分析和求解構件受力的情況及平衡問題，建立構件安全工作的力學條件的一門學科。同時，為了使設計符合經濟原則，又要求少用材料或用廉價材料。工程力學的任務就是合理地解決這一矛盾，為實現既安全又經濟的設計提供理論依據和計算方法。 ^[2] 

工程力學包括理論力學（靜力學部分）和材料力學兩部分內容。

靜力學部分主要研究受力物體平衡時作用力所應滿足的條件，同時也研究物體受力的分析方法以及力系的簡化的方法等。此外，工程力學研究的是速度遠小於光速的宏觀物體的機械運動，它以伽利略和牛頓總結的基本定律為基礎，屬於古典力學的範疇。理論力學所研究的是這種運動中最一般、最普通的規律，是各門力學分支的基礎。靜力學不僅是材料力學的基礎，也是結構力學、彈性力學等許多課程的基礎。

材料力學部分研究構件在外力作用下的變形與破壞（或失效）的規律，為合理設計構件提供有關強度、剛度與穩定性分析的基本理論與方法。工程構件失效或破壞的形式很多，但工程力學範疇內的實效通常分為三種：強度、剛度、穩定性。為保障構件正常工作，對構件設計提出如下要求：

（1）構件應具備足夠的強度（即抵抗破壞的能力），以保證在規定的使用條件下不發生意外斷裂或顯著塑性變形；

（2）構件應具備足夠的剛度（即抵抗變形的能力），以保證在規定的使用條件下不發生過大變形；

（3）構件應具備足夠的穩定性（即保持原有平衡形式的能力），以保證在規定的使用條件下不失穩。 ^[3] 

任何正確的研究方法，一定要符合辯證唯物主義的認識論。工程力學也必須遵循這個正確的認識規律進行研究和發展。傳統的力學研究方法有兩種，即理論方法和試驗方法。

在對事物觀察和實驗的基礎上，經過抽象化建立力學模型，形成概念。客觀事物都是具體的、複雜的。為找出其共同規律性，必須抓住主要因素，捨棄次要因素，建立抽象化的力學模型。例如：在研究物體受外力作用而平衡時，可以忽略物體形狀的改變，採用剛體模型；但要分析物體內部的受力狀態，必須考慮到物體的變形，建立彈性體的模型。這種抽象化、理想化的方法，不僅簡化了所研究的問題，而且能夠達到足夠的計算精度，滿足工程的需要。

工程力學成功地運用邏輯推理和|演繹的方法，由少量最基本的規律出發，得到了從多方面揭示機械運動規律的定理、定律和公式，建立了嚴密的完整的理論體系。數學方法在力學的發展中起到了重大的作用，近代計算機的發展和普及，不僅能完成力學問題中大量繁雜的數值計算，而且在邏輯推理、公式推導等方面也是極有效的工具。

將工程力學的理論用於實踐，在解釋世界、改造世界中不斷得到了驗證和發展。實踐是檢驗真理的標準，實踐中所遇到的新問題又是促進理論發展的源泉。力學解決問題沒有完全依賴理論推導，而是充分發揮實踐的作用。如由試驗測得極限強度，加以技術處理，與構建的最大工作應力值加以比較，建立強度條件，確立了防止構建失效的機制，從而確保結構安全、正常、有效地工作。

在力學解決問題的過程中，既有理論又有實驗，力學理論在現實生活和工程中，被大量實踐驗證為正確。如在實踐中出現矛盾，必須修正原有的理論，建立新的概念，才能正確指導實踐，改造世界，並進一步地發展力學理論。 ^[1] 

力學知識最早起源於對自然現象的觀察和在生產勞動中的經驗。人們在建築、灌溉等勞動中使用槓桿、斜面、汲水器具，逐漸積累起對平衡物體受力情況的認識。

古希臘的阿基米德對槓桿平衡、物體重心位置、物體在水中受到的浮力等作了系統研究，確定它們的基本規律，初步奠定了靜力學即平衡理論的基礎。但是對力和運動之間的關係，只是在歐洲文藝復興時期以後才逐漸有了正確的認識。伽利略在實驗研究和理論分析的基礎上，最早闡明自由落體運動的規律，提出加速度的概念。牛頓繼承和發展前人的研究成果，提出物體運動三定律。伽利略、牛頓奠定了動力學的基礎。牛頓運動定律的建立標誌着力學開始成為一門科學。16世紀以前力學發展較慢;中國雖然有很多水利、橋樑、土木等等的偉大工程，卻沒有發表過力學方面的文獻;力學與數學關係緊密、力學的發展與工程的需要密不可分;現將相關文獻記載的力學的里程碑式記載羅列：

托勒密（100-170）在《大彙編》中建立了太陽系運行的托勒密體系。

希羅在《氣體力學》中設計了真空、水與空氣的壓力、虹吸管、玩具和一種用蒸汽驅動的旋轉機械。

1022年，怕普斯(300-350)在《數學彙編第八卷》中彙集了古希臘對力學研究的成果。

1533年，約旦努在《重物的論述》中討論了物體的平衡問題，包含了虛功原理的萌芽。

1543年，哥白尼在《天體運行論》中提出了太陽系的哥白尼系統。

1619年，開普勒在《宇宙的和諧》中總結了行星運行的三大定律。

1586年，斯梯芬的《靜力學原理》是靜力學體系標誌性著作。

1627年，默森的《宇宙的和諧》是最早關於聲音、音樂和樂器的著作。

1627年， 登玉函王徽在《遠西奇器圖説》中最早介紹了西方力學知識。

1632年，伽利略在《關於托勒密與哥白尼兩大世界體系的對話》中系統地論證了哥白尼系統，提出慣性運動的概念。

1638年，《關於兩門新科學的對話》總結了材料強度、自由落體和拋物體的運動規律。

1644年，托里拆利在《論重物的運動》中證明了孔口出流的速度與液高的平方根成比例，還指出位置最低時得好，是平衡穩定性的最早提法。

1909年，波義耳在《關於空氣的彈性及其效果的物理力學新實驗》中給出了能量正定性的不等式。

1909年，索維菲的《對流動轉變為湍流的解釋》是對層流穩定性的較早研究，得到了非自共軛的 Orr-Sommerfeld 偏微分方程。

1913年，馮 . 米賽斯在《塑性變形固體的力學》中提出固體在一定應力狀態下的一種屈服 ，被稱為米賽斯條件。

1915年，迦遼金在《在某些杆與板平衡問題中的級數》中提出直接離散的近似方法，被稱為伽遼金方法。

1918年，諾特在《變分問題的不變量》中給出了兩個關於動力系統的不變量定理，對20世紀力學和物理的發展產生了深刻的影響。

1920年，格里菲斯《固體的流動與斷裂現象》是斷裂力學的最早文獻。 ^[4]