工程力学及其实验在工程中的应用

【摘要】力学的应用范围十分广泛，在我们的生产生活中，力学问题无处不在，技术难题往往都与力学问题有关联，也正是在力学的指引下，我们人类才能够制造出飞机、轮船，并一步步迈进现代化。在科学技术迅速发展的今天，作为基础学科的工程力学面临着很大的挑战，需要在各行各业中寻找发展的途径，以及新的生长点。

【关键词】工程力学 力学实验 应用

科学技术的发展是第一生产力，近些年来，我国十分注重科研发展，使我国的科学技术水平有了一定的提升。现代化的生产以及生活方式逐渐深入到人们的生产与生活，现代社会对科学技术的要求越来越高，为了满足这一需求，跟上时代发展的，应用广泛的工程力学必须要改革创新，在我国的工程项目以及交叉学科中寻求发展，同时，工程力学实验是工程力学不可分割的一部分，必须要在工程应用中得到足够的重视。

一、工程力学在我国重大工程中的运用与发展

工程力学作为一门工程基础学科，在漫长的发展过程中不断面临着新的挑战，不断涌现出新的课题，具有强大的生命力，在我国的国民经济发展中占有十分重要的地位。能源问题是世界各国普遍面临的问题，为了满足能源需求，我国相继建设了多座水力发电站，水力发电站的建设需要全面了解基岩的力学性质，只有掌握充足的资料，才能够节约成本，建造更加经济且寿命长的坝体结构，而这个难题正好就是工程力学中的大型结构工程课题。核能发电也是我国发展能源行业研究的热点，进行核能发电的关键是解决结构强度问题，也就是防止核燃料外泄，保证安全发电，因此，这是工程力学面临的一项复杂结构课题。长江三峡水利枢纽工程是我国的重点工程，国家给予了高度重视，民众也给予了高度的配合，在三峡水利枢纽工程建设的过程中，水工力学问题、通航水力学问题、爆炸反馈坝水利学问题、河流动力学问题、岩基力学问题、坝体抗震和抗爆问题等都是技术难题，需要整合全国多家单位进行联合的技术攻关，而解决这些技术难题的关键都在于工程力学。近年来，我国近海开采石油以及海上作业技术有了不小的进步，海上采油工程面临的难题是钻井平台的设计和制造，属于新型的高强度结构工程，涉及到海浪、结构、岩石等多个方面的力学问题，也是工程力学学科面临的新课题。除此之外，随着我国国民经济的发展以及科学技术的发展，我国的国防实力以及国防水平也有了明显的提升，攻击导弹、飞机拦截导弹等武器的研制都需要力学原理作为支撑，将工程力学应用到国防领域，有助于更多高新技术产品的出现，也有助于保障我国的国家安全。

二、工程力学在交叉学科中的应用

不同的运用形态经常联合出现，一个过程常常既是物理过程，又是力学、化学过程，因此需要多学科联合进行研究，这就产生了交叉学科，力学以其很强的渗透力，与很多基础学科与技术学科形成了交叉学科。石油是我国重要的能源，大庆油田的石油产量占全国石油总产量的五分之二以上，因此，保证其产量稳定具有十分重大的意义。石油开采是通过勘探、钻井、固井、射孔和采油来完成的，大庆油田的油、气、水在地下分布十分复杂，层间封隔段短，要求进行高质量的固井工程，使用油井水泥对各个地质层进行严格分隔，但是射孔作业很容易损伤水泥环，影响层间封隔效果。水泥石是固井水泥环的构成材料，由于水泥石中包裹着一些没有被水化的颗粒以及小孔，物质分部并不均匀，存在很大缺陷，容易出现裂纹。在水泥石配比中添加填料（纤维、圆形颗粒等）改变材料的动态力学性能，可以提高材料的裂韧性、止裂韧性等，通过不断试验可以获得防止裂缝产生，具有较好抗冲击性能的水泥石配方。这是工程力学在交叉学科中应用的一个例子，研究出的水泥石配方现已在大庆投入使用。

三、工程力学实验研究的重要性及在工程中的应用

（一）工程力学实验研究的重要性

工程力学是和实际联系非常密切的工科课程，研究分析内容包括物体的受力分析、应力变形分析，还有含物体的材料性能分析，不仅涉及固体力学学科的内容，还涉及到材料力学学科的内容，研究内容比较广泛。一般来讲，力学问题主要从理论分析、数值计算和实验研究三个方面进行研究，实验研究对于工程力学的学习与理解具有十分重要的意义。简单来讲，工程力学的实验研究就是运用实验的方法来测定工程结构或构件中的应力和变形，实验研究的重要性与优势就在于，运用实验的方法可以快速、直接地解决工程面临的问题，还可以对理论以及数值计算之后的结果进行核查以及验证。

（二）工程力学实验研究在工程中的应用

基础建设工程都立足于实际，因此工程力学要致力于解决工程中面临的实际问题。力学的理论方法给出了应力分析的基本方程式，但是在实际情况下，运用数学解析的方法往往只能够处理一些简单的问题，对于几何形状或受载复杂的构件就要进行理想化的假设，因此得出的结果与实际情况存在一定误差，必须要采用力学实验的方法进行验证。同时，数学解析法在使用过程中经常会遇到数学和计算方面的困难，在解决工程建设中面临的三维问题和应力集中问题时，依靠数学解析法甚至根本不到计算结果。数学解析法的使用要基于正确的数学模型，只有针对工程建设中的实际问题建立正确的数学模型，才能够得到正确的结果，如果面对一些载荷和边界条件未知的问题，就要运用实验方法为数学解析提供必要的参数，得出结果之后依旧要使用实验方法进行验证。力学实验在工程建设中的运用，完全不受结构形状、环境等各种因素的限制，即便是面对边界条件未知的问题，也可以通过测量实物得到数据，对于一些只需要知道局部应力和变形的问题，或者只要变形数据，甚至不知道材性能的条件下，实验方法要比数值计算更加简单与方便，并能够得到更为准确的结果。从总体上讲，理论分析，数值计算和实验研究三者间存在十分密切的联系，彼此之间可以互相促进，互相补充，并且具有各自的特点，可以根据实际需要进行选择。

四、结语

我国正处在不断的发展建设中，在很多领域都与发达国家存在很大的差距，为了不断缩小差距，促进我国的快速建设与发展，工程力学承担着十分重大的使命，任务十分艰巨。随着时代的发展，工程力学需要不断与时俱进，不断在我国的大型工程中进行应用并寻求发展，同时要注重力学实验在工程建设中的应用，一方面为工程师的培养创造良好的条件，一方面为工程力学找到新的生长点，更好地为我国的经济建设服务。