理性力学

经典物理的发展,曾经对科学起了巨大的推动作用。然而,在科学发展的历史过程中,经典物理越来越显示出它的局限性,这没有其他办法,只有发展新的理论来补充和取代它,数学和力学结合的理性力学,就是从经典力学中发展出来的新学科,它解决了许多经典力学解决不了的问题。它应用数学的基本概念和严格的逻辑推理,再从物理原型出发,建立并发展新的力学模型和理论,而经典力学则只是理性力学的特殊情况。     

突变理论在岩石力学中的应用及发展趋势

突变理论与传统的岩石力学思想很接近,但突变理论特别适合内部作用尚属未知的系统.目前突变理论在岩石力学问题中已得到了广泛应用,正逐步成为解决岩石力学问题的有力工具.本文回顾了突变理论的发展历史,进一步阐述了用突变理论分析解决岩石工程问题的一般方法,并分析了其不足之处,对突变理论的应用前景作了一些展望.     

计算爆炸力学及相关进展

爆炸力学是研究爆炸的发生和发展规律以及爆炸的力学效应的利用和防护的学科. 爆炸力学的数学模型是一组非线性偏微分方程, 过去用理论分析的方法研究爆炸力学问题, 主要是根据问题的性质将方程简化便于求解, 但其准确性和应用范围非常有限. 随着数值计算方法的不断发展和计算机处理能力的不断提高, 计算爆炸力学成为爆炸力学的新学科分支. 自20 世纪60 年代以来, 各国的爆炸力学工作者进行了大量爆炸力学数值计算工作, 极大地推动了计算爆炸力学的发展. 本文主要对国内在计算爆炸力学领域取得的相关成果进行评介.     

力学信息学简介

数据在力学的发展中始终属于最基础和最重要的角色。在古典力学时代,通过对海量数据的总结归纳,科学大师们得出了以牛顿运动三大定律为代表的自然世界运行的客观规律。在当今时代,快速发展的力学实验自动化技术和高通量技术,使力学数据呈爆炸式增长,如何基于迅猛增长的数据来快速发现、发展和革新力学理论,成为一个迫切需要解决的问题。力学工作者可以借助当下快速发展的人工智能算法,直接智能地优化实验和生产工艺,或者利用诸如符号回归、稀疏回归和流形学习等机器学习方法对数据进行挖掘处理,发现并给出数据所遵循的公式形式,将数据上升为知识。这一人工智能和力学相结合的交叉学科便是“力学信息学”。基于力学信息学方法,古老的力学学科也必将迎来新的春天。     

节理岩体的本构模型与强度理论

岩体中广泛分布的宏观裂隙(节理)使岩体成为一种具有显著各向异性的非连续介质。建立节理岩体的本构模型与强度理论是岩体力学理论研究的一个热点和难题。虽然近年来一些学者引入了损伤力学的理论,但损伤力学是在对含有张性微观损伤(裂纹)的介质研究中发展起来的,而对常常处于受压状态的含闭合节理网络的岩体不太适用。尽管Kyoya等引入了两个参数C_v与C_s来加以修正,但如何确定这两个系数的表达式和数值又成为新的困难。     

非晶态固体力学

经典的固体变形和断裂理论建立在连续介质尺度,结合位错、晶界、解理等概念可成功应用于各类晶态固体.然而,该经典路径对于拓扑长程无序的各类非晶态固体面临极大的概念和理论挑战.根本原因是,传统晶体学概念在非晶态无序结构中无法定义,导致以此为基础建立的固体力学理论全部失效.本文针对非晶合金这类典型非晶态固体及其对应的原子或胶体模拟体系,介绍和评述与力学相关的研究进展,包括塑性载体、塑性本构理论、蠕变与应力松弛、剪切带、断裂失效.最后,对非晶态固体力学研究的发展现状和未来趋势进行简要总结.     

骨骼力学研究及其新进展

本文介绍生物力学中的一个基本分支——骨骼力学.介绍它的研究内容、研究方法、研究成果,以及它在生物医学工程中的实际应用.骨骼力学在生物医学工程中的地位作为生物医学工程的组成部分及其理论基础之一的生物力学,现在已发展出许多分支,骨骼力学便是其中之一.在生物力学的各分支中,要算骨骼力学出现得最早.伽里略早就开始以力学观点来研究人体的骨骼了.他认为,力学是了解其他学科的基础,没有它,自然界就不可理解.伽里略是个世界著名的力学家,但他却是医学院的毕业生.他认为:人体骨骼也服从力学规律.但对骨骼力学较深入的独立研究,直     

页岩气开发中的几个关键现代力学问题

伴随着现代信息技术的发展,现代力学的研究进入了一个新的阶段.本文将钱学森先生介绍的现代力学概念赋予了新的内涵,概括了现代力学的研究主体、研究方法和主要研究方向.从拉格朗日方程出发,按照表征元的物理变量和积分区域的几何表述,对计算力学的基本方法进行了分类,提出了通过实验和数值模拟共同获得介质的力学参数、研究介质力学特性和行为的思路和方法,在此基础上建立了表征元(计算单元)的积分——微分方程,体现了现代力学基本理论框架的特点.表征元的材料特性、力学行为以及由表征元构成的宏观介质全场运动规律均是现代力学的重要研究内容.现有材料实验目的是获得抽象为连续介质的材料应力应变关系和材料强度,而现代力学可以突破这个限制,通过多变量测量并结合数值模拟获得材料的特征和演化规律.在现代力学中全场解可以由数值计算获得,并由监测结果校核.通过与丰富的监测结果比较,数值模拟不可信的问题会逐步化解.页岩气开发的关键问题是研究地下页岩在各种条件下的破裂演化规律.页岩气开发新方案的技术路线应该是现代力学先行,以避免盲目在工程尺度上进行方案论证;借助现代力学可以打破水力压裂技术的局限性,探索新的技术方案.主要理论研究包括以下几个方面:(1)在认识表征元破裂度、渗透性演化的基础上,寻求关联性的理论表述方法;(2)研究体破裂度的渗流场、破裂场以及颗粒的相互作用规律;(3)时空全尺度模拟需要从理论上研究新的力学模型,其中包括借用岩体表征元破裂度和灾变破裂度的概念,实现破裂场与材料渗透性关联;(4)由流量、井口压力曲线计算出的岩体破裂参量可以被页岩气的产量校核,从而为提出新的工程方案、指导工程施工提供可参考的技术指标.     

时间为何不同于其他维度?

似乎所有人都知道时间的特殊性,但物理学——迄今最精密、最成功的科学怎么处理它?梳理2000多年来物理学的基本运动理论的发展,一个初步的脉络呈现在我们面前.亚里士多德认为时间维度与空间维度是互不影响的,空间维度可能更为重要——天上和地面的运动规律是不一样的.牛顿引入绝对时间与绝对空间的概念,在经典力学中时间维度是与空间维度地位平等的.牛顿提出三大运动定律以后,物理学的基本运动理论一分为三:爱因斯坦的(狭义)相对论力学、量子力学和演化力学.三个力学理论分别引入一个普适物理常数:真空中光速c、普朗克常数h和玻尔兹曼常数k,各自界定了对物理世界认识的一个极限:光速不变性、不确定性和不可逆性.对时间的认识也一分为三:量子力学基本沿用经典力学的时间概念;基于相对论,力学时间与空间统一了,可以在一定程度相互转换,但基本的时序是相对性不变的,时间与空间有所不同;基于热力学第二定律和耗散-涨落定理所代表的不可逆性,演化力学给予了时间一个特别地位.这些显然还不是最后答案.三种普适力学若是统一,以后时间的作用怎样?     

光线的量子Liouville方程

几何光学量子理论的建立不仅使光线力学体系得以完善,而且为光线的统计理论提供了基础。D.Marcuse曾基于经典光线力学在4维光线相空间里建立了光线Liouville定理来阐     

广义相对论及其实验基础

阿尔贝特·爱因斯坦是当代最伟大的物理学家.他在1915年创立的广义相对论是关于时间空间性质与物质及其运动相互依赖关系的学说,是建立在广义协变要求和黎曼几何基础上的引力理论和宏观物质运动理论。这一理论不仅对牛顿力学的核心内容(牛顿动力学和万有引力公式)给予了统一和深刻的解释,还预言了牛顿力学所不能解释的新的引力效应,并为以后的实验所证实。广义相对论就其创造性和理论内     

构造断裂系统的统计分析

由定性研究向定量研究发展是地质学的一个重要发展趋势。大地构造学和其他地质学分支一样,需要引进定量的研究方法,需要应用数学和电子计算机。我国著名地质学家李四光十分重视大地构造理论的定量研究,提出了各种构造体系的力学模型及其数学表达式。张文佑教授也非常重视大地构造理论的定量研究,他指出对大地构造理论问题应作出力学模型并进行计算分析。国外在这方面也作了不少工作。本文仅是构造地质定量研究中很小的组成部分,作者对我国境内构造断裂长度作了统计分析,研究了我国境内主要构造断裂长度和皮尔逊Ⅲ型分布之间的关系,并得出了初步结果。     

奥斯特和电磁相互作用

长期以来,人们作了种种努力,试图寻找物理现象的统一的解释和建立一种概括各种相互作用的统一的理论。在牛顿以前,人们发现了地球上的落体运动和宇宙中的星体运动,当时大家都认为它们属于完全不同的力学范围。1687年牛顿在《自然哲学的数学原理》中提出了万有引力理论,将天上的和地上的力学     

功能梯度材料接触力学若干基本问题的研究进展

由于功能梯度材料在改善表面接触损伤方面的潜在应用,其接触力学问题受到越来越广泛关注,许多学者开展了大量的研究工作.本文结合作者近些年来在功能梯度材料接触力学方面开展的研究工作,综述了功能梯度材料接触力学若干基本问题的最新理论研究进展,包括功能梯度材料的无摩擦和滑动摩擦接触、微动接触、热弹性接触及失稳、力电磁多场耦合接触和黏附接触.最后对未来功能梯度材料接触力学研究进行了展望.     

关于基于Galerkin截断的粘弹性结构动力学行为研究

随着高聚物材料和复合材料的广泛采用以及岩土力学、地质力学和生物力学的迅速发展,粘弹性理论的研究愈来愈受到重视,成为连续介质力学的重要组成部分.结构稳定性问题是力学系统稳定性研究的一个重要方面,特别是混沌和分岔等非线性动力学理论的发展为结构稳定性的研究提供了新的方法和观点,而结构稳定性问题也为非线性动力学的研究提供了物理和工程背景.Galerkin方法是一种广泛适用而又不失简洁的简化连续系统动力学数学模型的途径.本文综述了采用Galerkin方法分析粘弹性结构动力学行为的进展.分别总结了基于Galerkin截断研究粘弹性结构的稳定性和粘弹性结构混沌运动的成果.最后对研究前景进行了展望.     

遗产与未来

近代科学技术的历史已发展到了一个非常惊人的程度,这也应归功于二十世纪前三十年的一些革命性的发现,这些发现和产生它们的思想,以及随后由此产生的技术,便形成了人们的遗产,这些遗产已经成为我们现代科学技术的基础。本文拟集中精力简述几个主要问题。为此,详细地叙述这些遗产是很有必要的。上世纪末已创建了所谓的经典力学,或称之为牛顿力学。当时有些极有权威的物理学家认为:经典力学即牛顿力学将不会再有多大的发展了。十九世纪获得的两项伟大科学成就——詹姆斯·克莱克·麦克斯韦尔的电动力学,以及以原子结构理论为依据的路特伟格·波尔曼对热力学的解释。两者之间的统一在十九世纪末已被人们公认了。它们和艾萨克·牛顿力学一起构成了自然科学基础知识中最重要的知识框架。这就是当时的物理学。同时,工业革命给十八世纪和十九世纪时期的西方世界带来了巨大的发展,这一发展最初是以牛顿力学和后来的麦克斯韦尔电动力学以及波尔曼的热力学为基础。尽管已有这些成就,但     

新型航天器发展对力学学科的挑战

航天工程研制与力学学科发展关系紧密,相互促进.分析新型航天器研制所面临的工程难题及其对力学学科提出的新挑战,并对这些力学问题加以研究与工程转化,对促进我国航天科技的快速发展具有重要作用.本文针对重型运载火箭、大型空间飞行器、可重复使用运载器及临近空间高超声速飞行器4类典型新型航天器,在分析其主要技术特点和工程研制难题的基础上,总结归纳出对力学学科问题的挑战,提出了当前及未来在力学领域内需要重点关注的热点问题及相关建议,以促进新型航天器与力学基础学科的共同发展.     

生物力学的奠基人——冯元桢

Z众所周知,自17世纪后期牛 顿完成经典力学后,力学在其历史发展进程中,不时向其它自然科学渗透,形成了层出不穷的边缘学科,如固体力学、流体力学、天体力学等。20世纪以来,其渗透威力更为显著。如用力学观点研究地壳运动现象,创立了地质力学;又如,用力学观点研究物体在空气中作相对运动时的力学现象,诞生了空气动力学。这些新学科不仅给传统力学注入了活力,而且极大地推动了当代科学技术的发展。     

经济系统预测的混沌理论研究评述

传统的经济预测理论与方法是建立在牛顿力学范式基础上的,面对日益复杂变化的经济社会,其局限性和无效性已经显露出来.预测学的发展需要寻求新范式.以混沌等为代表的复杂性科学理论,对待自然界和经济社会现象有着与传统科学不同的思想和研究方法,为经济预测提供了新的理论框架.本文总结了传统预测范式的基本观点及国内外应用混沌理论研究经济预测的现状,提出将经济预测问题作为复杂系统问题加以研究,指出应用混沌理论对其开展进一步深入研究的领域与方向.     

固体与分子经验电子理论

最近十六年中,作者在鲍林的金属电子理论基础上,发展了一个固体与分子经验电子理论。它是周期表第六周期和以上78个元素的、上千种晶体与分子结构;结合其它现代实验如中子衍射、电子衍射、微波分析、穆斯鲍尔效应、迴旋共振、正电子湮没、康普顿谱线外形等等实验;经过考验的理论如能带理论、共价键理论、电子浓度理论等等;以及一般的金相平衡图、磁学、力学、热学、电学和其它物理性能等的分析,检查,再分析等反复多次的综合总结。在一级