力學(xué)專業(yè)學(xué)什么課程(力學(xué)專業(yè)學(xué)什么-)
力學(xué)專業(yè)需要有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，之后你會學(xué)習(xí)很多力學(xué)專業(yè)的課程。力學(xué)包括理論部分、實驗部分和模擬部分。
力學(xué)=理論+實驗+仿真
理論
理論力學(xué)：主要學(xué)習(xí)剛體的運動規(guī)律。剛體是不考慮變形的模型。它是高中粒子模型的延伸。理論力學(xué)通常由三部分組成：靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)。結(jié)合虛位移原理、達(dá)朗貝爾原理等力學(xué)原理從——開始分析力學(xué)。
這兩種理論的研究對象都是剛體。理論力學(xué)和高中力學(xué)一樣，都是以牛頓運動分析為基礎(chǔ)，需要對物體進(jìn)行受力分析，所以理論力學(xué)也叫矢量力學(xué)。分析力學(xué)更像數(shù)學(xué)，不需要考慮具體的力分析，這有利于處理復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)。大學(xué)物理所研究的力學(xué)也引入了剛體運動，它是理論力學(xué)的一部分。
理論力學(xué)分析機(jī)械的運動和應(yīng)力。材料力學(xué)：材料力學(xué)的研究對象是變形體。這是與理論力學(xué)最大的區(qū)別。它可以被認(rèn)為是彈簧模型的衍生。
材料力學(xué)將介紹一些基本的力學(xué)概念，例如應(yīng)力和應(yīng)變。材料力學(xué)是基于一些變形假設(shè)，主要研究單根細(xì)長桿的受力變形。根據(jù)受力狀態(tài)不同，可分為桿件拉伸變形、軸件扭轉(zhuǎn)變形、梁件彎曲變形、穩(wěn)壓桿件、混合變形等。當(dāng)研究的模型變得復(fù)雜時，從單桿件到由一堆桿組成的桿系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)力學(xué)就應(yīng)運而生了。
材料力學(xué)研究梁的彎曲結(jié)構(gòu)力學(xué)：研究對象從材料力學(xué)研究的單桿轉(zhuǎn)變?yōu)闂U系結(jié)構(gòu)，如工程中常見的桁架、鋼框架結(jié)構(gòu)等。
結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)是計算桿系的軸力、剪力、彎矩等內(nèi)力，校核桿系的安全性。由于桿結(jié)構(gòu)往往是超靜定結(jié)構(gòu)，所以我們將學(xué)習(xí)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》中處理超靜定結(jié)構(gòu)的兩種常用方法：——，以超量未知力為變量的力法和以位移為變量的位移法。結(jié)構(gòu)力學(xué)可以研究靜載荷問題以及動態(tài)問題。結(jié)構(gòu)動力學(xué)課程中經(jīng)常研究動態(tài)問題。當(dāng)然，顯然簡單的材料力學(xué)問題可以用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法來處理，但一般認(rèn)為材料力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)。
結(jié)構(gòu)力學(xué)研究鋼橋的承重彈性力學(xué)：材料力學(xué)研究單個桿件，結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對象是材料力學(xué)研究對象的發(fā)展，由桿件轉(zhuǎn)變?yōu)闂U系。然而，實際工程中的結(jié)構(gòu)不僅僅是桿或桿系統(tǒng)。我們會遇到各種模型，而彈性力學(xué)是研究各種結(jié)構(gòu)受力變形的學(xué)科。
彈性力學(xué)從基本的力學(xué)定理開始。它沒有像材料力學(xué)那樣引入一些變形假設(shè)，而是直接基于數(shù)學(xué)推導(dǎo)。這種彈性力學(xué)也稱為數(shù)學(xué)彈性力學(xué)。表示任意彈性體的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的偏微分方程是從質(zhì)量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律導(dǎo)出的。可以結(jié)合邊界條件來求解。這是彈性力學(xué)問題的表述。
由于偏微分方程邊值問題的復(fù)雜性，求解二維問題所能得到的解析解的數(shù)量通常是有限的。最多不超過100個。彈性力學(xué)將介紹平面應(yīng)變問題、平面應(yīng)變問題、直角坐標(biāo)和極坐標(biāo)解法。反解法、半反解法、應(yīng)力函數(shù)解法、位移解法等，這些只是很早以前就已經(jīng)獲得的一些求解偏微分方程的方法。
彈性力學(xué)得到了另一種從能量角度表達(dá)彈性力學(xué)問題的方法，——泛函極值問題。數(shù)學(xué)上，一些偏微分方程的邊值問題可以轉(zhuǎn)化為泛函的極值問題。這兩個公式是等價的。能量泛函理論包括兩種經(jīng)典的近似求解方法：里茲法和伽遼金法。能量變分理論也為計算力學(xué)中有限元的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。
如前所述，如果不引入變形的計算假設(shè)，則稱為數(shù)學(xué)彈性力學(xué)。然而，工程中某些結(jié)構(gòu)（例如板或殼）的厚度遠(yuǎn)小于其他兩個尺寸，因此使用一些梁狀變形近似是合理的。這種彈性力學(xué)稱為應(yīng)用彈性力學(xué)，也稱為板殼力學(xué)。
彈性力學(xué)分析大壩應(yīng)力板殼力學(xué)：是在彈性力學(xué)中引入一定的計算假設(shè)而得到的一套理論。就像材料力學(xué)中分析的梁一樣，基于不同的變形假設(shè)也有歐拉-伯努利梁和鐵莫申科梁。還有考慮剪切的基爾霍夫板和板模型。對于殼理論來說，其機(jī)械處理方法與板相似，但由于殼的曲面幾何形狀，常采用曲面坐標(biāo)系來描述。這使得數(shù)學(xué)處理比慣用的直角坐標(biāo)更加困難。
板殼力學(xué)分析殼力振動動力學(xué)：振動響應(yīng)是結(jié)構(gòu)動力學(xué)問題的一個例子。結(jié)構(gòu)動力載荷很多，如沖擊載荷、爆炸載荷、脈沖信號等。
振動力學(xué)主要研究結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，分析結(jié)構(gòu)的固有模態(tài)、固有頻率和受迫振動。振動力學(xué)的研究對象包括材料力學(xué)中的簡支梁模型的振動、彈性板殼力學(xué)中的軸的振動、板的振動以及理論力學(xué)中的離散剛體模型的振動。因此，振動力學(xué)包括理論力學(xué)、材料力學(xué)和彈性力學(xué)的研究模型。換句話說，這些理論包括振動理論。例如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)第二卷介紹了有限自由度剛體系統(tǒng)的振動。河海大學(xué)版彈性力學(xué)第二冊包含板、殼的振動理論。
橋梁振動振動力學(xué)研究以上介紹的課程均為力學(xué)基礎(chǔ)課程。課程緊密相連。視角不同，劃分方法也不同，但無論從哪個角度來看，這些課程都是緊密相關(guān)的。
但需要強(qiáng)調(diào)的是，理論力學(xué)研究的是不變形的剛體，而其他課程研究的是變形的物體。當(dāng)然，振動力學(xué)可以研究剛體系統(tǒng)的振動和變形體系統(tǒng)的振動。
需要注意的是，這些課程中研究的彈性體的變形是彈性變形。所謂彈性變形是指當(dāng)外載荷去除后能完全恢復(fù)的變形。彈性體的力學(xué)狀態(tài)與加載路徑無關(guān)。物體一旦進(jìn)入塑性，當(dāng)外載荷去除后，物體的變形就不能完全恢復(fù)，會出現(xiàn)殘余變形。彈性體具有復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系。研究物體塑性變形的稱為塑性力學(xué)，或者同時研究彈性變形和塑性變形的稱為彈塑性力學(xué)。
塑性力學(xué)：塑性力學(xué)研究的對象發(fā)生了不可恢復(fù)的塑性變形。
塑性力學(xué)必須解決的第一個問題是確定物體何時進(jìn)入塑性？到目前為止，這是一個復(fù)雜的問題。
此外，還需要研究塑性體的本構(gòu)關(guān)系，即應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。這也很復(fù)雜，不像線彈性那樣很好解決。常見的本構(gòu)模型包括完全本構(gòu)模型和增量本構(gòu)模型。如果塑性變形仍是小變形，則塑性力學(xué)的平衡方程和幾何方程與彈性變形相同。
然而，工程中常見的金屬鍛造和冶煉都會產(chǎn)生較大的變形。塑性力學(xué)不具備像彈性力學(xué)那樣嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和理論基礎(chǔ)。塑性理論的發(fā)展往往伴隨著各種力學(xué)實驗，各種理論模型逐步提出、修正、驗證和完善。
塑性力學(xué)在金屬冶煉成形中的應(yīng)用流體力學(xué)：之前介紹過很多力學(xué)課程，從剛體到簡單變形體再到復(fù)雜變形體。但請注意，這些都是固體，或者說這些課程都是固體力學(xué)課程。固體在生產(chǎn)實踐中無處不在。但液體也無處不在。當(dāng)然，力學(xué)不能放棄對流體研究的控制。
飛機(jī)為什么會飛？為什么河道寬的地方水流卻很慢？哪里河道窄，水流就快？為什么靜水會流得很深？為什么大氣壓與海拔高度有關(guān)？阿基米德原理從何而來？一臺機(jī)器把水抽到高處需要多少功率？什么是非牛頓流體？這些問題的答案可以在流體力學(xué)中找到。
流體力學(xué)引入了靜力學(xué)問題，即靜止流體的問題。還有動力學(xué)問題的研究，即運動流體的研究。事實上，流體力學(xué)的研究與理論力學(xué)有些相似。它將流體視為單個粒子，無數(shù)流體粒子就是流體。在一些老的理論力書籍中，會有流體靜力學(xué)和動力學(xué)的介紹。某些模型被引入流體后，會像理論力學(xué)一樣進(jìn)行處理，例如平衡方程、動量定理、動能定理等。這在流體中也是如此。
流體的形狀可以任意改變，給我們的感覺更像是一個變形體，而且是一個很大的變形體。當(dāng)然，僅僅依靠理論力學(xué)知識來研究流體的力學(xué)性質(zhì)是完全不夠的。它涉及變形。研究它必須建立微分方程或積分方程，非常復(fù)雜。流體力學(xué)中的納維-斯托克斯方程仍然無法找到一般問題的通解。
事實上，當(dāng)可變形固體受到高速沖擊等高強(qiáng)度載荷時，固體會像流體一樣變形。你可以想象一下，只要用足夠的力氣，將鐵塊砸成鐵塊，此時固態(tài)的鐵豈不是像流體一樣了？
固體可以變形，但其運動位移很小。即使變形很大，位移仍然有限。剛體不考慮變形，而是描述其運動的位移和速度，這些位移和速度可能非常大。流體具有變形固體的變形特性和剛體的運動特性，因此處理流體仍然很復(fù)雜。
飛機(jī)起飛原理的流體力學(xué)研究
實驗力學(xué)：實驗力學(xué)是力學(xué)理論的另一個主要模塊。上面介紹的力學(xué)課程都是力學(xué)的理論部分，力學(xué)實驗是力學(xué)不可缺少的一部分。它們可以驗證理論，是探索理論的重要手段。
力學(xué)實驗有多種，常見的有應(yīng)變電測量技術(shù)、光學(xué)測量技術(shù)、無損檢測技術(shù)等。
對于一些無法進(jìn)行現(xiàn)場實驗的情況，必須根據(jù)類似的原理建立模型來進(jìn)行模型實驗。大型建筑在施工前必須進(jìn)行抗震、抗風(fēng)測試。此時只能建立模型進(jìn)行模型實驗。還有飛機(jī)的風(fēng)洞實驗等等，都是模型實驗。
飛機(jī)風(fēng)洞實驗（新浪）模擬
計算力學(xué)：如前所述，機(jī)械能原理是有限元的理論基礎(chǔ)，如最小勢能原理、最小補(bǔ)能原理、廣義變分原理等。隨著計算力學(xué)的發(fā)展，發(fā)展了許多自己的理論。
傳統(tǒng)的計算力學(xué)部分，即有限元，是基于最小勢能原理，以位移為變量的離散模型計算。計算力學(xué)的發(fā)展與計算機(jī)的發(fā)展密不可分。計算力學(xué)必須依靠計算機(jī)來進(jìn)行大量的計算。
有限元實際上是彈性力學(xué)中Ritz方法的延伸。有限元的基本思想是利用網(wǎng)格將整個解域離散化。由于解域復(fù)雜、邊界條件復(fù)雜，直接利用基于能量原理的Ritz方法很難找到滿足條件的試解函數(shù)。然而，如果將解域劃分為許多小塊，則可以很容易地在每個小塊中找到滿足條件的解。試探函數(shù)是計算力學(xué)中的位移插值函數(shù)。最后，將各個小單元組裝成一個整體，結(jié)合邊界條件并用計算機(jī)求解，即可得到整體的近似解。
計算力學(xué)理論遠(yuǎn)非如此。它發(fā)展了以應(yīng)力為變量的求解方法，也有以位移和應(yīng)力為未知變量的混合單元。還有無網(wǎng)格法、邊界元法等。而且，許多有限元計算軟件如ANSYS、ABAQUS等已被廣泛用于解決機(jī)械問題。受到工程界的青睞。
有限元軟件網(wǎng)格劃分（百度圖）基礎(chǔ)力學(xué)課程之間的聯(lián)系當(dāng)然，這只是力學(xué)的一瞥，其他力學(xué)課程還有無數(shù)。
彈性動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、塑性動力學(xué)、沖擊動力學(xué)、爆炸力學(xué)、極限力學(xué)、空氣動力學(xué)、分子動力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、量子力學(xué)、細(xì)觀力學(xué)、斷裂力學(xué)、地質(zhì)力學(xué)、生物力學(xué)、骨力學(xué)等。
從電子、原子的量子微觀世界到地球、宇宙、星系，從世間萬物到生命科學(xué)，力學(xué)無處不在。無所不能。
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