力学学科现状与展望——吴子牛

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1、北京航空航天大学2005年10月22日力学学科现状与展望吴子牛孟庆国致谢：叶友达、樊菁、方岱宁、顾元宪、邱志平、张伟、龙勉、詹世革、刘青泉等报告提纲一、力学学科的特点二、国内研究特色三、力学需重点关注的领域四、科学基金现有资助的布局及分析五、流体力学现状分析六、趣味流体力学问题一、力学学科的特点力学是研究力与运动的科学，是一门应用性较强的基础科学。力学是认识自然的一个极其重要的手段，甚至可以说，任何一个重要的宏观自然现象的解释与定量预报，都离不开力学。一、力学学科的特点力学在20世纪有很大的发展，形成了比较完整的学科体系—一般力学、固体力学、流体力学、生物力学等交叉领域。创立了

2、一系列重要概念和方法，成为了近代土木建筑、机械制造、航空航天工业、材料科学与工程等的基本理论基础。一、力学学科的特点进入21世纪，新兴的科技领域导致许多与传统力学研究的问题十分不同之处：研究对象尺度的差异，如纳米科技涉及到了纳米尺度，而生命科学/生物技术已进入蛋白/DNA等大分子量级；物体变形和运动不仅由力场而常是由多场耦合作用，如热、电、磁、声、光、化学等的作用；物质常具有较强的各向异性和非均匀性。一、力学学科的特点因此，力学能否投入到上述新兴的科技领域，研究这些领域中出现的与力学相关，但在许多方面又跨越了传统力学研究范围的新问题，并能对新兴领域的工程应用起到关键作用，是当前

3、力学工作者面临的一个挑战。一、力学学科的特点中国力学在国际力学界处于较先进地位。2005年初，对SCI源库中106种力学期刊的国际联机检索统计。中国大陆力学论文数：2000年—655篇2001年—761篇2002年—799篇2003年—931篇2004年—993篇2000－2002年世界排名为第3位，2003－2004年世界排名上升到第2位。一、力学学科的特点最近5年，在力学类影响因子前10位期刊的论文排行情况为：2000年—13篇2001年—31篇2002年—38篇2003年—40篇2004年—48篇中国学者在力学顶尖刊物上发表的论文数呈明显增加趋势，由1.4%增加至约5%，

4、表明中国力学研究总体水平的提高。2002－2004年力学界有3人获得国家自然科学奖二等奖。（朱位秋、陈予恕、郑泉水）一、力学学科的特点作为一个经典的学科，力学具有比较完整的理论体系，同时又与许多学科交叉，研究队伍分布广泛。主要特点：1.力学是一个应用性较强的基础学科，受学科自身发展和国家需求的双重驱动。从国内现状来看，尤其需要加强结合国家需求背景的基础研究。一、力学学科的特点2.力学具有不断开拓新的研究领域的能力，学科交叉突出，形成新的学科生长点。力学学科的这一特点不断地丰富着力学的研究内容和方法，并使力学学科保持着旺盛的生命力。3.机理化、定量化地认识自然与工程。4.力学二级

5、分支的队伍分布不均衡。一般力学占12.2%，固体力学占50.7%，流体力学占25.6%，力学交叉领域占11.5%一、力学学科的特点随着科学技术的发展，力学学科与其他学科的交叉越来越明显，同时也使得现代力学所涉及对象的复杂性越来越突出，提出了一系列处于科学前沿的新问题和新领域：微纳米力学；多场耦合力学；复杂介质力学行为；跨尺度关联与多尺度计算；生命科学中的力学问题；仿生力学；复杂系统非线性动力学与控制；环境与灾害力学；非线性与远离热力学平衡的力学行为等。一、力学学科的特点同时，在重大力学应用和重大力学问题解决上将有重大进展：虚拟工程、虚拟设计、虚拟制造等手段将使力学以更大的深度和

6、广度介入到工程领域的总体技术；对超高速、超高压、超高温和微重力等极端条件下的力学行为的新认识，将为远离平衡态过程提供新的认识；对湍流、固体强度与破坏、高维非线性系统动力学等基本力学难题的研究将取得新的进展；中国国防与武器装备建设更需要力学的发展。二、国内研究特色国内相对优势领域国内在固体材料的宏微观力学研究方面有着较好的基础和一定的优势。在材料的宏微观力学方面，如断裂力学理论、固体本构关系、相变力学、非均质力学、应变梯度理论、电致失效力学等，获得了一批达到国际水平的成果。清华大学固体力学研究所，2001年获得了国家自然科学基金委员会创新研究群体的资助。二、国内研究特色空气动力学

7、研究是国内流体力学的优势研究领域，队伍和成果集中，应用背景明确。近年来，国内在分离流、旋涡运动、非平衡流动、湍流、流动稳定性等方面取得了具有国际影响的研究成果，为提高我国的国际地位，形成中国特色的研究体系做出了贡献。中国空气动力研究与发展中心空气动力学研究组，2003年获得了国家自然科学基金委员会创新研究群体的资助。二、国内研究特色计算力学是国内具有一定优势的研究领域。我国学者在结构的微构造优化、结构拓扑优化以及奇异最优解理论、结构形状优化以及灵敏度分析半解析法、结构优化方法与软件应用等方面