
某种意义可以这样说,力学是工科之母,特别是在传统工科领域土木,建筑,水利,机械,新兴工科航空航天,材料等领域均起到难以替代的基础性作用!
具体到土木,可以从结构三大设计理念目标来看待!
土木工程设计理念的安全性对应力学中的强度和稳定性概念,所有结构设计时都要进行各种荷载工况下的强度验算,最不利荷载组合下的内力值小于结构的抗力即承载力,其中内力值的计算,对于梁杆类可简化为一维构件的基于结构力学,对于板壳类可简化为二维构件的基于板壳理论,对于实体类只能按照三维构件考虑的基于弹塑性力学!而结构承载力的计算依托于结构设计原理这门课程,对于高层建筑,钢结构等薄壁结构还要进行稳定性验算,包括分支点失稳和极值点失稳计算!较为重要的局部区域,还需进行局部稳定性验算!
设计理念的适用性对应于力学中的刚度概念,如位移,基础沉降,裂缝宽度不超过一定的上限值,验算也是依托几大力学知识和结构设计原理!
设计理念的耐久性是为了保证结构在设计基准期内都能尽可能满足其功能需求,同时耐久性的下降往往会直接导致安全性和适用性的下降!事实上耐久性也对应很多力学问题,如钢结构桥梁桥面板的疲劳问题,斜拉索的疲劳问题,考虑钢筋锈蚀,混凝土开裂后的结构计算问题,特殊环境如盐海,冻融循环条件下如何满足结构的安全性和适应性!
进行上述问题的计算与分析,对于实际的工程结构,往往依托有限元软件作为计算工具,而有限元理论本身就属于数学和力学的范畴,一个真正称得上强大的土木科研人员或工程设计师,不仅要熟练运动有限元软件,对其背后的数学和力学基本理论也应该有较深的理解,事实上真正做好这点有相当的难度!
至于经济和可持续发展等问题,往往对新材料新工艺提出了更高的要求,往往对应了高等级材料的应用,材料在加工制造过程中如何能提高其各项力学性能指标如极限强度,屈服强度,强屈比,延伸率等力学性能,可节约工程材料用量,降低造价达到经济的目的,同时新型绿色材料的应用对应可持续发展问题,当然能够应用的前提依然首先需要满足构件和结构的力学性能指标!
综上所述,即使是新型研究方向如结构健康监测,土木工程与人工智能大行其道的今天,力学作为土木工程内在灵魂的地位永远不可动摇!
以上主要针对土木工程中的结构,桥梁等方向,对于岩土类方向,土力学,岩石力学等交叉应用力学学科是其核心基础,当然也属于力学范畴!
