材料力学

材料力学的现状与发展一、材料力学简介材料力学（Mechanics of Materials）主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。

材料力学是固体力学的一个基础分支。

它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科。

其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件，计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件。

材料力学是工程设计的基础之一，即结构构件或机器零件的强度、刚度和稳定性分析的基础。

在工程设计中，要求构件或零件在给定外力作用下，具有足够的强度、刚度和稳定性。

构件或零件在外力作用下，不发生破坏，也不发生塑性变形，则称其具有足够的强度；若弹性变形不超过一定限度，则称其具有足够的刚度；若在特定外力（如细长杆承受轴向压力）作用下，其平衡和变形形式无突然转变，则称其具有足够的稳定性。

在结构承受载荷或机械传递运动时，为保证各构件或机械零件能正常工作，构件和零件必须符合如下要求：不发生断裂，即具有足够的强度；弹性变形应不超出允许的范围，即具有足够的刚度；在原有形状下的平衡应是稳定平衡，也就是构件不会失去稳定性。

对强度、刚度和稳定性这三方面的要求，有时统称为“强度要求”，而材料力学在这三方面对构件所进行的计算和试验，统称为强度计算和强度试验。

在古代建筑中，尽管还没有严格的科学理论，但人们从长期生产实践中，对构件的承力情况已有一些定性或较粗浅的定量认识。

例如，从圆木中截取矩形截面的木粱，当高宽比为3：2时最为经济，这大体上符合现代材料力学的基本原理。

随着工业的发展，在车辆、船舶、机械和大型建筑工程的建造中所碰到的问题日益复杂，单凭经验已无法解决，这样，在对构件强度和刚度长期定量研究的基础上，逐渐形成了材料力学。

二、材料力学的研究现状20 世纪以来，物理、化学、力学、生物学等学科的研究和发展推动了对于物质结构、材料的物理化学和力学性能的深入认识和了解。

同时，金属学、冶金学、工程陶瓷技术、高分子科学、半导体科学、复合材料科学以及纳米技术等学科的发展促进了各种新型材料的产生,并推进了对于材料的制备、生产工艺、结构、性能及其相互之间关系的研究，为材料的设计、制造、工艺优化和材料功能和性能的合理使用，提供了充分的科学依据。

现代材料科学更注重于研究新型复合材料和纳米材料的制备和创新，对于设计具有不同性能要求的材料复合工艺和纳米态材料的凝聚过程，以及各类材料之间的相互渗透和交叉的性能以及综合性能的研究给予了更多的重视。

现代材料科学的发展不仅与揭露材料本质及其演化规律的物理化学性质和力学性能有关，而且与使用材料的工程技术学科以及制造加工材料的工程学科有着相互交叉性的密切关系。

在此基础上，“材料科学与工程”逐步形成学科，并发展成为一门独立的一级学科。

作为一级学科的“材料科学与工程”下分三个二级学科：材料物理与化学、材料学、材料加工工程。

I、我国的材料科学现状：我国材料力学方面的论文多偏重于经典理论和方法，缺乏有根据的计算和实验验证，虽然理论做的很细很巧，但不能说是一个完美的科学成果。

突破实验和计算这两个薄弱环节应该是我国材料力学工作更上一层楼的急迫任务。

材料力学方面的科研成果如果缺乏实验验证就是个不完整的成果，不仅是做零星的、个别的实验，而要做大量的、系统的实验。

——中国化工仪器网由此可见，国内当前对材料力学的研究还没有达到理想的地步，虽然基本理论已经建立起来，而且很细巧，但实验和计算仍是当前亟待解决的问题。

我们急需一套对材料各个方面性能进行全面分析同时又将所有实验数据整合起来的实验设备。

而不是在一部分很小的实验事实的不完备基础上就得出粗糙的结论。

在理论教学方面，不应当仅仅只按照课本所编的内容进行教学，而应当遵循材料力学这一学科本身的发展规律，按照提出问题、基本假设、理论分析、实验操作等科学的程序进行知识和思想的双重教授，为培养出材料力学的下一代创新人才作出切实的贡献。

总而言之，我国在材料力学方面的科学研究和理论深入之路，任重而道远。

II、国外的材料科学现状国外在材料力学方面，比较注重新材料的开发和研究。

在国外，新材料已经渗透到国民经济、国防建设和社会生活的各个领域。

支撑着一大批高新技术产业的发展，对国民经济的发展有着举足轻重的作用。

2000年，美国政府制定的“国家纳米技术计划”被列为第一优先科技发展计划；德国通过技术创新和产品创新，在九大重点发展领域都将新材料列为首位，将纳米技术列为科研创新的战略领域；日本新的五年“科学技术基本计划”重点发展新材料技术。

新材料拓展：1.全氟橡胶FFKM 一种高性能高价格的密封材料，迄今仍是最昂贵的橡胶；2.聚四氟乙烯（PTFE）复合与改性无油润滑密封件华尔卡用在国内多家知名压缩机；3.电磁屏蔽硅橡胶复合材料产业可以吸收波的材料，主要生产集中在欧洲Emerson和Cuming公司。

三、材料力学的发展趋势材料力学的发展具有以下特点：1.速度快。

光弹用了100年才完善，电测用了20多年就完善了，全息、散斑、云纹干涉用了不到10年左右就很成熟了。

2.材料力学实验中的新方法与其他学科交叉。

比如断裂力学实验，生物力学实验，复合材料力学实验等；3.相互渗透。

1960年全息干涉发展以后被引用到光弹性中来称为全息光弹性，用于云纹法称为全息云纹等；因此，展望未来，材料力学的应用范围必然很广，并且会伴随着人类科学技术的进步，不断发展与完善自身的理论，更好的为人类服务。

四、国内外新材料应用随着人类科学技术的不断发展，对应用材料的要求也日益提高，发展和应用新材料已成为衡量一个国家综合实力的重要砝码。

⑴金属材料在注重提高传统金属材料的性能，降低成本的同时，耐高温材料、金属间化合物和金属基复合材料的研究也应引起重视。

我国燃气轮机和飞机发动机与世界先进水平有很大差距，而主要的差距在其使用耐高温材料方面，耐高温材料的发展可以提高各种热机的效率，具有重大的民用和军工的效果。

⑵陶瓷材料近年功能陶瓷的发展非常迅速，各种新材料的开发进展较快，应该注意跟踪世界先进水平，在制造和加工技术方面力求突破。

碳纤维也是新一代高强材料，应用前景广阔，应尽快实现产业化。

⑶电子和能源材料①电子材料的领域非常广泛，也是我国比较落后的部分，与集成电路制造相关的材料研究具有战略意义，应加大投入；②作为新一代能源，热电材料和燃料电池的开发应受到重视；⑷高分子材料在高分子材料方面，要注重精密合成高分子、高分子建筑学、智能高分子和环境高分子开发，并加大投入力度；汽车用塑料的开发也具有重要意义。

⑸材料分析科学分析手段的落后也是制约我国材料科学发展的重要因素，有必要建立国家表面分析中心。

随着计算机的广泛应用，利用计算机建立的大型材料性能数据库可以直接给出各种材料的性能，也可以利用计算机用有限单元法和其他计算方法来分析整体(或零部件)构件的应力、应变场，但材料试验是获得材料性能唯一可靠的途径，它们都不能完全代替材料试验。

可以肯定，在过去、现在，乃至在将来材料试验在材料科学科中一定占有重要的地位。

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【6】李梅.递进探究式材料力学实验教学模式的设计摘要: 介绍了材料力学实验教学过程，研究总结出的递进型“三层次”教学方法，对加强和改进材料力学实验教学取得了很好的效果。

关键词:递进型探究式三层次材料力学实验教学Design of Progressive Inquiry Based Experimental Teaching Model of Mechanics of Materials （LI Mei）Abstract: Introduces the process of experimental teaching of mechan ics of materials, researching and summming up the progressive＂three le vel＂of teaching method. It has achieved very good results to make us e of the teaching method because it can strengthen and improve the experimental teaching of mechanics.Key words: progressive; inquiry; three levels; experimental teaching of mechanics of materials.。