第一篇：自然科學學科發展戰略調研報告-力學

力學——自然科學學科發展戰略調研報告

前 言

力學具有很強的基礎性，又有廣泛的應用性。力學的基礎研究，不斷深化和豐富人類對基本自然規律的認識，不斷為其他學科的發展提供認識工具。目前，力學正在突破經典的力學概念和范疇，進入一個新的發展階段。力學的物理內容在深化，力學在與其他學科交緣處迅速發展。力學從認識論的前沿，跨越自身的一些重大問題和學科的新生長點，直到構筑新技術、高技術的根基。形成一個相當寬闊的研究帶。

國內外對力學都很重視，學術活動頻繁，學術組織林立。美國、日本把力學和材料視為交叉研究領域，俄羅斯把力學當作帶頭學科，我國則把力學作為七大基礎學科之一。

隨著冷戰的結束，隨著我國從社會主義計劃經濟向社會主義市場經濟的重大體制轉變，力學又面臨著新的挑戰和新的機遇，力學需要重新規劃自已、發展自己。

力學發展戰略研討工作，側重于基礎學科方面。在國家自然科學基金委員會的統一部署下，于1990年7月在山東威海召開的學科評審組會議上正式開始。會上，確立了戰略研究的總體構思，本著學科發展戰略調研報告應具有權威性、預見性和可操作性的精神，成立了以中國科學院鄭哲敏院士為組長、黃克智院士、周恒院士和中國工程院黃文虎院士為副組長的研究組。國家自然科學基金委員會副主任、中國力學學會理事長、中國科學院王仁院士光臨會議，共同商討。

研究分兩個階段四個方面進行：

第一階段從1991年開始，由黃克智院士率領，對固體力學進行發展戰略研究；由周恒院士率領，對流體力學進行發展戰略研究；由黃文虎院士率領，對一般力學進行發展戰略研究；由鄭哲敏院士率領，對力學的交叉學科進行發展戰略研究。

第二階段從1994年開始，在上述四個方面的研究基礎上，由鄭哲敏院士主持形成整個力學學科的發展戰略報告的總體構想。

第一階段的工作，是國家自然科學基金委員會的力學發展戰略研究組、中國力學學會和中國科學院非線性連續介質力學開放實驗室等單位聯合組織實施的。

在周恒院士的主持下，于1990年10月和1992年2月召開了兩次“非線性流體力學研討會”，先后有35位專家(人次)參加會議。會上的24個邀請報告，收集在《現代流體力學進展》和《現代流體力學進展》(II)(科學出版社出版)里。

在黃文虎院士的主持下；1993年7月召開了“一般力學(動力學、振動及控制)發展與展望學術討論會”，由42位專家(人次)提供了25篇專題報告，匯編為《一般力學(動力學、振動和控制)的最新進展》，由科學出版社1994年出版。

在黃克智院士主持下，于1990年11月和1992年12月召開了兩次“固體力學發展趨勢研討會”，由36位有關專家分工撰寫了綜合報告19篇，這些報告匯編為《固體力學發展趨勢》，由北京理工大學出版社1994年出版。由朱兆祥等四位教授負責，于1991年8月召開了“材料和結構的不穩定性研討會”，邀請了16位專家作了學術報告，匯編為《材料和結構的不穩定性》論文集，由科學出版社1994年出版。

鄭哲敏院士主持的力學的交叉學科涉及的內容廣泛，盡管有關交叉學科的發展戰略報告已經成文，如爆炸力學等，但因各學科多從自身的角度論述，而沒有統一在一起，形成正式出版物。

第一階段的學科發展戰略研討工作，通過鄭哲敏等四位院士的影響和帶動，使力學界相當一部分學術造詣深厚，且在研究第一線工作的專家學者參與研討，為第二階段的工作奠定了良好的基礎。

第二階段的工作是從1994年7月在哈爾濱召開的學科評審組會議開始。在那次會議上，首先請了周恒院士、黃文虎院士、楊衛教授和唐立民教授等開始對整個力學學科發展戰略報告的正式文稿進行起草，會上周恒院士初步完成了“力學發展的回顧”和“流體力學”部分、楊衛教授初步完成了“固體力學”部分、黃文虎院士初步完成了“一般力學”部分的起草工作等。1995年初，研究組又征集了鄭泉水教授關于理性力學的材料，謝和平教授關于巖石力學的材料，伍小 2平教授關于實驗力學的材料，大連理工大學關于計算力學的材料等。1995年年底，將上述材料連同原來談慶明研究員提供的有關爆炸力學的材料，崔季平研究員提供的有關物理力學的材料，柳兆榮教授提供的有關生物力學的材料，徐復和陳允明研究員提供的有關電磁流體力學的材料和李家春研究員提供的有關環境流體力學的材料等，由楊雷高級工程師串在一起，組織打印為“力學學科發展戰略調研報告”的初步討論稿。1996年初，由鄭哲敏院士和黃克智院士組織楊衛教授、鄭泉水教授、談慶明研究員、郭文海副研究員等進行初步加工，形成初步的框架。接著召開了研究組全體人員會議，提出了一些原則性的修改意見，并確定由談慶明研究員為整個報告的統稿人；進行深入細致的進一步加工。之后，鄭哲敏院士編寫了摘要；又請王仁院士、李家春研究員、朱如曾研究員、陸啟韶教授、王文標教授等補充了有關的材料，并按照“調研報告”的出版要求，進行了再加工。在鄭哲敏院士的主持下，又召開了幾次在京研究組成員會議，進行討論；并書面征求了京外研究組成員的意見，1996年4月基本定稿。王仁院士首先進行了通篇審讀和修改。同年5月送同行專家進行評議，除力學界的同行專家外，還送請數學界、物理界和工程界的專家進行評議。根據同行專家返回的意見，又逐一進行了修改，形成了送專家評審會議的正式書稿。

以王仁院士為組長的評審組于1997年4月17—18日對“調研報告”進行了認真細致的評審。評審組認為研究組“完成了一份高質量的調研報告。該調研報告從科學技術發展歷史的角度，闡明了力學在自然科學中的戰略地位，以及它對國民經濟和社會發展的巨大推動作用。調研報告對國內外力學研究現狀和發展趨勢作了深入分析和高度的概括。”“調研報告既有學術深度，又有戰略高度。所引用的資料準確，對力學學科未來十年的發展機遇作了比較明確的預測，提出了實現戰略目標的相應措施。”“結合我國國情，提出了優先發展領域和中近期發展目標，是一項既有重要學術價值又有很好指導意義的研究成果。”

力學學科發展戰略調研報告是部分力學工作者在充分調研基礎上的集體構思。在此，我們謹對一直關心和支持該項工作的白以龍院士，對曾給予該項工作以支持和幫助的專家和有關單位表示衷心感謝。對書中不足或不當之處，歡迎讀者指正。

國家自然科學基金委員會數理科學部

靳征謨

1997年5月

摘 要

本報告指出了力學的科學地位以及它對國民經濟和社會發展的緊密作用，論述了力學的戰略地位、意義及作用；論述了當前力學發展和研究方法的特點；從四個分支學科方面分析論證了當前國內外力學研究領域的現狀和發展趨勢，提出了優先發展的領域；結合我國情況建議了中近期的戰略目標和應采取的措施。

一、力學學科的戰略地位

力的作用與物質的運動是自然界和人類活動中最基本的現象。這正是力學學科研究的對象，從而也奠定了力學在自然科學中的基礎地位。力學經過開普勒、伽利略，由牛頓集其大成，成為一門精密的科學。它在定量描述天體動方面起了巨大的作用，并導致了微積分的建立。繼而經由歐拉、拉格朗日、哈密頓等將質點系和剛體力學發展成從內容到形式都十分完善的理論體系。與此同時，歐拉、納維、斯托克斯等建立了描述連續介質變形與運動的彈性力學和流體力學的基本框架。以上這些成就成為精密自然科學發展的典范，極大地推動了數學、天文學和經典物理的進展，至今仍起著重要的作用。在當時，由于受到生產力水平以及實驗與計算能力的限制，雖然力學對于工程應用起著基礎的作用，然而力學理論的應用價值遠遠沒有得到充分的發揮。

20世紀初是近代力學發展的重要時刻。科學界有識之士，特別是在當時的哥廷根大學(現已改名為格丁根大學)，認識到科學對推動工業發展的巨大潛力，竭力促成與工程的結合。本世紀初，力學取得突破性成就，那就是普朗特的邊界層理論，它使雖已有基本框架但實際難以應用的理想流體力學理論取得了應用價值，解釋了困惑人們多年的難題。以此為契機，20世紀力學進入了以應用力學為重要標志的蓬勃發展的新階段。力學研究遍及各種工程和許多自然科學領域，出現了多種新的力學分支學科，對科學和技術的進步、社會經濟的發展起了難以估量的促進作用。重要的例子有：有的歷史學家已經把20世紀初美國從歐洲引進空氣動力學家從事航空科學的研究作為當代社會把現代產業建立在科學基礎上的首例；核武器離開了沖擊波的理論是難以想象的；力學的理論使人們能在地震多發區建造高層建筑；斷裂力學從根本上改變了結構和構件的強度設計和安全評定的概念，大大提高了材料使用的效率；力學家和數學家一起創立了有限元法，各種差分方法，形成了計算力學并促進了計算數學和計算機的發展；流體力 學家和氣象學家、海洋學家一起創立了數值天氣預報和地球物理流體力學等等。與此同時，力學的理論也有突出的進展：大變形的幾何理論業已完善，并在與近代熱力學理論結合上有重要進展；力學的基礎正在從宏觀向細觀和微觀延伸，從單一的均勻介質向非均勻、多相介質延伸。力學界多年來一直重視非線性問題的研究，其中包括各種分岔，穩定性問題，非線性振動和非線性波問題，開創了奇異攝動法，為非線性科學的創建作出了十分重要的貢獻。混沌現象最初來自被簡化了的流體力學方程，后來被證明有普遍性，即由非線性確定性方程可以得出幾乎是完全隨機性的結果。這不僅從根本上改變了人們對牛頓力學的看法，說明經典力學的內涵遠未被充分認識，并且也深深影響了人們的自然觀。

綜上所述，力學學科本世紀取得了巨大的進展，向人們證明它不僅是一門發展中的基礎科學，也是一門應用極其廣泛的技術科學。實踐表明，要使力學蓬勃發展，必須在基礎研究上扎得深，同時在應用上與其他學科及工程技術保持十分緊密的聯系。

二、力學的發展總趨勢

（一）致力于力學界公認的幾個基本力學現象與規律的研究

研究這些問題具有普遍和重要的意義，代表著當今力學研究的前沿，其研究進展不僅會加深人們對力學運動規律的認識，包括豐富非線性科學的內容，而且有助于大批實際問題的解決。

概括地說，力學在基本理論方面將著重研究：

１）湍流運動的各種表現與機理以及復雜流場中渦系的生成及演化機理。

２）固體介質的本構、破壞或失效理論。

３）傳統連續介質力學的改造，使之能夠正確刻劃具有非均勻、多相、多尺度、有宏、微、細多層次結構的天然或人造流體與固體的力學性質與變形、破壞和流動的規律。返 回

（二）將繼續以應用基礎研究為重點，同時大力發展應用力學

相對于工程而言，以往力學界著重于為設計提供概念和方法，著重于研究部 件，著重于研究正問題，較少涉及工藝與制造中的理論問題，較少涉及系統(如整個飛機的氣動力、結構、控制系統的耦合)，較少涉及像優化那樣的反問題。情況之所以會這樣，從根本上說是因為在客觀上受計算能力的限制。隨著計算能力的提高和新需要的出現以及計算力學的發展，這種情況將會逐步得到改善，使各類研究工作達到良好的有機平衡。還可以預期，力學除了將繼續在航空、航天、機械、土木、水利、化工、交通運輸等傳統領域發揮為之提供基礎理論與工具的作用外，也將在生命、材料、能源、環境、高技術領域發揮愈來愈大的作用。

20世紀中，一些以往限于定性描述、推理和做出判斷的自然科學領域，逐步實現了定量化，這是所有科學發展的必由之路。數值天氣預報，地震科學(早在19世紀)中的彈性波都是成功的例子。由于這些領域牽涉眾多的力學現象，所以力學工作者的參與是有益的，甚至是必需的。在地球科學，環境與生態和防災、減災工作中這樣的問題很多，可以預期力學界將會在這些領域做出自己應有的貢獻。

力學界參與天文物理、凝聚態物理、微重力科學等相鄰領域的研究工作，也將是有益的。

20世紀，力學界大規模參與生物方面研究，形成了現已得到普遍承認的生物力學，并為促成生物醫學工程作為一個獨立的工程專業，做出了重要的貢獻。2l世紀，生物力學將會有更大的發展，并在生物醫學工程領域內產生重要的實際效果。

總之，力學學科的戰略地位，要求它更深入地介入到更多的工程和自然科學領域中去。

（三）21世紀國民經濟和社會發展對力學提出的新要求

如何解決可持續發展的總問題是世界性問題。這是力學界應該十分重視的問題。我國人口多，人均資源少，經濟必須發展，但不能以犧牲生態環境，破壞資源為代價。所以可持續發展對我國來說更為緊迫。解決這個問題要靠科學技術，力學也在其中，而且大有可為，因為不可避免地要同空氣、水或其他各式各樣的流體的運動(如對流、擴散、減阻)打交道，要同各式各樣的固體打交道(譬如說，如何保證結構安全，如何提高切削和成型效率等等)。力學界的目標，不能只限 于解決一個個局部性的問題，一定要瞄準可持續發展這個總目標。這里有一個很好的經驗可以借鑒。遠在本世紀初，就有一批有識之士和力學家把航空作為一件大有前途的事業來抓。這需要遠見與勇氣，因為在那時誰也不知道超音速飛機能否實現，聲障問題、熱障問題能否解決，更不用說今天已經實現的航天飛機，宇宙探測器，土星大氣層的探測，以及當今航空航天工業的規模了。可以預見，在可持續發展的目標下，不能只看到由于環保需要所引起的成本上漲，而是應當意識到，它意味著新的科學理論，新的技術，新的產業，新興工業，以及新的就業機會。力學家把這看做是自己的戰略任務，像前輩一樣，要有超前的意識，介入的意識，敢于承擔風險的意識。這樣，力學就站到了它應處的一個重要戰略地位上了，沿著二三十年代力學界的前輩所開創的道路繼續前進。

三、分支學科

力學學科有許多分支學科，國際上也并無統一的分法。在我國大學的力學或工程力學系中，通常都設一般力學、固體力學和流體力學三個專業。它們是按研究對象分的，一般力學研究的對象是質點系、剛體及離散系統，固體力學和流體力學分別研究有固體變形和流體流動的力學問題。除了以上三門力學分支以外，在一些學校，許多科研機構里，在我國歷次學科規劃中以及在國外，還有理性力學，巖土力學，地球動力學，空氣動力學，高速氣體動力學，稀薄氣體力學，水動力學，彈性

力學，塑性力學，流變力學，結構力學，板殼力學，爆炸力學，物理力學，化學流體力學，生物力學，地震工程力學，電磁流體力學，等離子體動力學，宇宙氣體力學，微重力流體力學，計算力學，實驗力學等分支學科。在這份報告里為敘述方便，我們將按研究對象歸類，而把力學歸納為一般力學、固體力學、流體力學和力學中的交叉學科四類分支學科，考慮到理性力學研究力學中帶有共性的基礎問題，我們把它放在一般力學門類中；而最后一門突出了力學與其他學科交叉的特點，雖然這并不表示前三個分支與其他學科就沒有交叉；計算力學和實驗力學的內容將密切結合上述四類分支學科進行敘述。下面就按這四個分支學科介

（一）一般力學

本節包括一般力學和理性力學兩部分的內容。

在我國，一般力學指有限自由度質點系或剛體系的動力學。在一些高等學校又稱理論力學(theoretical mechanics)以有別于統稱為連續介質力學的固體力學和流體力學。

前面提到過，一般力學的經典理論體系在上個世紀已臻完善。然而一直到本世紀60年代，人們才認識到一般力學中所討論的長期被認為是典型確定性的牛頓力學經典問題，即使在很少幾個自由度以及在非線性條件下，也可以出現完全不可預計的結果，就像擲硬幣那樣。這就是所謂混沌，一個現在正在進一步研究的領域——非線性科學中的重要組成部分也是一般力學研究的一個新趨勢。它的發展擴大了力學研究的領域，豐富了人們對力學運動規律的認識。

對哈密頓系統的數學研究，特別在前蘇聯，十分深入。其主要成就表現在KAM定理，它也是非線性科學的重要組成部分，對非線性動力學的發展具有重大、深遠的影響。

本世紀一般力學的一個重要應用領域曾經是在自動控制方面。這是因為電路系統(網絡)和電機等器件與有限自由度力學系統在數學描述上是一致的，因而一般力學的原理和方法可直接用于解決自動控制中的許多重要問題。我國科學家曾是這一領域的開拓者（《工程控制論》，錢學森，1955)。

我國一般力學工作者中的許多人還從事振動問題的研究，包括振動分析，模式識別，振動控制，故障診斷等。目前，一般力學已經超越了傳統意義上的有限自由度的問題，而考慮到與柔性結構及與流體耦合在一起的情況了。這已經進入了與連續介質力學交叉的領域，是今后我國一般力學工作者將要進一步開拓的領域。

理性力學是力學中的一個橫斷的基礎分支，它用數學的基本概念和嚴格的邏輯推理，研究力學中帶共性的問題。理性力學在第二次世界大戰后的最初20年內，基本上完成了關于連續統經典力學的綜合整理和理性重構。60年代以來，理性力學不斷發展，用統一的觀點和方法研究固體和流體中的力學基礎性問題，包括力學與熱學、電磁學等耦合的問題，逐漸形成由原始元、基本定律和本構關系三部分組成的熱力物質理論。今后的研究重點是和非平衡熱力學相結合發展能反映材料內部損傷演化的本構和連續介質力學的框架體系。

（二）固體力學

這里講的是廣義的固體力學。

固體力學是力學的一個重要分支，從事這方面研究工作的人數，在國內外力學界都是最多的。固體力學在20世紀有很大的發展。如果說上個世紀主要限于彈性力學的話，那么這個世紀，其領域有極大的擴展，出現了許多分支學科，這里不一一敘述，只講一些突出的進展與發展趨勢。

塑性力學在本世紀上半葉開始有較大的發展，它使結構力學建立在更為科學的基礎上，并使金屬的機械加工有了堅實的理論基礎。

板殼的彈性理論，隨著航空、航天工業的發展，已成為一門新的分支學科。它由線性理論發展成非線性理論，扁殼與圓柱殼的非線性穩定性理論，是這個世紀固體力學重大成就之一。它不僅可直接應用于輕型結構的設計，而且提供了一種新的數學分析手段，缺陷敏感的思想是力學家概念上的一個重大的突破，大大增強了力學家分析問題的能力。

隨著橡皮這樣材料的出現，力學家面臨大變形的問題。于是在本世紀中葉，出現了理性力學，它的一個重要目標是用嚴格的數學與物理的原理，用普適的方法建立材料的本構關系。這個目標雖然目前尚未達到，但是理性力學已經為材料大變形的理論提供了相當圓滿的幾何描述。這種普適性的方法也同樣適用于流體和流變體。

如果說結構的需求曾是推動固體力學的動力，那么從本世紀上半葉開始，材料研究方面的需求一步步成為主要的動力。航天工業需要高強度材料，但它往往意味著小的韌性，于是材料斷裂的問題突出了。為解決這個問題，力學家借鑒于格里菲思(A．A．Griffith)在玻璃方面的工作和彈塑性力學的成就，建立了斷裂力學線彈性理論，并在這一基礎上進而考慮塑性的影響。這個理論是力學在本世紀的一大成就，其影響難以估量。從此，帶裂縫的材料不僅可以使用而且可以判斷它的壽命。這對結構強度設計在概念上帶來極大的革新，因為傳統的設計是基于完美無暇的材料的，而對其壽命只能按純經驗的方法做出估計。有了斷裂力學之后，固體力學的分析不但討論連續變形，也考慮物體的破壞，于是工程師可以更有把握地根據材料的真實情況設計和使用材料。

這樣的理論用于有微缺陷的材料(巖石、陶瓷等)，用于大變形，用于不斷出現的新的工程材料，如復合材料，用于新出現的微型結構（如電子器件）就出現 10 了更深層次的問題，于是出現了損傷力學這樣的提法，出現了用宏、細、微觀相結合的研究途徑等，深入了解微觀和細觀層次上物質的性狀和演化規律以求闡明宏觀的本構特性。這就是當前固體力學(以及物理力學)進一步發展的一個總趨勢。

結構力學也始終是固體力學研究的另一個大的課題。隨著塑性理論、斷裂力學和計算機的發展，力學家為工程師提供了十分有效的方法，那就是現在日趨成熟的計算結構力學或計算固體力學。力學家和數學家一齊提出并完善了有限元法，這個方法已經成為工程師們手中的一個隨時可用的法寶來解決過去不可想象的復雜結構的應力和變形分析問題。

力學家先于有限元法，提出了適應性更強的廣義變分原理（胡海昌，1954），它使有限元方法有了更廣泛的理論依據和更加靈活的手段。

計算結構力學大大擴大了力學解決問題的能力，使之不限于局部的部件，而且能處理整個復雜系統(例如整個建筑物)。現在力學家正在為工程師提供更好的辦法，那就是要使所設計的結構達到最優化的程度。這是固體力學研究的另一個重要方面。

固體材料和結構在沖擊和動載作用下的響應與靜載響應是不同的，粘彈塑性波的傳播和引起的破壞是無損檢測技術的重要理論基礎，研究微、細觀缺陷或損傷的演化也是研究斷裂的發生、傳播以及疲勞壽命的依據，已經引起力學界的重視。

固體力學的上述發展，同時推動了固體地球物理學的發展，例如斷裂力學的成果與概念被廣泛應用于研究地震發生的機制與地震預報的研究。

除以上提到的廣義變分法外，我國力學工作者在固體力學的其他方面也有杰出的貢獻，這里特別要指出的是板殼的內稟理論，板殼大撓度的攝動解法，以及薄殼的非線性穩定性理論。

（三）流體力學

概括起來說，流體力學研究液體和氣態物質在各種力作用下的動力學現象與規律，以達到可以定量預測的目的。除了最常見的水和空氣，遠到星系，近到我們體內的血液，都是流體力學研究的對象，它們有共性，都服從質量守恒、動量守恒和能量守恒的原理，多數可用連續介質模型。它們的個性表現在服從各自特 有的本構關系和處于不同的力學環境中。

20世紀流體力學研究的對象都是和突出的自然現象、物質生產、國防和生存環境有關的問題。它把本世紀前抽象而不實用的理論流體力學和實用而過分經驗化，因而應用范圍過于狹窄的水力學統一起來，建立了一門真正的科學。

在20世紀里，流體力學家提出了邊界層理論，解決了流體中物體所受的升力與阻力問題。空氣動力學家建立了從亞聲速、跨聲速到超聲速流動的理論、沖擊波理論，從而使噴氣技術、火箭技術、超聲速飛行、宇宙航行得以實現。邊界層理論應用于船艦，連同水波理論，解決了船艦的航行阻力問題。在力學原理指導下，發展了先進的風洞和水洞實驗技術，先進的測量技術。

流體力學家在N—S方程的基礎上，建立了氣動力聲學的嚴格理論，其重要應用方面的成就之一是把噴氣發動機的噪聲水平降低了幾個數量級。

上個世紀末發現的湍流現象在本世紀從實驗、解析和數值計算三個方面進行了十分深入研究，發現了充分發展了的湍流邊界層的對數律，建立了各向同性均勻湍流的統計理論。在雷諾(平均)方程的基礎上，發展了半經驗的模式理論，被用來解決多種復雜的流動問題，除計算阻力、傳熱、傳質問題之外，還可以應用于湍流場對電磁波和聲波的散射。例如用于化學工業中的反應器時，成倍地提高了化工生產

效率。在天文、氣象觀測以及國防等方面均得到了重要應用。

流體力學的理論應用于大氣科學和海洋科學，取得了十分顯著的成就，形成了一門新的重要交叉學科——地球物理流體力學(GFD)。

流體力學中奇異攝動法的出現和完善促進了數學的發展。流體力學家在流動穩定性、流場圖案多層次演化、水面孤立波方面的研究促成了非線性科學的形成。孤立子理論來源于孤立波，而混沌的發現也始于流體力學的方程。

雖然上面的簡述還沒有反映所有重要進展的全貌，但已經可以看出，流體力學本世紀的發展是巨大的。從發展趨勢看，今后lO至20年，流體力學大體上會沿以下方向發展：

１）在基礎理論研究方面，湍流運動的規律將繼續是注意的中心。三維流場測量技術，計算機直接數值模擬，理論模型的構筑，包括吸收與混沌運動有關的理論，將會有新的發展，雖然目前還不能指望這個問題能夠得到完全令人滿意的 12 解決。湍流的應用理論仍會是以模式理論為主。湍流將繼續是促進非線性科學發展的一個主要動力。

２）在傳統的應用基礎研究方面，大體會保持現有的勢頭，大多數流體力學家將繼續在這些領域里工作，并且可以預期計算流體力學將會得到更為廣泛的應用，以解決更大范圍內的實際問題。這個大領域內存在一批有重要應用價值，而技術不過關，需要深入研究的問題。突出的例子如：超聲速流中高效地使燃料與氣流混合并實現穩定燃燒，改進現有多相流理論使之更接近于實際等。

３）一些新的領域可能有大的發展，由于社會經濟可持續發展的需要，環境流體力學將會是一門更加精深、系統、全面的學科。力學家轉入與天文、地學、生命科學交叉的領域的勢頭會有所增強，并將受到鼓勵。

我國流體力學家曾對世界流體力學的發展做出過突出貢獻。在空氣動力學方面是系統而杰出的。在湍流方面，為模式理論的建立和發展提供了堅實的基礎。

（四）力學中的交叉學科

由于生產的需要和科學的發展，力學中出現了許多交叉分支學科，它們是力學與其他學科交叉或力學內部主要分支學科交叉的結果。它們可以被看成是力學中的尖兵、觸角，常常是很活躍的一部分，變化快、適應性強，有的會逐步成長，甚至獨立出去，像地球物理流體力學和宇宙氣體力學已經做的那樣，又像生物力學在美國已經衍生出生物醫學工程而獨立于其他工程學科那樣，有的則會再回到力學的主要分支學科中去。它們對推動力學和科學技術的發展，常常會有很好的作用。它們又像是苗圃，應給予精心照料。

物理力學是我國力學家錢學森于1950年提出，而在1956年在中國實現的。提出這一學科后，既被不少人接受，也有不同看法。但對力學工作者來說這個名稱很確切，鮮明地說明它要達到的目的，即將物理中最新的研究成果，經過力學家的必要改造，用以解決工程中急需解決而用別的辦法卻又很難解決的問題。他當時所考慮的直接應用是計算火箭發動機內部的氣動力學問題。到今天，在固體力學和固體物

理，以及材料科學方面也提出了同樣的要求，提出要宏、細、微觀相結合，這正是物理力學的精髓。

爆炸力學既是固體力學與流體力學的結合，又是力學與凝聚態物理、等離子體物理、高壓物理、化學的結合。它是國內于60年代提出的，在國內外已產生較大影響，并且還有一批重要問題需要研究和解決。

我們在這份報告里，還根據我國的具體情況和力學今后發展的趨勢，列入了生物力學、地球動力學與環境流體力學，它們突出了力學與生命現象、力學與地學相結合以及力學與社會經濟持續發展相結合這樣的重要趨勢。出于類似的原因，我們還列入了電磁流體和等離子體動力學。在我國，這門學科被力學界用于發展宇宙氣體力學；高溫氣動力學和等離子體工藝力學。

四、我國力學的發展與現狀、戰略目標與措施

（一）我國力學的發展與現狀

力既然和人類生活及生產活動密切相關，在我國古代書籍中早就有關于力、內力、構件的承載能力等論述。東漢的鄭玄(公元127—200年)對“考工記·弘”的注釋中論述了力與變形成正比的關系，比西方胡克的發現早1500年。至于我國在高層建筑(高塔)、拱橋、金屬管射擊火器（西夏的銅炮）、火箭等方面都是居于當時世界前列的，都很巧妙地應用了力學原理。

解放前和解放初期，我國的力學教學和科研主要附在工程學科，如幾個著名大學的土木、機械、航空系；1926年著名力學家馮·卡門曾訪問過清華大學，后來介紹他的弟子在南昌為清華研究所建立了風洞（1937年）；茅以升等在結構力學方面已有很深造詣，等等。不過，還沒有專門培養力學專業人才的學校和專門研究力學的機構。

新中國成立后不久，我國在中國科學院數學研究所建立了力學研究室，在北京大學建立了數學力學系。1956年成立中國科學院力學研究所，在我國的科學技術發展十二年遠景規劃中力學被正式列為一級學科，不久又設立了中國力學學會，并相繼在高等學校中，設立了數學力學或工程力學系。在多數工業部門相繼成立了以力學研究為主的研究所或研究室。

最初展開研究的分支學科為彈性力學、塑性力學、流體力學和一般力學。力學研究所的成立和全國科技發展規劃的制訂標志著學科建設的一個重要時期，那時相繼開展了振動及流固耦合振動、地震工程力學、空氣動力學、激波管技術、物理力學、化學流體力學、水動力學、電磁流體和等離子體動力學等分支學科的 14 研究，建立了相應的研究室(組)，并著手建設實驗室。同一時期，傳統的結構力學與水力學、泥沙動力學得到新的發展，并在中國科學院和一些工業部門成立了巖土力學、滲流力學等研究機構。60年代，又創立了爆炸力學。從此我國的力學學科有了比較完備的學科體系，而且具有我國的特色，特別是物理力學、化學流體力學、爆炸力學在國際上也是最早或較早開展研究的學科。

那時，力學研究的重點主要圍繞航天技術，抗震工程，爆炸與抗爆工程，土建與水利建設，并取得一批重要的應用性研究成果。并在國產計算機的基礎上發展了計算力學。理論工作的成就主要有胡海昌的廣義變分原理，周培源領導的湍流和錢偉長領導的板殼大變形攝動法。

60年代到70年代初國內外的學術交流幾乎處于完全停頓狀態。國外早形成的斷裂力學直到1976年力學學會大力提倡之前，只有極少人熟悉。70年代初，經國外學者引導，我國學者才分手研究星系的結構和其他有關宇宙氣體力學的問題、孤立波理論，以及生物力學；并且重新開始探討本來我國科學家就有重要貢獻的奇異攝動法，逐步打破了閉關自守的局面。

1978年全國力學規劃是我國力學學科建設的又一個重要的里程碑。力學再次被確認是一級學科，它既是一門基礎科學又是一門應用面極廣的技術科學，是許多工程技術與一些其他自然科學的基礎。過去已提出的分支學科外，一些新的重要的分支被列入規劃，其中包括斷裂力學、理性力學、流變學、生物力學、計算力學、實驗力學、地球構造動力學和地球流體力學等。全國力學規劃提出了十四個重點課題，其中第一個和第二個就是材料的強度理論和湍流理論。現在看來，這是十分具有遠見的安排，代表了一種先進的思想，符合當代世界力學發展的總趨勢，也充分注意到了既要重視基礎研究也要重視它的廣泛應用，提出了宏細微觀相結合的發展道路。這個規劃歷時一年，動員了幾乎全國所有的力量。

從此我國力學學科門類相當齊全，趕上了世界發展的格局。一些新的分支學科得到迅速發展，國際交流增加了，我國學者走上國際舞臺。我國在泥沙運動方面的工作是先進的，在計算空氣動力學、計算結構力學、實驗空氣動力學、斷裂力學和爆炸力學等研究的某些方面是有特色的。我國在材料力學性質、斷裂與損傷研究方面有了較好的開端，在力學與天文、地學、生物結合方面前進了一步，此外力學也進入了一些新的工程應用領域，如海洋工程、環境工程、反應堆工程。

從那時以來，力學界的國內外學術交流也很活躍，并在國際學術機構占有一席之地，在取得上述成就的同時，應該指出，雖然在個別點上，我們的工作不亞于甚至超過國外，但是就總體及影響的深遠程度來說，與國際先進水平的差距還不小，對此需要有充分的認識。同樣是一級學科，力學得到的重視，遠不如其他的一級學科。因此這些年來，物質投入極其有限，有如九牛中之一毛，經費來源既少又沒有基本的保證，以至形成目前設備落后無力更新，而且新生力量十分匱乏的狀況。力學的領域本來是十分廣泛的，可以做出許多有益社會經濟發展的貢獻；但在我國，由于體制與習慣上的原因，部門之間、專業之間、行業之間壁壘森嚴，自成體系，互不溝通，已經達到十分嚴重的地步，嚴重地約束了力學的發展，研究力量分散，低水平，重復勞動，故步自封的現象比較嚴重，學術交流很難開展，甚至有些重要而有前途的研究領域，力學家應該參加卻又無法介入。這些現象也同樣存在于力學界內部。上述種種嚴重阻礙力學發展的現象應當引起有關領導部門的重視，采取切實措施，妥善解決問題。

（二）戰略目標與措施

我們在這里提出近一二十年力學發展的戰略目標，目標的提出基于以下考慮。

１）力學將作為一級學科得到全面深入和規模適當的發展，基礎研究與具有重大應用前景的應用研究要均衡地得到發展，并將它們列入自然科學基金支持的項目以內。國家已另有安排的項目，如８６３、超級８６３等以及國家自然科學基金委員會以外的國家部門專項支持的力學的應用不列入基金委自身支持的項目。列入的項目要精選，并保證超前性研究項目占有恰當比例，整個安排要符合穩住一頭的要求。

所謂“均衡”，指基礎研究與應用基礎研究投入的恰當比例，在國家自然科學基金委范圍內，建議這個比例大體上以4:6為宜。

這里所說的“力學的應用”是指應用目標明確，但方法上已成熟或科學上無新意的工作。

２）基金委的資助仍將分為兩類，即面上課題以及重大和重點項目（課題），這里所設的戰略目標只涉及后者，而面上的自由選題不受此限制，但其資助原則可供參考。

３）這個戰略目標是為整個基金委的，而不是為基金委內哪一個科學部。現在安排的力學研究項目實際屬兩個科學部分管，因此兩個科學部的溝通是前提之一。進一步說，因為當代力學的研究實際上涉及基金委所有科學部，因此，基金委內部相互暢通、聯合、協調是必要的前提。在我國現有基礎上，充分考慮到我國情況和國際上的趨勢，我們認為，中、近期的戰略目標應當是：前五年先設立兩個重大項目，分別支持湍流(流體力學)和材料變形與損傷的宏、細、微觀機理(固體力學、物理力學、材料變形與損傷科學)，后者要側重發展觀察與測量技術和保證試驗材料的供應。后五年建議增設另兩個重大項目，分別支持生物力學和有關保證社會可持續發展的力學課題。

近、中期內每個五年內要支持不少于30個重點課題。近期可優先考慮：高速空氣動力學中的前沿課題；一些有獨特現象未得到解釋又有很強應用背景的課題，如交叉學科(爆炸力學、巖土力學等)中，有關動態條件下松散或多孔介質變形、破壞與流體滲流的耦合運動規律；固體力學中材料加工與制造中前沿性工藝力學問題的研究；自然與工業災害中的前沿性力學問題以及能源、環境、交通及大型機械裝備中的關鍵力學問題等。

與此同時，建議成立一個力學史研究組，在三年內，寫出近百年力學史，作為向大眾宣傳力學和為力學界選擇中、長期課題的一項先行工作，以利于從根本上扭轉力學學科當前所處的困難局面。建議以中國科學院力學研究所非線性連續介質力學開放實驗室為依托，設立經常性的學術討論會，并把力學發展戰略納入討論內容。這樣的討論會應邀請相鄰學科的專家和工業界人士參加。

總之，我們的戰略目標是在今后15年左右，使我國力學研究在主要領域內走上國際前沿，其標志不限于論文數量，而在于發現新現象，建立新理論，在于能提供具有盡可能廣泛而先進的應用價值的研究成果。

為此，我們認為以下措施是必要的：

１）提高高等學校中力學的教學質量，在條件較好的大學加強高級科研人才的培養。

２）創造條件以增加國際交流，吸收在國外工作的華人或外國人到中國從事合作研究。

３）會同國家有關部門建立研究基地，迅速扭轉對力學投入長期不足以致嚴重影響其發展的局勢。這里指的是提供先進的實驗條件，高性能的計算機，先進的信息系統，充足的圖書期刊與足夠好的工作與生活條件。

４）會同力學學會，采取主動措施逐步打通學科間的壁壘，擴大視野，改變力學界比較封閉的局面，進一步走向開放。從長遠看力學界不僅要與工業界建立密切關系，而且要更多地介入與參與天、地、生，數理界的項目，擴大合作范圍。力學學科的戰略地位

力學是研究物質機械運動規律的科學。自然界物質有多種層次，從宇觀的宇宙體系、宏觀的天體和常規物體，細觀的顆粒、纖維、晶體，到微觀的分子、原子、基本粒子。通常理解的力學以研究天然的或人工的宏觀對象為主。但由于學科的互相滲透，有時也涉及宇觀或細觀甚至微觀各層次中的對象以及有關的規律。機械運動亦即力學運動是物質在時間、空間中的位置變化，它是物質在時間、空間中的位置變化，物質運動的其他形式還有熱運動、電磁運動、原子及其內部的運動和化學運動等。機械運動并不能脫離其他運動形式獨立存在，只是在研究力學問題時突出地考慮機械運動這種形式罷了；如果其他運動形式對機械運動有較大影響，或者需要考慮它們之間的相互作用，便會在力學同其他學科之間形成交叉學科或邊緣學科。力是物質間的可以說是力和運動的科學。

1.1 力學發展的回顧

力學的發展始終是和人類的生產活動緊密結合的，3000多年前的墨經上就有簡單的杠桿原理。在西方，古希臘的阿基米德對靜力學就有了一些系統的論述。這都與當時的生產水平相適應。

17世紀初，歐洲資本主義萌芽，科學掙脫神學的束縛而開始復蘇。伽利略是進行系統實驗研究的先驅，提出了加速度的概念和慣性原理。開普勒根據天文觀測資料總結出行星運動的規律。牛頓繼承和發揚了前人的成果，提出了物體運動三定律和萬有引力定律。可見，至牛頓時代，力學形成了一門科學，同時推動了微積分的發展，其后，隨著歐洲逐步工業化，力學得到了很大的發展。上個世紀，力學已經有了不少分支。例如與水利及城市給排水建設有關的水力學，與建筑、橋梁、道路等有關的材料力學和結構力學，與軍事有關的彈道學，以及理論性較強的理想流體力學，分析力學和彈性力學。與此同時，力學成了物理學的重要組成部分，并促進了數學的發展。

力學的大發展開始于本世紀初。最突出的成就是流體力學中邊界層理論的提出。上個世紀水力學和理想流體力學得到了很大發展，前者緊密地結合工程實際，但含有不少經驗成分； 而后者理論很完美，但不能計算物體在真實流體中運動時所受到的力。德國的普朗特(L.Prandtl)通過實驗觀察，發現流體的粘性在緊靠物體表面的一薄層中不能忽略，但在離物體稍遠處則完全可以忽略。根據這一思想，他提出了邊界層理論，圓滿地解決了在計算物體所受阻力和升力中所遇到的疑難問題，正是在這個基礎上，誕生了現代流體力學。有意思的是這種“邊界層”的現象后來發現在很多其他領域中也存在，同樣可以應用普朗特的思想解決問題。同時這也促成了應用數學中十分有用的“漸近匹配法”的發展。

力學的飛速發展是伴隨著第一次大戰后航空工業的發展而進行的。盡管當時幾乎所有的大生產部門都依賴于力學理論的指導，但只有航空工業對飛機設計提出的輕、快、安全的高難度要求，才使得航空工業離開了力學寸步難行，從而極大地推動了空氣動力學，固體力學中的板、殼理論，結構分析，塑性力學，疲勞理論的發展，而反過來，力學一旦形成一門科學，就會為完善本身學科的要求出發而提出眾多基礎問題。這些基礎研究的儲備，又大大縮短了解決實際問題的時間。從低速飛行到高速飛行的發展，就是一個極好的例子，一方面可壓縮流體力學的研究是不可壓流體力學的自然延伸； 而另一方面，以普朗特、馮·卡門(T.von Karman)、錢學森為代表的應用力學學派開創了一條工程和力學相結合的道路。他們先后提出和圍繞“聲障”和“熱障”問題，展開了系統的研究，奠定了高速空氣動力學和氣體動力學的理論基礎，從而也為超聲速飛機、火箭和導彈的研制、設計和制造賦予嚴密和完整的基礎，人們從此進入了噴氣技術的時代，形成了今天的大規模的航空、航天產業。航天技術中一系列問題的解決，形成了高溫空氣動力學、稀薄氣體力學、化學流體力學、物理力學以及斷裂力學、損傷力學等一大批新興力學學科。由于這些學科所取得的成就又被進一步廣泛地應用于民用工業，促進了民用工業的發展，例如化學流體力學對化工、冶金，斷裂力學對機械、交通和建筑等。力學與工程緊密結合的傾向也在其他工程部門的迅速發展中得到反映，如與水利、采礦、高層建筑、金屬加工、造船等工業結合，促進了土力學、巖石力學、塑性力學、水動力學等的發展。原子彈聚爆方案和引爆技術的提出歸功于流體力學中的沖擊波理論與量綱分析的運用。核武器的研制和發展，則與爆炸力學的形成和發展緊密相聯。化學工業的迅速發展有賴于非牛頓流、多相流的力學研究，等等。上述情況充分說明力學與工程相結合的超前研究為新產業的形 20 成起著奠基和催生的作用。

20世紀下半葉、航天任務基本實現以后，力學家開始轉向新的力學生長點，特別是在天、地、生方面取得豐碩成果。結合天體現象的研究，用磁流體力學研究太陽風的發生和發展規律，用流體力學結合恒星動力學解釋星系螺旋結構，用相對論流體力學研究星系的演化等取得了成果。力學家研究了生物的形態和組織，建立了生物力學，從而在定量生理學、臨床診斷和檢測分析、人工器官的設計和制造等方面取得成就，并業已形成一門新的生物醫學工程。力學向地球科學滲透，在板塊動力學、構造應力場、地震機制與預報及與之有關的反演等方面取得進展，并進一步推動巖石力學的研究。

以上我們著重談了力學與生產的關系。現在我們再來看看力學與整個科學的關系。

力學原是物理學的一個分支。物理科學的建立是從力學開始的。在物理科學中，人們曾用純粹力學理論解釋機械運動以外的各種形式的運動，如熱、電磁、光、分子和原子內部的運動等。當物理學擺脫了這種機械唯物主義的自然觀而獲得健康發展時，力學則在工程技術的推動下按自身邏輯進一步演化，逐步從物理學中獨立出來。由于各種運動形態往往同時出現，宏觀運動與微觀運動又有內在聯系，力學與物理學存在著特殊的親緣關系，許多概念、方法和理論都有不少相似之處。力學與數學是整個自然科學中發展得最早的兩個學科，他們在發展中始終相互推動，相互促進，這種緊密的聯系特別表現在力學理論和微分方程理論的同步發展方面，本世紀內形成的應用數學則在很大程度上是力學和數學結合的交叉學科。應當指出力學有一個重要特點是有別于數學的，它和物理一樣，還需要實驗作為基礎，任何一種力學模型和理論總是源出于實際現象，并在實踐和應用中受到檢驗。力學的發展相對于其他學科有一定的“超前性”，不少在力學中提出的規律、理論和方法，后來發現在其他領域中同樣有效。

為說明力學與其他科學的關系，應該提到本世紀在對非線性力學現象中所取得的突出成就，它們對當前非線性科學的興起起到先驅和核心的作用。例如，經典力學在上個世紀就提出的關于物體運動穩定性的理論，不僅在第二次世界大戰中，被引用到自動控制理論中，大大縮短了其理論的形成過程；而且這一理論在當前十分熱門的混沌理論中又得到了應用。本世紀初在天體力學中發展起來的攝 21 動法，為近代非線性科學中的分岔理論及各種系統的非線性振動理論提供了分析的手段，而兩個世紀前在固體力學中提出的壓桿失穩理論，則是分岔現象的第一個科學例子。上個世紀末觀察到的水中的孤立波，是非線性科學中孤立子理論的先驅。為此提出的KdV方程，至今仍是孤立子理論的典型方程之一，而孤立子理論推動了光學中相應理論的發展，且成為實現現代光通信技術的關鍵。60年代由氣象學中提出的流體力學問題，開創了混沌學的研究，從根本上改變了經典物理中確定性的觀點，也深深地影響了人們的自然觀，而被認為是20世紀科學最偉大發現之一。

還應該提一提科學計算的問題，由于大型、復雜建筑物如摩天大樓結構設計的需要，早在計算機出現之前，力學工作者就提出了若干種分析大型、復雜結構物的計算方法。電子計算機的問世，大大促進了這方面的發展，改變了原來的思路。在50年代，即已出現了后來被稱為有限元法的思想并迅速被推廣到力學的各個分支及其他科學領域。而航空航天技術中流場計算以及原子彈、氫彈引爆過程和爆炸效應的計算需要，又大大促進有限差分法的發展。為了適應復雜結構及流場等大型計算，提出了各種網格劃分、分區計算、分裂算子、并行計算等方法。可以毫不夸大地說，力學計算的需要是現代計算科學的最有力的推動力之一。電子計算機出現后的首批重要科學和工程計算中，力學問題占了相當大的比重。

以上我們強調了由于人們能直接感知的只是宏觀事物，因此不少科學中的普遍規律（指在各學科中有共性的）往往先在力學現象中被發現和研究，然后滲透到其他學科并得到更大發展。同時我們也應該看到，力學的發展也從其他學科分支中借用或引用了不少成果。例如現代航天技術中的高速高溫氣流往往伴有復雜的物理、化學過程，不用物理、化學的知識是不行的。近代力學的多種實驗手段是建立在近代光學、電子學及計算機等學科的基礎上而不斷發展的。又如量子力學的發展，大大促進了數學物理方法的發展，力學從中也受益不小。因此，力學工作者也應密切注視其他學科的發展，從中吸取新思想、新理論及新方法。

力學發展的歷史充分說明：力學同物理學、數學等學科一樣，是一門基礎科學，它所闡明的規律帶有普遍的性質；力學又是一門技術科學，它是許多工程技術的理論基礎，又在廣泛的應用過程中不斷得到發展。力學既是基礎科學又是技術科學這種二重性使力學家感到自豪，他們為溝通人類認識自然和改造自然兩個 22 方面作出了貢獻。

1.2 我國力學研究的狀況

中國的力學家在近代力學的發展中曾經作出過卓越的貢獻，作為應用力學學派的代表人物，錢學森對空氣動力學的發展起了重要作用，推動了航空、航天技術的發展，他給出了亞聲速流動的卡門-錢學森近似，對高速飛行體的表面加熱機制提供了流體力學分析，他還提出飛機薄殼結構非線性屈曲失穩的理論，他在火箭與航天領域提出了若干重要概念，如提出并實現了火箭助推起飛裝置，提出了火箭旅客飛機、核火箭、噴氣式航天飛機等概念的設想。郭永懷和錢學森合作在跨聲速流動問題中提出了判斷激波是否出現的上臨界馬赫數的概念。郭永懷又將邊界層方法同變形坐標法結合起來形成有名的PLK方法，發展了奇異攝動理論。周培源堅持研究湍流理論這個基礎難題達半個世紀之久，奠定了國際上稱為“湍流模式理論”的基礎，也被譽為“現代湍流數值計算的奠基性工作”。錢偉長提出板殼統一內稟理論，并提出了求解薄板大撓度問題的攝動解法。這里也應提到華裔科學家的貢獻。林家翹發展了流體運動穩定性理論，提出湍流相似譜的普遍理論，并且創立星系螺旋結構的密度波理論，促進了星系動力學的發展。馮元楨開創了生物力學，在肌肉的力學性質、微循環理論和肺結構穩定性分析等方面都做了開創性工作，為當前生物醫學工程的出現作出卓越貢獻。

建國后不久，我國在中國科學院數學所建立了力學研究室，在北京大學建立了數學力學系。1956年成立中國科學院力學研究所，在我國的科學技術發展十二年遠景規劃中力學被正式列為一級學科，不久又創建了中國力學學會，并相繼在高等學校中，設立了數學力學或工程力學系。在多數工業部門成立了以力學研究為主的研究所或研究室。最初展開研究的分支學科為彈性力學、塑性力學、流體力學和一般力學。力學研究所的成立和全國科技發展規劃的制訂標志著學科建設的一個重要時期，那時相繼開展了振動及流固耦合振動、地震工程力學、空氣動力學、激波管技術、物理力學、化學流體力學、水動力學、電磁流體和等離子體動力學等分支學科的研究，建立了相應的研究室（組），并著手建設實驗室。同一時期，傳統的結構力學與水力學、泥沙動力學得到新的發展，并在中國科學 23 院和一些工業部門成立了巖土力學、滲流力學等研究機構。60年代，又創立了爆炸力學。從此我國的力學學科有了比較完備的學科體系，而且具有我國的特色，特別是物理力學、化學流體力學、爆炸力學在國際上也是最早或較早的開展研究的學科。

那時，力學研究的重點主要圍繞航天技術、抗震工程、爆炸與抗爆工程、土建與水利建設，并取得一批重要的應用性研究成果。我們在國內自行研制的計算機的基礎上發展了計算力學。理論工作的成就主要有錢學森的工程控制論、周培源領導的湍流、錢偉長領導的板殼大變形攝動法和胡海昌的廣義變分原理。

本世紀60年代至70年代初，國內、國外的學術交流幾乎處于完全停頓狀態。國外早已形成的斷裂力學直到1976年力學學會大力提倡之前，只有極少人熟悉。70年代初，經國外學者引導，我國學者才著手研究星系的結構和其他有關宇宙氣體力學的問題、孤立波理論和生物力學，并重新開始探討本來我國科學家就有重要貢獻的奇異攝動法，逐步打破了閉關自守的局面。

1978年全國力學規劃是我國力學學科建設的又一個重要的里程碑。力學再次被確認是一級學科，它既是一門基礎科學又是一門應用極廣的技術科學，是許多工程技術與一些其他自然科學的基礎。除過去已提出的分支學科外，一些新的重要的分支被列入規劃，其中包括斷裂力學、理性力學、流變學、生物力學、計算力學、實驗力學、地球構造動力學、地球流體力學等。全國力學規劃提出了14個重點課題，其中第1和第2個就是材料的強度理論和湍流理論。應當說這樣的安排代表了當時的先進的思想，后來的實踐充分說明它是十分有遠見的，符合當代力學發展的總趨勢。規劃也充分注意到了既要重視基礎研究也要重視廣泛的應用研究，提出了宏、細、微觀相結合的發展道路。這個規劃歷時一年，動員了幾乎全國所有的力量。

從此我國力學學科門類相當齊全，趕上了世界發展的格局。一些新的分支學科得到迅速發展，國際交流增加了，我國新一代的學者走上國際舞臺。我國在泥沙運動方面的工作是先進的，在計算空氣動力學，計算結構力學，實驗空氣動力學，斷裂力學，爆炸力學等研究的某些方面是有特色的。我國在材料力學性質，斷裂與損傷研究方面有了較好的開端，在力學與天文，地學，生物結合方面都有所前進，此外力學也進入了一些新的工作應用領域，如海洋工程，環境工程，反 24 應堆工程。

從那時以來，力學界的國內外學術交流變得很活躍，在國際學術機構占有一席之地，在取得上述成就的同時，應該指出，雖然在個別點上，我們的工作不亞于甚至超過國外，但是就總體及影響的深遠程度來說，與國際先進水平的差距還不小，對此需要有充分的認識。同樣是一級學科，力學得到的重視不如其他的一級學科。這些年來，物質投入不足，新生力量匱乏，嚴重約束了力學的發展，造成力量難于集中、高水平成果較少，學科間的交流不暢，這些嚴重阻礙力學發展的因素應當引起重視。

1.3 力學發展的趨勢和重要方向

從前面對力學發展過程的回顧可以清楚地看到，力學是隨著人類認識自然現象和解決工程技術問題的需要而發展起來的；力學又的確對認識自然和解決工程技術問題起著極為重要甚至是關鍵的作用。

當前，人類面臨一系列重大問題需要解決，其中有些問題對于我國說來更顯緊迫，諸如：糧食不足，水、土資源短缺，生態環境破壞嚴重，能源短缺、利用效率低，交通運輸緊張，氣象和地震等自然災害的預報及防治等，繼續不斷提出新的力學問題，有賴于力學的新發展去解決。在許多重要高技術領域與國際先進水平差距日益增大，同樣需要力學界作出努力。

我國人均耕地面積較小，水源不足，水土流失嚴重，工業發展不注意生態環境的保護，這方面存在眾多力學問題要求解決。影響農作物的生長的一個關鍵因素是體液的輸送，闡明水自根到葉而糖份從葉到全身的輸運機制，及各部分在生長各階段對液體的需要，對內因和外因各參數進行優化和調節，可以達到消耗最少而收獲最多的目的。需要把植物和它生長的環境，即土壤、空氣和陽光看作一個系統，統一研究這一系統的質量和能量的轉換和傳輸，有助于改善區域種植的管理和發展。要加強對水源、土壤和空氣中污染物質輸運及對污染源控制的規律的研究。要研究植物在一般和特殊環境下的強度。如果我們能作好以上幾項研究，可以設想在不久的將來我們將會有一個更為經濟、健康的綠色產業(包括綠色農業和綠色工業)和生態環境，既提供我們足夠的農產品，也為我們創造一個衛生 25 和優美的生存環境。

解決能源危機的根本途徑是尋求和開發干凈的再生能源，并應千方百計地降低能耗，包括可控熱核反應、太陽能、地熱、生物質能、風能、潮汐能等。在煤的清潔燃燒和利用，可控熱核反應作為未來能源的工業化等主要領域里，力學特別是流體力學可以大有作為。開發太陽能和地熱的一個關鍵是提高集熱、隔熱材料性能和循環系統的傳熱、傳質性能，研究生物發酵，氣化中的反應、擴散及氣化過程是加速實現開發生物質能的中心課題，建筑行業中需要高效的保溫材料和傳熱系統，其中也存在諸多力學問題。

近年來，復合材料(包括陶瓷、聚合物和金屬)、納米材料、功能材料等新型工程材料不斷被開發出來。材料的合成和制備或材料的變形、破壞、壽命等性能涉及眾多的宏觀與細觀的力學過程及其與熱學，甚至還與電學過程相結合的研究課題，這里需要力學界提出創新的概念，以最終達到設計新型優質材料并且提出新的加工制造方案。

交通運輸是阻礙我國經濟高速發展的一大“瓶頸”，為在短期內趕上發達國家的水平，急需研制和建設大型超聲速客機、高速列車、新型船艦及水面效應飛行器、高速公路、大型橋梁和隧道等。這些大型工程中存在一系列流體力學、固體力學及流固耦合的問題，需要新構思和新途徑，提出科學和優化的設計和制作方案。

我國地域遼闊，每年自然災害頻發，為了改進天氣預報，了解地震發生機制，掌握泥沙和風沙遷移、土壤侵蝕以及泥石流和滑坡等的規律，需要針對氣象與地學特點，推動力學與大氣和海洋科學以及與地學的進一步結合，構筑新的模型和理論。

力學與高技術的發展始終緊密相連，過去力學研究在發展以兩彈為代表的尖端技術中發揮了極其重要的作用。當前，在發展高性能飛機、高能束流武器、動能武器、微重力科學技術、微型機械、超聲速燃燒技術、空間垃圾的防治等，力學仍要發揮舉足輕重的作用。

隨著科學與社會的飛速進步，各國政府均把提高人民健康和生活質量提到前所未有的高度，在執行這一光榮的歷史使命中，發展生物力學具有重要的意義。一方面這關系到前面談到的興建綠色產業和創造衛生而優美的生存環境；另一方 26 面，可以直接服務于生物醫學工程，為人類健康做出貢獻。

力學是一門基礎學科，在學科的發展中提出了一系列具有根本性和共性的問題。這些問題的研究和解決不只是為了解決當前局部的工程技術問題，而是為了更全面徹底地解決眾多工程技術和自然科學中的根本問題，而且必將為推動科學技術全面發展創造條件。眾所周知，最突出和最普遍的兩大基礎難題是湍流機制以及固體的本構關系和破壞機制。

絕大多數的流動取湍流的形態，目前計算這類問題都帶有經驗的成分，方法帶有局限性和盲目性而缺乏預測能力，因為湍流直接關系到航空、航天、水運、天氣預報、海流預報、化學反應器、水利、環境以至天體和宇宙中的流動等等眾多領域，湍流研究的任何進展都有全局意義，都會在廣闊范圍內得到好處。近年來圍繞實驗中發現的相干結構展開了理論研究，直接數值模擬也有很大的進展。確定性問題中混沌現象的發現和研究給人們帶來新的啟迪，有可能從探討時空混沌的演化的角度推動湍流研究的進展。

固體材料的實際強度和目前的理論強度相差一至二個數量級。這個矛盾曾推動位錯、裂紋等重要物理、力學理論的建立，然而至今這個根本矛盾依然存在。需要應用宏、細觀相結合的方法研究變形局部化、損傷乃至斷裂的演化機制，進一步的問題是如何將不同性能和功能的材料配置在一起，形成多種物理和力學性能和功能的優化組合，促成材料設計科學的形成與發展。同時，研究材料加工工藝過程中的力學機理，逐步達到運用計算機精密控制材料制備和構件精細加工制作的目的。

一般力學中的重要基礎問題是非線性動力系統理論，它是目前方興未艾的非線性科學的重要組成部分，在分析運動穩定性、分岔、非線性振動、混沌等方面對整個力學的發展以及其他很多學科的發展產生影響，也會推動復雜的運動機械系統、控制系統及機器人技術等的進步。

學科的交叉與滲透對科學和技術的推動起巨大的作用，如物理力學說明極端條件下的材料性質及新材料設計原則；等離子體力學指導托卡馬克及說明天體現象；爆炸力學除了揭示材料和結構的動態變形和破壞規律，一個新方向是研究松散或多孔介質的動態變形破壞和流動耦合的運動規律。展望21世紀，這種學科的交叉必將進一步加強。這里特別要強調注意發展三個交叉領域，它們是力學與 27 生命科學的交叉、力學與地學的交叉以及物理力學，我們認為這三個方面將在21世紀有重要發展和重大影響。

力學與地學結合的研究重點是：①地球動力學，中心問題有：板塊運動的驅動力來源，地幔對流理論，地震機制；②環境與災害力學，包括污染物的運移、氣象災害、地質災害的發生機制和預報；③土巖的變形、流動和破壞規律。

力學與生命科學結合的研究熱點是，應力與細胞生長規律、微循環的規律、植物體液的輸運規律等。

力學與物理學的結合要重點研究極端條件下材料的性質，固體非平衡/不可逆熱力學理論，以及從細觀層次(原子鍵、位錯、空位等)的動力學出發解釋材料的塑性和斷裂行為。

今天，人們已經充分地認識到力學問題的解決必須通過實驗、分析、數值模擬三位一體的研究途徑，需要巧妙設計的實驗，需要精細的測量手段，需要充分利用計算機來控制實驗及測量以及進行數據處理、演算和數值模擬，而貫徹始終的則是進行去粗取精、去偽存真的理論分析工作。應該提倡利用計算機進行經濟和有效的模擬實驗，研究和開發結構的優化和控制程序，以及進行反問題的探索。要注意不失時機地針對幾類大型力學問題及其物理本質，發展各類數學模型(包括離散模型)，研究相應配套的并行算法及并行計算機，這將大大提高計算的能力和效率。因而，計算力學和實驗力學作為分支學科的出現和發展也正反映了上述需要，實際上它們也已經與力學中其他各個分支學科緊密地融合在一起而成為其不可分割的重要組成部分。力學學科發展現狀與趨勢

力學學科有許多分支學科，國際上并無統一的分法。在我國大學的力學或工程力學系中，通常都設一般力學、固體力學和流體力學三個專業，它們是按研究對象劃分的。一般力學研究的對象是質點系、剛體及離散系統，固體力學和流體力學分別研究有固體變形和流體流動的力學問題。除了以上三門力學分支以外，在一些學校、許多科研機構里，在我國歷次學科規劃中以及在國外，還有理性力學、巖土力學、地球動力學、空氣動力學、高速氣體動力學、稀薄氣體力學、水動力學、彈性力學、塑性力學、結構力學、板殼力學、爆炸力學、物理力學、化學流體力學、生物力學、地震工程力學、電磁流體力學、等離子體動力學、宇宙氣體力學、微重力流體力學、計算力學、實驗力學等分支學科。在這份報告里為敘述方便，我們將力學歸納為一般力學、固體力學、流體力學以及力學中的交叉學科四類分支學科，考慮到理性力學研究力學中帶有共性的基礎問題，我們把它放在一般力學門類中；而最后一類突出了力學與其他學科交叉的特點，雖然這并不表示前三分支與其他學科就沒有交叉。計算力學和實驗力學的發展是和以上四類分支學科的發展緊密融合在一起的，其內容將分別結合以上四類分支學科進行討論。下面就按這四類分支學科討論當代力學的發展趨勢。

2.1 一般力學

本節討論一般力學和理性力學兩部分的內容，它們都是力學中具有基礎性質的分支學科.2.1.1 一般力學 2.1.2 理性力學

一般力學是力學學科的一個分支。一般力學研究牛頓力學的一般原理和宏觀離散系統的力學現象，國際上往往將一般力學的內容概括為“動力學、振動與控制”。隨著科技的發展，研究范圍從離散系統動力學擴展到陀螺力學、振動理論、運動穩定性理論、控制理論、機器人動力學等等；近年來又擴展到復雜系統的動力學、振動與控制及非線性系統的分岔、混沌、突變和孤立子等。不少連續介質力學問題可以經過離散化而變成有限自由度系統的問題來求解，因而一般力學中的原則和方法也往往適用于連續介質力學。

它的研究對象可分為三個層次：

１）有限自由度系統的動力學、振動與控制；

２）復雜多體系統，即包含多剛體、多柔體、充液腔體的多體系統耦合的動力學、振動與控制；

３）復雜大系統，即包含有光機電計算機控制與信息智能控制以至包含生物體的大系統的動力學、振動與控制。這是對自然對象（如天體、生物體），以及對工程對象（如機械、航天航空飛行器、船艦、車輛、機器人等）的運動規律的抽象，其特點是多學科的交叉和各分系統間的強耦合和強非線性，其動力學行為十分復雜.一般力學是一門基礎性學科，同時又具有很強的、直接的自然科學和工程技術應用的背景，在近代科技發展中占有重要的地位.（1）發展的現狀與趨勢

（2）建議中近期著重研究的領域(1)發展現狀與趨勢

回顧歷史，可以說近代力學和近代科學技術的奠基性學科發展是從一般力學開始的。一般力學發源于天體運動的研究，17世紀牛頓力學建立，其后拉格朗日(J.L.Lagrange)，哈密頓(W.R.Hamilton)等人建立的分析力學達到比較完美的境界，對物理學、數學的發展都起到過巨大的推動作用，它的理論和方法是物理學以及力學中其他學科分支發展的基礎。自產業革命以來，在工業技術的發展中，一般力學也曾大顯身手，至今也還是工業技術和工程設計的基礎之一.一般來說，學科發展有兩個動力。一是由于學科自身發展規律的推動。例如現代數學的發展和計算手段的完善，推動了混沌等現象及其規律的發現。一個新的發現，往往可以開辟一個嶄新的領域。二是由于工程實際和科學技術發展需求的牽引。高新科技產業和各種大型工程建設中對一般力學提出了越來越多的迫切的需要。例如航天器的高精度要求，高速列車的平順性和穩定性，高速旋轉機械軸系的穩定性等等。可以說，近代一般力學正面臨著一個蓬勃發展的新時期，呈現出旺盛的生命力。

近代科學的發展是多學科的交叉和融合。現代數學的成就為一般力學的發展提供了強有力的手段；電子計算機的飛速發展使一般力學獲得極為豐富的新成 30 果；人工智能理論的發展為一般力學提供許多新的方法；當代物理學，測試技術和通信科學為一般力學提供了更為精細的實驗手段。

一般力學作為基礎學科，它的成就往往可對其他學科產生重要、深遠的影響。例如，運動穩定性理論是一般力學的重要分支，是100年前由李雅普諾夫(A.M.Lyapunov)的工作所奠基的，其后由于航天、航空、武器系統、控制理論發展的推動，獲得了極大的發展，現今其觸角已深入到工程技術、自然科學以至社會、經濟、生態、管理諸多領域，它的理論和方法，可說已成為耗散結構論、協同論、突變論等橫斷學科發展的基礎.一般力學（動力學、振動及控制）包含著豐富的研究內容，在基礎研究方面，重要的研究領域有：非線性動力學，復雜多體系統動力學，振動理論，控制理論，運動穩定性理論，隨機振動，以及近代分析力學等；在面向工程實際，適應經濟建設發展的需求方面，則以振動問題最為突出，包括復雜系統的模態分析和實驗，碰撞、沖擊與噪聲，振動的優化與控制，以及振動分析的各種反問題等。當然一般力學研究的重要課題遠不止此，上述列舉僅是為了敘述方便，還有許多很有意義的領域，例如陀螺力學、機器人學、飛行力學等，不一一列舉。下面分六個方面較詳細地論述一般力學國內外發展現狀與趨勢。

1）非線性動力學

2）運動穩定性

3）柔性多體系統動力學

4）隨機振動

5）近代分析力學

6）對以振動為主的生產實踐中迫切課題的應用研究

1)非線性動力學

非線性動力學研究非線性力學系統各種運動狀態的定量和定性規律，尤其是運動模式和演化行為。目前，非線性動力學已從經典的以攝動法和漸近分析的方法為基礎的弱非線性、弱耦合系統的研究階段，進入到近代的更深入地研究系統的復雜行為的階段。對有限維系統來說，研究的中心問題是分岔和混沌。

分岔是指非線性系統的定性行為隨著參數變化而發生質變的現象。分岔研究不僅能揭示系統不同狀態之間的聯系和轉化，而且是研究失穩和混沌產生的機理 31 和條件的重要途徑之一。近年來國內外學者進行了大量的研究，提出了多種研究分岔的理論和方法，如奇異性方法、龐加萊-伯克霍夫(Poincare-Birkhoff)范式方法、冪級數法、攝動法、次諧梅利尼科夫(Melnikov)函數法、后繼函數法和Shilnikov法等。由于非線性問題的復雜性，理論分析有很大難度，因此數值計算和模擬手段對分岔研究有重要意義。當前值得關注的課題有：多自由度系統分岔問題、高階退化系統的高余維分岔問題、對稱性破缺分岔、隨機系統的分岔、非自洽系統和高余維退化系統的范式理論等。

混沌是本世紀提出的重要的科學概念之一。確定性非線性動力學系統中對初值極為敏感的，貌似隨機的運動稱為混沌。它不同于無序、紊亂或噪聲，具有某種自相似結構。它起源于非線性相互作用，因而普遍地存在著。對混沌的認識使人們對非線性動力學系統的長期演化行為的研究，進入到一個前所未知的世界，把經典力學體系的動力學推進到一個新的階段，并大大地豐富了確定性、隨機性和統計規律性及其相互關系的研究內容。在上世紀末，混沌研究的先驅龐加萊首先從幾何和拓撲學觀點對天體力學問題進行了定性的研究，已經對與混沌有關的個別概念，如同宿性有所認識，他的思想和方法對后來的研究有著深遠的影響。本世紀60年代以來，在計算機技術充分發展的推動下，國外的混沌研究，以洛倫茨(Lorenz)吸引子、費根鮑姆(Fei-genbaum)普適常數、KAM定理、阿諾德(Arnold)擴散、斯梅爾(Smale)馬蹄理論為標志，取得了重大的突破。國內的學者也取得了一系列成果。當前混沌理論研究主要在以下五個方面展開：

①產生混沌的機理和途徑。從規則運動通向混沌的道路多種多樣，至今人們知道了倍周期分岔、準周期分岔、間歇過渡（陣發混沌）和KAM環面破裂等四條典型的通向混沌的道路，此外還會有其他可能的道路。

②混沌的判據和統計特性。判斷或預告混沌出現的方法有多種多樣，其中許多利用了混沌的統計特性。已提出的方法有相軌跡法、譜分析方法、龐加萊映射方法、李雅普諾夫指數方法、測度熵方法、分維計算法、胞映射法、符號動力系統法等。還須對混沌的統計特性進行深入研究，對上述各種方法之間的關系建立嚴格的理論并尋求判別混沌的新方法。

③奇怪吸引子和吸引域的幾何結構。吸引子是耗散系統運動的特征。耗散系統的混沌存在具有分形結構的奇怪吸引子。吸引子及吸引域邊界的測度和分維數 32 尚缺乏嚴格的理論和完備的研究。

④各類系統中混沌現象的深入研究。包括哈密頓系統、非完整力學系統和無窮維非線性動力系統。后者涉及斑圖動力學和時空混沌。

⑤混沌的控制和工程應用。在非線性動力學的發展歷程中，現代數學和計算的理論與方法起著十分重要的作用。非線性動力學在許多科學技術問題中有著廣闊的應用前景，例如近代物理、生物化學、材料科學、分子生物學、能源技術、機械裝備、航空航天、天氣預報、地震預報等領域都有大量的非線性力學問題需要解決。因此進一步開展非線性力學問題和工程應用研究，對科學技術和國民經濟發展都有重大意義。

2)運動穩定性

當前運動穩定性研究最活躍的幾個方面是：力學系統的穩定性，控制系統的穩定性，大系統的穩定性，魯棒穩定性，分布參數系統穩定性，以及李雅普諾夫函數的構造等。研究的趨勢是由簡單到復雜，由小到大，由局部到全局，由確定到不確定，由單一到分岔和混沌。

力學系統的運動穩定性理論，對線性定常系統已經比較成熟，而對于非定常(時變)系統還有不少難點，另外對于如何應用于解決工程實際問題則還有大量工作要做；對非線性系統，則難度較大，并且與分岔、混沌密切相關。充液分布參數系統通常有兩個研究方向：即，充液自旋系統穩定性和晃動動力學與控制；而對于充液腔體的運動穩定性問題，自從魯面采夫(V.V.Rumyantsev)于50年代前后用李雅普諾夫函數進行研究以來，已取得很大進展。我國學者在這方面做了許多工作，將充液系統視為無限維哈密頓系統，應用約化理論得到哈密頓結構，應用能量卡西米爾方法分析了充液系統的運動穩定性。最近又發展成為能量動量方法。當前對微重力狀態下大幅晃動動力學與穩定性的研究也取得了一定的進展，并在航空航天科技中得到重要應用。在多體碰撞振動系統穩定性方面，我國學者也取得了成果。

關于控制系統的輸入輸出穩定性，當前的熱點有大系統的穩定性和不確定系統的穩定性等。對規模龐大，結構復雜，功能眾多，通常由多個互相耦合的子系統組成的大系統，一般采用分解集結法。在子系統是漸近穩定的條件下，尋求使大系統穩定的內聯項需要滿足的條件。可以構造矢量李雅普諾夫函數，或是對標 33 量李雅普諾夫函數加權求和。大系統的另一控制策略是遞階控制。

不確定系統的穩定性，是研究外加干擾力或系統參數變化引起的擾動對運動狀態的影響，即實用穩定性，或稱魯棒穩定性。任何實際系統都具有無法避免的各種不確定性，因而可以說，一個實際系統能夠運行的基本條件是它的穩定性，而且還有它的魯棒穩定性。魯棒穩定性的問題已經有多年的研究，提出了多種方法，如基于系統奇異值的方法，H∞的優化設計方法等等。1978年蘇聯數學家哈里托諾夫(Kharitonov)發表了關于區間多項式的四頂點定理的論文，1982年開始引入控制領域，是控制系統魯棒穩定性理論發展的一個創新。

3)柔性多體系統動力學

柔性多體系統動力學的研究近年來受到很大的關注，它是多剛體系統動力學的自然延伸。赫斯敦(R.L.Huston)認為：“多體動力學是目前應用最活躍的領域之一”，“其中最感興趣的是將柔性效應并入動力學控制方程之中”。它之所以受到重視，一方面是由于它對機械、車輛、軍械、機器人、航空、航天等工程領域有重要的實用價值，另一方面，在理論和學術上也很有意義。其中受關注的問題有：

① 剛體運動與柔性變形的耦合；

② 由大變形引起的幾何非線性效應；

③ 運動方程數值解中的“剛性方程”的數值穩定性問題；

④ 柔性機械臂的動力學與控制；

⑤ 柔性機械臂的逆動力學；

⑥ 柔性多體系統的整體姿態穩定性問題；等等.以上問題有待運用新的數學方法加以解決。

4)隨機振動

隨機振動作為力學的一個分支，主要研究動力學系統在隨機性激勵（包括外激和參激）下的響應特性。隨機振動是50年代初適應航空航天工程的需要而發展起來的，現今其應用已遍及航空與航天工程、船舶與海洋工程、車輛工程、橋梁與建筑工程、核反應堆工程等領域，并已成為有關工程中可靠性設計的不可缺少的理論基礎。

由于工程設計需要的推動，隨機振動理論和方法也得到了很大的發展。常參數線性系統在平穩隨機激勵和調制型非平穩隨機激勵下的頻域和時域方法都已比較成熟。對于非線性系統與參數激勵系統，當今唯一可用來求精確解的方法是擴散過程方法，它歸結為求解相應的FPK（福克、普朗克、柯爾莫哥洛夫）方程，它只有對一些特殊的一階非線性系統才能得到精確解。針對FPK方程難以求得精確解的局限性，人們發展了一系列FPK方程的近似解法與數值解法，包括特征函數法，有限元法，有限差分法，隨機步行法，以及路徑積分法等。

鑒于非線性系統與參數激勵系統在求精確解時遇到的困難，人們不得不發展了許多近似方法，代表性的有隨機平均法，矩法，泛函級數法與等效線性化法等。

等效線性化法仍是工程中應用最廣泛的一種方法，是目前處理多由度非線性系統隨機響應與可靠性的最為簡單可行的辦法，也是最近兩次國際理論與應用力學聯合會（IUTAM）關于非線性隨機力學的熱門話題之一。雖然它在70年代末已趨成熟，此后仍有不少新的發展，如加權等效線性化法，高階等效線性化法等。等效線性化與統計線性化在一些文獻中被看成是兩種不同的方法。

隨機振動分析目的之一是為系統的可靠性估計提供必要的信息，包括首次超限估計和疲勞損傷估計，還有許多困難的問題有待解決。

5)近代分析力學

分析力學是一般力學的理論基礎。以力學變分原理為依據，用數學分析的方法，研究力學系統運動的特性，其基本內容是拉格朗日力學和哈密頓力學以及近代的發展。一般力學以至整個應用力學各個領域的發展都可以在分析力學的研究中找到它們的根源。分析力學是經典物理的基石之一，同時和數學理論的發展緊密相聯系。近代分析力學的研究正在把動力學理論推進到新的階段，對物理學、數學以及整個力學有著深遠的科學意義，以下一些課題正受到關注：

① 約束是分析力學最為重要的概念之一。對約束的各種情況和各種形式，建立它的力學理論、數學理論并研究它和系統動力學的關系。

② 力學系統的對稱性、守恒性與積分流形的研究。

③ 應用現代數學理論，發展“幾何動力學”理論。這種發展有可能為非線性動力學、穩定性理論、計算動力學奠定堅實的理論基礎。

④ 無限維分布參數系統動力學和其離散化有限維系統動力學之間的關系和過渡的嚴格理論。

6)對以振動為主的生產實際中迫切課題的應用基礎研究

一般力學（動力學、振動及控制）研究，一方面要按照學科發展的規律，開展基礎研究；另一方面也要面向工程實際，參與解決生產實際中的問題，并且從生產實際中提出課題，反過來促進學科的發展。當前我國許多工程項目和產品的設計，正面臨著從靜態設計向動態設計的轉變，因此工程實際中提出的迫切課題多數屬于與振動有關的問題。可以對下面這些課題考慮工程實際的背景開展應用基礎研究：

① 復雜結構的振動模態分析及試驗技術，包括：復雜結構的建模及振動分析方法；振動參數識別的頻域方法和時域方法及結構修改；結構的動態優化設計；復雜結構的振動分析軟件；復雜結構振動的試驗技術等。

② 自激振動非線性振動中的“極限環”，是自激振動的理論基礎。有各種自激振動的研究課題，如：軸系油膜振蕩及氣流振蕩，壓氣機喘振，機翼顫振，火箭POGO振動，汽車前輪擺振，輸電線晃動，結構動力失穩等。

③ 各種耦合振動問題，如固-液-控制系統的液體晃動問題；機械電磁耦合系統的振動；氣動熱彈性控制耦合問題。

④ 振動控制，包括：振動的被動控制；振動的主動控制；柔性機械臂振動控制的逆動力學方法等。

⑤動力學反問題，包括：振動系統參數識別；特征值反問題；微分方程反問題方法在振動系統中的應用；結構振動故障診斷技術等。（2）建議中近期著重研究的領域

1）發展需求

2）發展戰略

3）中近期建議著重研究的領域

1)發展需求.在一般力學的基礎理論方面，隨著近代數學和計算手段的高速發展，人們對一般力學所研究的現象和規律，以及所利用的方法和手段有了很大的擴展，開拓了新的領域，提到了新的高度。伴隨當代在非線性動力學方面取得的輝煌成就，36 振動理論、控制理論、運動穩定性、多柔性體系統動力學等各個領域都取得了重要成果，同時也展示了廣大的未被認識的研究內容，有待開拓和發展。

一般力學的工程應用方面，工程實際向一般力學提出了迫切的課題，是發展學科的強大推動力。我國的“863”高科技計劃和載人航天計劃向我國一般力學工作者提出了大量的研究課題。航天技術面對著諸如高速、高溫、高壓、高真空、深冷、微重力、高過載、高強度、光壓、強輻射等極端狀態，從而要求解決一系列前所未遇到的科學、技術問題。例如大型復雜系統是我們所面對的航天器和運載火箭的主要特點。航天器和運載火箭一般由多個剛體和柔性體組成，對它的研究推動了多體系統動力學理論和方法的發展。如果考慮到飛行器上帶有多個液體貯箱，貯箱壁帶有柔性，又在微重力環境下工作，再考慮到電池陣板和天線的展開，機械臂的運動，燃料的消耗，液體的晃動，飛輪等控制元件的影響，那么我們面對的是一個時變的、流固耦合的、非線性的多柔性體系統，給一般力學提出了復雜的課題。

在工農業生產中，更存在大量的科技問題，迫切需要一般力學來解決。例如：困擾機械產品的振動問題、噪聲問題、精度問題、可靠性問題等等，是大至大型汽輪發電機組，小至錄音機電機，以及汽車、風扇、洗衣機、電冰箱壓縮機等等，無處不遇到的問題。以汽輪發電機組為例，可以列舉迫切需要深入研究和解決的問題有：各種自激振動問題；轉子動平衡問題；葉片及葉片組、輪盤耦合系統的動態優化設計問題及失諧葉片模態局部化問題；基礎軸承轉子耦合系統分析；振動的被動控制及主動控制；高速旋轉機械振動故障診斷理論及方法研究，等等。其他還可列舉高速汽車的操縱性和穩定性，高速列車的平順性、穩定性及振動控制問題，艦船的航行穩定性，高聳建筑的抗震設計及振動主動控制，電力設備中的機電耦合振動，充液管道系統的振動，石油勘探中的地層參數反演方法和井下力學，以及機械制造中的各種振動問題等等。一般力學研究也要適應生產實際的迫切需求，面向工程實際，解決生產難題；同時憑借工程實際的推動力，反過來促進一般力學學科本身的向前發展。

2)發展戰略.一般力學（動力學、振動與控制）作為一門重要的基礎性學科和在現代工程建設中有重要影響的應用基礎性學科，在我國有較好的基礎。擁有一支較強的科 37 技隊伍，在非線性振動和非線性動力學理論、復雜多體系統動力學、運動穩定性理論、分析力學，以及振動理論及其工程應用等許多方面，都已做出了有價值的成果，有的在國際上有一定的影響。該學科的發展一般不需要龐大而耗巨資的試驗基地。因此，一般力學（動力學、振動與控制）是應該也是可以得到優先發展的重點學科之一。

發展目標是：第一，非線性動力學理論是當今最活躍的科學前沿之一，在我國已有較好的基礎。要結合一般力學中非線性機械振動研究已取得的豐富成果，使非線性動力學的研究能在某種程度上結合工程振動的對象，結合工程實際，使非線性動力學的研究具有更豐富的內容，得到更好的發展；第二，使某些在我國已有較好基礎的前沿學科，如復雜多體系統動力學，運動穩定性理論，隨機振動理論等得到更好的發展；第三，結合我國的一些重大工程，如載人航天、三峽工程、高速鐵路列車等，研究其中的有關一般力學的關鍵問題。

應該采取的措施和應該注意的問題是：

① 一般力學作為基礎研究和應用基礎研究，要抓住有長遠影響的研究方向，在較長時間給予持續的支持，以期取得較系統的成果。

② 一般力學的持續深入發展，并不斷獲得新的生命力，有賴于先進的數學工具和實驗手段。要敏感地關注新的數學理論和方法，日新月異的計算機技術的最新發展，最新的數值計算和計算機控制等手段以及先進的實驗技術及實驗裝備。要使理論分析、數值計算和實驗研究能聯合協調地作業，從而促進發現新的現象和新的規律性。

③ 要注意學科的交叉和滲透。例如，通常連續介質力學不納入經典一般力學的范疇。但固流耦合、氣動熱控彈性力學，以及多柔性體系統動力學的研究，已把近代一般力學的研究范圍擴大到某些彈性體和流體。特別是，在非線性非平衡態熱力學的穩定性，以及等離子體耗散的穩定性等研究方面，李雅普諾夫理論起到了重要的作用。交叉學科往往是新方向、新學科的生長點，應該予以特別的注意。

3)中近期建議著重研究的領域.建議研究如下八個領域：

① 非線性動力學系統的分岔與混沌。非線性振動理論是一般力學的一個重 38 要分支，過去主要研究在確定條件下非線性振動系統的穩態周期運動，近20多年來，分岔和混沌的研究又使非線性振動研究匯入到當代非線性動力學的洪流。

當代非線性動力學的發展，在一定程度上得益于對若干經典的非線性方程，如范德玻爾(van der Pol)方程，達芬(Duffing)方程的研究。各種現代數學方法對這些方程的深入研究，揭示了非線性方程及其解的極為豐富的內在規律。我們要面對更為多樣的自然現象和工程對象，面對各種機械振動的對象，研究更為眾多的非線性方程所蘊含的豐富的內在規律。這是發展非線性動力學的一條重要的途徑。

本課題由下列內容組成：

(a)根據所研究的工程系統中存在的不同振動方式（如外激勵、自激勵、參數激勵、張弛、時滯、碰撞與沖擊等振動）開展深入研究，全面地分析這些系統的復雜的動力學行為，包括周期、準周期和混沌運動的存在性和穩定性判據、奇怪吸引子和吸引域邊界的分形結構、局部和全局分岔、各種分岔模式的相互作用等，為工程系統的設計、安全運行和事故預防等服務。

(b)發展奇異性、對稱性、范式、阻礙集等重要的理論方法，使它們在多自由度系統、非光滑系統和時滯系統等的非線性動力學研究中發揮更大的作用，解決多參數分岔、高階退化分岔、對稱破缺分岔、同異宿分岔與混沌等問題的計算方法。

(c)分岔與混沌的控制有重要的工程實際意義。研究參數選擇、結構方式、外界干擾等對非線性動力學行為的影響，處理工程振動中的穩定性、噪 聲等方面的控制問題。

(d)進一步開展對一些尚未深入認識的現象（如瞬態混沌、混沌爆炸、奇怪非混沌吸引子等）和隨機系統的分岔與混沌的研究，促進非線性動力學理論的發展。

(e)數值模擬和實驗是研究工程振動的重要途徑。為此要解決復雜的分岔和混沌數值計算問題，特別是高階退化分岔、高維系統的全局分岔與混沌的有效算法和軟件系統的建立。此外，還要解決多自由度復雜工程振動系統的非線性動力學實驗的現代實驗裝備、測試和圖像顯示手段等問題。

② 復雜大系統的運動穩定性。運動穩定性研究包括力學系統的運動穩定性，39 控制系統、大系統和不確定系統的穩定性，以及分布參數系統的穩定性。

(a)當前力學系統運動穩定性的研究是向非線性和復雜結構這兩方面發展，例如研究非線性陀螺系統陀螺力鎮定的條件，發展能量卡西米爾方法、能量動量方法和半解析方法；研究剛彈液耦合系統及其他復雜系統的穩定性。

(b)控制系統穩定性的重點內容是研究絕對穩定的實用充要條件。(c)大系統的穩定性需要先將大系統分解成各個子系統，要尋求合宜的分解和集結方法，給出穩定性的判別方法。

(d)關于不確定系統，參數為非箱體的多項式的穩定，需要解決有限判定和非線性參數問題；參數矩陣的魯棒性問題應研究實用的充要準則；對非線性、復雜系統的魯棒穩定性也需加強研究。

(e)運動穩定性的一般理論重點是從實用出發研究各種非線性系統李雅普諾夫函數的具體結構，并使其有較大的適應范圍。

(f)運動穩定性研究和高科技及工程技術相結合，以至滲透到生命科學、生態、社會、經濟等領域中去。

③ 非線性隨機振動研究。隨著科技與學科自身的發展，非線性隨機振動的理論研究及其工程應用已成為當前的重要研究方向。值得重視的研究課題有：(a)非線性隨機振動的精確解法、實用解法、數值解法。(b)非線性隨機系統的穩定性、分岔與混沌。

(c)隨機參數系統的振動分析，及隨機有限元與隨機邊界元分析。(d)非平穩隨機振動分析。(e)隨機振動的控制對策。

(f)隨機振動條件下的可靠性分析。(g)工程中的隨機振動問題。

④ 航天器和機器人中的多體動力學研究。剛-柔-液耦合系統動力學是當前大型空間飛行器和機器人技術發展中的突出問題。當多體系統中包含有柔性體或充液腔時，其動力學的特點是系統構件的變形運動（分布參數）與其大的“剛性”運動（離散參數）之間有著復雜的非線性動力學交耦。這是傳統的變形體力學沒有深入涉及的領域。以下的課題值得重點加以研究：

(a)復雜多體系統動力學建模研究；

40(b)大變形及大晃動的復雜多體系統動力學研究；(c)方程求解的Stiff數值穩定性的研究；(d)變拓撲結構的多體系統動力學與控制；

(e)復雜多體系統動力學中的離散化與控制中的模態截斷的研究；(f)多體系統動力學在各種實際問題，特別是在運動體動力學與控制中的應用；

(g)函數空間充滿柔性分布函數的復雜大系統動力學與控制的研究。

⑤ 大型旋轉機械及其他設備的自激振動研究。自激振動可能導致設備的災難性事故。各種自激振動的類型很多，機理各異，不可能逐一研究，建議以軸系油膜振蕩及氣流振蕩為主，建立包括非線性因素的更精細合理的模型，并研究各種有效的振動控制的途徑和手段。

⑥ 高速列車動力學研究。高速列車及鐵路的建設，向力學，特別是一般力學（動力學、振動與控制）提出一系列技術難題，需要考慮的有：

(a)列車-軌道耦合多體系統動力學模型及其仿真以及穩定性、平順性和振動控制研究；非線性時變系統的模糊隨機振動分析；

(b)根據線路曲率研究對能擺式車體的傾斜的有效控制方法，提高列車的曲線限速；

(c)列車受電弓-網系統動力學需解決高速受流問題。系統的剛度和阻尼必須是非線性的，才能滿足動力學性能的要求；(d)高速列車的減振、降噪研究；

(e)列車的垂向、橫向及縱向動力學及降沖動研究；

(f)磁浮列車的機理研究，如磁彈性力學、磁流體力學、機電磁耦合振動的應用。

⑦ 振動系統動力學反問題及設備和結構的故障診斷研究。本課題包含如下問題：

(a)振動系統參數識別包括實驗模態分析、物理參數識別、力參數識別等；(b)特征值反問題研究；

(c)微分方程反問題方法在振動系統中的應用；(d)設備和結構振動故障診斷，包括智能化診斷技術。

⑧ 工程結構和設備振動的優化和主動控制的研究。振動和噪聲始終是工程結構和設備中一個十分令人困擾的問題。一方面，可以尋求優化結構以減弱振動和噪聲；另一方面，主動控制減振技術取得了一定的成效，提出了兩類控制方法，即耦合模態控制和獨立模態控制。由于一般結構的模態階數很高，而能夠配置觀測器和執行機構的數目很有限，存在觀測溢出（observe spillover）和控制溢出（control spillover）的問題，有待進一步研究。在函數空間中，可望解決這類“溢出”問題，但目前對于線性系統，有了一些結果；而對于非線性系統，還存在不少的困難。

今后值得研究的問題有：

(a)結構振動的優化研究；

(b)振動主動控制理論和方法的研究；

(c)大型工程結構振動的主動控制研究；

(d)機敏結構(smart structure)振動主動控制研究。2.1.2 理性力學

理性力學（rational mechanics）是力學中的一門基礎分支學科，它在幾何和物理原理的基礎上用嚴格的數學推理研究力學中帶共性的問題，尋求力學基本規律。第二次世界大戰后理性力學以研究連續介質為主，與一般力學主要研究宏觀離散系統有所區別。本節主要以本構理論發展中存在的幾個典型問題為例，探討理性力學的學科生長點。

（1）概述

（2）近年來一般本構理論的進展及當前發展趨勢

（3）中近期建議著重研究的領域

(1)概述

理性力學在第二次世界大戰后的最初20年內，基本上完成了關于連續統各門經典力學的綜合整理和理性重構。隨后的十多年時間里，理性力學在電磁連續介質、混合物、微極和非局部介質以及非協調連續統等領域迅速擴充，發展成了現代連續統物理。理性力學把連續統物理牢牢地建立在兩個強有力的基礎上，即對所有物體都適用的運動基本定律（如質量守恒、動量平衡、能量守恒、熵平衡、電荷守恒等），以及描述材料廣義受力和廣義運動變形之間關系的本構理論。

關于本構理論，在線性響應范圍，大多數材料呈現相似的線彈性或線粘性。然而對于超出了線性范圍的不同材料的非線性力學性能，則往往不僅僅在量的方面，更在性質上有著很大的差異，每一類非線性本構方程，往往只適用于（比線性本構方程所適用的）少得多的實際材料類型。隨著材料科學日趨活躍，新的材料不斷創造出來，并希望對材料進行設計，因此要求不斷擴展適當的本構方程類別和提高準確性。

理性力學在本構理論方面提出了一組框架性原理，包括客觀性原理、材料對稱性原理等。在這些原理基礎上演繹出的簡單物質理論形成了相當完整的體系，理論上覆蓋了非線性彈性、流變體、塑性、流晶等絕大多數工程材料的力學行為和性質。但對于塑性、損傷、破壞之類非平衡或遠離平衡態的力學行為的描述，則遇到了巨大困難，至今未能形成嚴密的邏輯體系。此外，遠離平衡態的連續介質熱力學第二定律仍然是一個沒有徹底解決的關鍵問題。(2)近年來一般本構理論的進展及當前發展趨勢

近年來，理性力學對本構理論的深入發展主要體現在下述兩個方面上。

1)材料的內結構及其演化、熱力學內變量理論和定向分布函數。

連續統物理的一個根本性思想，就是把材料看作連續介質，只考慮材料元的宏觀或平均性而不關心它的內部具體構造，用場論的方法描述材料的變形、運動和受力。對于彈性變形來說，材料元的內部結構不發生改變，上述思想方法是合理的。

然而，經歷非彈性變形后材料元的內結構發生了變化，從而改變了該材料元的后續力學行為和性能。塑性和損傷過程即是典型的例子。理性力學物質理論試圖用追溯到無窮遠過去的變形歷史以及新簡單物質理論試圖用狀態和過程的概念來反映材料內結構變化的影響，雖然引進減退記憶原理來弱化變形歷史的影響，但是在思維上這一理論仍未完全跳出經典連續介質力學關于材料元模型的框框；反映在本構關系的數學表示上，則是使用張量泛函形式而不是更便于處理的張量函數形式。

在帶有內變量的熱力學框架下，對材料的非彈性變形力學行為和性能進行描述的各種理論現已得到了廣泛的認可。內變量理論的基本思想，就是假定材料內 43 結構的變化，可用一組內變量來描述。換言之，這組內變量表征了該材料的內結構對相關宏觀力學性能的影響，而且內變量也隨著材料的變形而演化。與簡單物質本構理論相比較，內變量框架下的本構方程和演化方程具有以下幾方面的明顯不同：其一，前者出現張量泛函，而后者只含數學上更便于處理的張量函數；其二，過去歷史的泛函的概念在一定程度上是非物理現實的，而代表現時內結構狀態的內變量原則上講是現實可測的（如Ｘ射線和聲發射檢測）；其三，內變量框架下的本構方程較之本構泛函，可以更容易引入守恒律，尤其是熵增律的相容約束。

內變量理論的一個基本困惑是如何恰當選擇內變量的個數和類型。以損傷力學為例，損傷變量的選擇就一直是一個爭論不休的問題。但既然內變量具有體現材料的內結構這樣一個物理背景，故內結構的具體信息就至少應該在某種統計或近似的意義上反映出來。這一基本要求在以往的內變量理論中并未得到很好的體現。

定向分布函數的概念及其不可約張量（即完全對稱且跡數為零）形式的傅里葉（Fourier）展開，為建立內變量與材料內結構之間的關系提供了一個很好的連通渠道。例如在研究材料內部微裂紋的存在和發展的效應時，可以用微裂紋的方向性分布函數代表該微裂紋體的內結構。又如多晶體問題，其內結構可以理解為晶體的尺寸、形狀、定向、晶界、位錯、缺陷的分布。典型晶體的定向相對于參考晶體的定向相差一個轉動張量R。因此，多晶體內的晶體定向分布函數φ(R)可定義為具有定向R的所有晶體在多晶體內的體積分數。

上述情況反映出自80年代以來所提出的用定向分布函數的概念，通過嚴格的群表示理論導出的傅里葉展開中的不可約張量系數，實現內變量與材料內結構的聯系的基本思路。

內變量理論的另一個基本困難，在于我們對內變量的演化方程的一般屬性和約束相當缺乏認識。內變量與定向分布函數的聯系提供了用細觀力學的方法確定內變量演化的可能性。但是這種方法往往又引出另外的問題，即從嚴格的細觀力學導出的演化方程常常不具有封閉形式，而需要人為地再作一些近似封閉化處理。

2)對稱性限制、張量函數表示理論和本構方程不變性研究。

材料的非線性本構關系在現代理論與應用力學中扮演著越來越重要和關鍵性角色。材料的對稱性限制了本構關系中張量函數的形式，同時規定了在本構關系中出現的可從實驗中觀測的獨立的標量型變量的類型和數量。建立非線性本構定律，特別當材料是各向異性或者材料的響應依賴多于一個張量自變量的時候，張量函數的表示便非常有效，甚至是必不可少的。

張量函數表示定理始終是非線性本構方程一般性研究的數學基礎之一。它從50年代開始得到了廣泛的發展和應用。70年代初該理論已較完整地建立起來了。張量多項式函數表示的豐富結果涉及到任意有限數目的二階張量和矢量的各向同性、半向同性、橫觀各向同性、正交異性和32種晶體對稱性。

70年代已陸續得到了各向同性張量函數表示的一些一般性結果。80年代通過引進表征材料各向異性的結構張量概念，成功地提出空間各向同性原理：一個各向異性張量函數可以表示為將結構張量作為附加的張量自變量的各向同性張量函數。由此利用各向同性張量函數表示的已知結果，便可立即導出一些各向異性張量函數的表示。依照這個思路，對于橫觀各向同性，正交異性和斜交異性材料的復雜不可逆力學現象，如屈服、失效、蠕變和損傷的本構定律，已經給出了很好的描述。

進入90年代后，張量函數表示及其作為本構方程的統一不變性研究的理性基礎。得到了很大的發展，獲得了大量的各向同性和各向異性張量函數的完備和不可約表示，進一步完善了張量函數表示理論的基本框架，并為其應用于連續統力學、物理和化學奠定了堅實的基礎。(3)中近期建議著重研究的領域

以上概述了本構方程理性或基本規律性研究的兩方面最新主要進展，但其中分別存在如下的主要問題需要著重研究：

1)盡管自80年代以來在塑性和損傷力學方面結合熱力學內變量理論和凸分析理論等有了很大發展，但關于內變量（這里分別為塑性張量和損傷張量）的演化規律，從理性的高度看依然沒有取得決定性的進展。非平衡態熱力學的連續介質構造遠未達到如其它運動基本定律般的公認成熟階段。例如，損傷力學從損傷變量的選取、描述、宏細觀關聯、遠離平衡態或損傷從強烈相互作用到失穩，45 基本上都還沒有完成理性力學層次的澄清。

2)非線性本構方程雖然已基本完成了由于材料對稱性達到的約束或限制形式，但這一階段的形式離真實的材料本構方程依然相去甚遠。在材料對稱性約束下的非線性本構方程一般形式的基礎上，系統而深入研究材料其它類型的內約束（如不可壓縮性、不可伸長性、材料分類性、熱力學約束），并結合相關的本構方程實驗可確定性，從而最終對各類材料導出相當貼近真實的本構方程的一般形式，將是下一個至關重要的研究新領域。

其他的重要問題還有：

1)考慮力、電、磁、熱耦合下的宏細觀本構方程的研究，包括考慮對稱性約束和與守恒律相容等。

2)與精微元器件有關的力學基礎問題，這里面需要考慮尺度、摩擦、轉動、非均勻性、非局部性等突顯的效應。

3)在現有的內變量、微極、方向子、梯度、非局部等理論的基礎上，貫徹宏細觀關聯的思路，建立考慮到材料真實內結構和尺度效應的新的連續介質力學。

4)連續介質力學從現有的歐幾里德（Euclidean）幾何下的拉格朗日體系，轉換到辛（Symplectic）幾何下的哈密頓體系，在此基礎上實現求解方法的現代化。

總之，強調理性力學是采用和發展嚴密而又統一的方法，處理力學基本問題、尋求力學基本規律的學科，則理性力學始終面臨著對力學本身最具活力的一些領域的大量重要問題的基本規律的研究。因此，理性力學有著源源不斷的新的學科生長點。46 2.2 固體力學

這里所說的固體指在一自然約定的時間尺度內可有效承受剪力的連續介質。固體力學旨在認識與固體受力、變形、流動、斷裂有關的全部自然現象，并利用這些知識來改善人類生存條件、實現人類目標。固體力學是整個力學學科中的研究規模最大的分支。2.2.1 固體力學的發展狀況(1)固體力學的兩重屬性

與整個力學學科一樣，固體力學兼具技術科學與基礎科學的屬性.它既為工程設計和發展生產力服務，也為發展自然科學服務。

固體力學在許多工程領域都發揮著重要的作用。這些領域包括航空航天工程、造船與海洋工程、核電工程、機械制造、動力機械工程、地質勘探、石油開采、土木工程、水利工程、巖土工程、材料科學與工程、微電子技術、醫學工程等等。

作為基礎科學的力學為自然科學的發展作出了重要的貢獻。在力學發展中作出奠基性貢獻的學者如伽利略（G.Galileo）、牛頓（I.Newton）、柯西（A.Cauchy）、愛因斯坦（A.Einstein）等人帶動了整個數理科學的發展。在各門基礎學科的術語中，“力”無所不在。彈性力學的理論體系的建立是科學發展史上一個范例。非線性科學中分岔的基本概念和分析方法萌芽于固體力學中的壓桿穩定問題。固體力學研究的對象包括自然界中表現形式最豐富的物質形態和人類創造的絕大多數技術材料，它所研究的力學過程是宇宙間最基本的過程之一。它通過數學力學理論、物理力學、力化學、天體力學、地質力學、生物力學等交叉科學與其它所有基礎科學門類相聯系。

國際著名固體力學專家賴斯（J.R.Rice）教授在《不列顛百科全書》（1993年版）“固體力學”條目中列舉了下述可利用固體力學概念來研究的命題: “在地幔中如何發生流動從而牽帶大陸板塊的遷移及海床在它們之下的伸入? 山脈是如何形成的? 地震時斷層處發生了什么過程? 這些擾動是怎樣以地震波的形式傳播，且震撼并可能摧毀建筑物和橋梁?滑坡如何產生?土壤和巖石基礎在不破壞的前提下可以承受建筑物對它的多大壓力? 如何選擇、配置和成形各種材料，47 從而控制它們的承載來制成安全、可靠、耐久、經濟的結構（這些結構包括飛機骨架、橋梁、船舶、建筑物、人工心臟瓣膜和計算機集成電路芯片）？如何利用這些固體材料來制造諸如噴氣發動機、泵、自行車之類的機器? 結構表面形狀的變化或流體介質的不均勻性如何引起運輸工具（如汽車、飛機、輪船）的振動? 如何由振動控制來達到舒適、減噪和避免疲勞破壞的目標? 在結構循環加載時（如橋梁、發動機、機翼或油箱）裂紋擴展的速度有多快，什么時候會產生災難性的裂紋擴展? 我們如何控制結構物在沖擊過程的變形，從而在設計運輸工具時使其具有耐撞性? 如何成形材料或技術產品（如金屬和高聚物的模具擠壓、板材軋制、復雜形狀模壓等等）? 多晶體塑性和蠕變應變時歷經了何種微觀過程? 如何將不同的材料相元配置在一起，像纖維增強復合材料一樣，來實現實用中所需要的剛度和強度的綜合性能在體育用品（如滑雪板和網球拍）中所需要的材料綜合性能和總體響應是什么? 人類頭骨在事故中的沖擊響應是什么? 人體的心臟肌肉如何控制血液的泵壓，且動脈瘤的發生源于何種控制功能紊亂?”上述種種問題對自然界演化的解釋，對科學技術的進步，對人類的生存保護都是非常重要的。（2）固體力學的歷史發展

固體力學是人類科學技術史上最先發展的少數學科之一，在人類文明進化過程中幾度占有中心地位。

固體力學是在牛頓力學的偉大成就下得到迅速發展的一門力學學科，但遠在牛頓之前就有過很多重要的固體力學研究工作: 如列奧納多.達芬奇（L.da Vinci，1452年～1519年）關于線材拉伸強度的實驗和伽利略（1564年～1642年）關于受拉和受彎桿件破壞強度的研究。關于應力、應變和彈性的基本概念是在公元1660年到1822年期間逐步形成的。胡克（R.Hooke）、伯努利（J.Bernoulli）、歐拉（L.Euler）、庫侖（C.A.Coulomb）、柯西等著名科學家為此作出了重要的歷史貢獻。在18、19世紀和20世紀上半葉，借助于梁、柱、板、殼等簡化理論，固體力學成為當時工業的兩大支柱建筑業和機械制造業的主要技術分析手段。小變形彈性力學的一般理論在19世紀20年代由柯西總結形成，大變形彈性力學理論經過19世紀中葉格林（G.Green）、皮奧拉（G.Piola）和基爾霍夫（G.R.irchhoff）的奠基，于本世紀中期通過瑞夫林（R.S.Rivlin）的工作推至可供實用的階段。

工程結構的輕型化和金屬加工的迅速發展推動了固體力學中另一分支學科塑性力學的發展。塑性力學的若干基本概念起源于庫侖（1773年），蓬斯萊（J.V.Poncelet，1840年）和蘭金（W.J.M.Rankine，1853年）等關于延性材料屈服的研究，而近代宏觀塑性理論奠基于屈雷斯加（H.Tresca，1864年），胡伯（M.T.Huber，1904年），馮.密賽斯（Von Mises，1913年），普朗特（L.Prandtl，1920年）和漢基（H.Hencky，1923年）等人的研究理論之上。在戰后經依留申（A.A.Il'iushin），希爾（R.Hill），普拉格（W.Prager）和德魯克（D.C.Drucker）等人的工作而建立了塑性理論的數學框架。

航空與航天工程的發展要求航空航天結構物具有盡可能低但又確保可靠性的安全系數，從而使固體力學成為不可缺少的分析工具，除了關于充分發揮強度儲備的塑性極限分析、薄壁結構的彈塑性穩定性分析以外，關于應力集中、疲勞、振動、減噪方面的研究得到了迅速發展。在第二次世界大戰期間美國自由輪的大量低應力脆斷解體事故促使由格里菲思（A.A.Griffith，1920年）首先提出但未受到普遍重視的斷裂力學的基本思想迅速發展為一門固體力學的重要分支學科——斷裂力學。由此產生的斷裂分析方法迅速應用于航空、航天、核能結構完整性、石油化工壓力容器與管道防爆、以及海洋結構的安全可靠性。

固體力學本世紀發展的另一個特征在于從宏觀和微觀并行不悖的研究逐漸轉向宏微觀相結合的研究。1905年彈性力學與數學家沃爾泰拉（V.Volterra）首先分析了位錯固體的彈性靜態應力和位移場。1934年泰勒（G.L.Taylor），奧羅萬（E.Orowan）和波拉尼（M.Polanyi）各自獨立提出了位錯的概念。上述數學和物理研究兩者的結合為揭示固體塑性變形的一類基本規律奠立了基礎。位錯研究是理論超前于研究、并指導人類認識的范例。它為近二三十年來固體力學與材料科學的結合打下了基礎。我國固體力學研究從宏觀層次向更精細物質層次的深入得益于錢學森倡導的物理力學。錢學森提出了“細觀力學”的名稱，專指對具有內稟材料微結構的固體連續介質的研究。

實驗是提出理論模型和工程準則的基本出發點，也是檢驗它們的準繩。力學發展一方面受到實踐中反映出來的大量新現象的推動，另一方面通過實驗，更深入細致地取得第一手資料，以此做為建立理論的基礎，使學科得到發展。實驗固體力學不僅涉及力學，還涉及其它多種學科，特別是新技術領域。

49（3）當代固體力學發展

第二次世界大戰后近50年間，形成了固體力學的近代理論基礎，在宏觀力學上取得了一系列重大成就。現概述如下: 1）宏觀固體力學已經形成一個初步框架。理性力學在50年代至70年代的迅速發展使宏觀力學的基本理論在表觀上形成比較嚴謹的體系。

2）以有限元為代表的計算固體力學高速發展。有限元法的數學思想曾由著名數學家柯朗（R.Courant）在1943年后加以初步描述，但該方法的物理基礎卻歸功于固體力學家在50年代與60年代所提出的廣義變分原理。有限元法在80年代廣泛應用于幾乎所有工程技術領域。常規的結構固體力學計算已經基本解決。

3）斷裂力學的建立（針對于斷裂、損傷、疲勞、磨損、腐蝕等破壞模式）擴展了固體破壞理論，并發展了基于不同破壞特征量的缺陷評定體系。

4）固體的宏觀本構理論描述盡管尚不封閉，但在材料對稱性描述和通常條件下的彈塑性大變形本構方面取得了重要進展。

5）固體力學的測試技術更新換代。用計算機控制加載路徑的試驗機已取代了老式試驗機;光測法的精度已提高到微米乃至納米量級;計算機控制的振動平臺可對大型機械和結構進行實測;動態測試的應變率已達到106～108/秒量級;無損探傷技術得到了發展。

6）細觀力學于70年代興起，至今已初具輪廓。細觀固體力學與材料科學相結合，在晶體塑性理論和結構材料的強韌性力學原理研究中取得了重要進展，使科學家們對材料的強度和韌性有了更深層次的認識。

7）固體力學在工程結構的完整性和可靠性方面取得了重要成果。對航空航天結構、核動力結構、鍋爐與壓力容器、近海石油平臺、管道等重要工程結構建立了損傷容限評定或結構完整性評定的第一代標準。

盡管固體力學已呈現出一個高度發達學科的某些特征，但仍有一批基本問題尚未得到解決:

首先是固體本構理論在宏觀連續介質層次上未能實現封閉，破壞的發生和傳播機制在宏觀層次上并不清楚。材料在外界作用下經變形、損傷到失穩或破壞的過程是固體力學中最大的難題。固體的破壞同缺陷和微結構形態緊密相關;該過 50

第二篇：華北工學院力學學科的發展戰略

力學學科的發展戰略

一、本學科發展現狀及趨勢

作為我國七大基礎學科之一的力學具有很強的基礎性，又有廣泛的應用性。力學的基礎研究，不斷深化和豐富人類對基本自然規律的認識，不斷為其他學科的發展提供認識工具。目前，力學正在突破經典的力學概念和范疇，進入一個新的發展階段，力學的物理內容在深化，力學在與其他學科交緣處迅速發展。

力學的發展總趨勢是：①致力于力學界公認的幾個基本現象和規律的研究，如湍流運動，固體介質的本構、實效理論，傳統連續介質力學的改造，使之可以刻劃非均勻、多尺度、宏微細觀多層次。②將繼續以應用基礎研究為重點，同時大力發展應用力學。

力學學科通常有如下幾個分支：一般力學、固體力學、流體力學及交叉學科，其研究前沿為：（1）一般力學 ①非線性動力學：有限維系統的分岔與混沌，②運動穩定性：力學系統、控制系統、大系統、分布參數系統穩定性和魯棒穩定性，③多柔體系統動力學：剛體運動與柔體變形的耦合、柔體姿態穩定性等，④隨機振動，⑤近代分析力學：“幾何動力學理論”等。（2）固體力學 ①以非線性力學為核心的力學與數學的結合，②以宏微細觀力學為核心的力學與物理學的結合，③巖土力學，④實驗固體力學，⑤計算固體力學⑥流固耦合問題。（3）流體力學 ①湍流，②流動穩定性，③混沌，④水波動力學，⑤渦動力學，⑥復雜流場計算，⑦多相流，⑧非平衡流。（4）力學中的交叉學科 ①物理力學，②電磁力學，③爆炸力學，④地球動力學⑤生物力學，等等。

作為力學的重要分支，固體力學兼具技術科學與基礎科學的雙重屬性。雖然固體力學經過長期發展，在宏觀力學上取得了一系列成果，形成了固體力學的近代理論。盡管固體力學已呈現出一個高度發達學科的某些特征，但仍有一些基本問題尚未解決，如固體本構理論在宏觀連續介質層次上未能實現封閉，破壞的發生和傳播機制并不很清楚，疲勞行為的機制遠未得到闡明，有生命的 固體與無生命的固體在本構響應的不同也遠不清楚，等等。上述問題僅僅是固體力學尚未解決問題的極小部分，其學科進展是永無止境的。固體力學的發展趨勢及發展動態是：（1）固體力學應用研究 ①工程技術的發展態勢：固體力學與諸如土建、機械、航空航天等工程技術的緊密結合，固體力學的滲入和指導作用，②材料科學與固體力學：強韌化原理，材料內部缺陷的演變機制，③微機電系統：薄膜力學，微電子元器件的封裝等，④精細加工：微細觀力學的定量研究，⑤能源工程：減災力學，反應堆結構力學，⑥航空航天與交通工程：復合材料力學，耐撞性，⑦老齡工程結構的安全評估：漏后斷（LBB）準則，⑧巖石力學與工程應用：流變學，分形、混沌，巖石固液耦合力學，⑨土力學與工程英用：砂土力學行為。（2）固體力學學科研究 ①以非線性力學為核心的力學與數學的結合：引入非線性動力學的方法與概念，②以宏微細觀力學為核心的力學與物理學的結合：將力學引入細微觀世界，使力學研究的層次和精確性上一個水平，③巖土力學：流變、分形、混沌、滲流等，④實驗固體力學：測試設備、測試技術，圖象處理等，⑤計算固體力學：數值方法、計算力學軟件、非線性計算、計算結構力學、結構優化等，⑥流固耦合問題：非線性、屈曲等。

二、本學科現狀、地位及研究方向

1、本學科現狀及在國內外同行業中的地位

我院力學學科的發展經歷了一個特殊的發展歷程。隨著力學師資力量的不斷擴充和學力層次的不斷提高，在彈塑性動力學、計算固體力學、實驗力學、多剛體（柔體）動力學以及工程中的振動問題等方面進行了積極的探索和研究，并出現了一些理論和應用成果，如充液結構的屈曲分析、第二臨界速度新的判別準則、高壓容器失效、粘彈性問題、熱傳導問題的邊界單元方法、高沖擊損傷實驗研究、慣性導航、減震器動態特性試驗研究及數學建模等等。

上述研究工作在各學科分支研究中已處于靠前位置，有的研究工作（如充液結構屈曲、粘彈性、高沖擊損傷等）已處于本學科研究工作的前沿位置。但 我院力學學科的整體水平尚有較大差距，某些方面還處于初期研究階段，需要進一步加強。

2、本學科擬從事的研究方向

（1）沖擊動力學，（2）數值模擬與系統仿真，（3）沖擊波效應，（4）柔體系統動力學，（5）高沖擊侵徹，（6）減震器疲勞實驗，（7）其它方向（沖擊實驗系統、力學反問題等）。

三、“十一五”本學科擬上科研課題

1、充液結構的動力屈曲、應力波效應及尺寸效應：研究復雜結構充液和結構撞水的動力屈曲問題（理論及實驗）、大能量高速沖擊的應力波效應，大尺寸及小尺寸的尺寸效應等；研究成果將用于充液罐的撞擊防護、彈箭撞水失效、飛行器水上迫降、微型結構傳感器等方面。現有研究基礎：充液圓柱殼沖擊屈曲理論和數值模擬。

2、冷熱壓力加工中的力學反問題研究：研究冷熱加工、成型過程中的彈塑性力學的反問題，結合優化理論研究實際工程問題。現有研究基礎：焊接過程理論及數值計算等。

3、混凝土靶高速沖擊侵徹過程的力學模型和計算機仿真：研究高速沖擊時的精確力學模型，對侵徹過程進行有效計算機仿真；研究成果用于彈箭的侵徹效果分析。現有研究基礎：彈箭測試系統、高沖擊損傷實驗（電路板沖擊）。

4、高速沖擊過程中應力波傳播對動態測試系統的影響：研究高速沖擊的應力波對測試系統的影響，對測試信號影響進行理論分析研究；研究成果用于動態測試系統的設計。現有研究基礎：沖擊應力波實驗、應力波對動態測試系統的影響。

5、多柔體系統動力學的理論與應用：研究多柔體系統（剛體、變形體混合系統）的動力學理論及實用數值分析程序；研究成果用于機器人、衛星、各類飛行器的設計、控制等。現有研究基礎：姿態測試研究、多體力學理論研究。

6、減震器動態疲勞與損傷：研究減震器動態特性，通過疲勞和損傷實驗和理論 分析，討論疲勞和損傷機理；研究成果用于坦克、裝甲車、火炮等的發動機、控制系統等的設計。現有研究基礎：減震器動態試驗研究。

第三篇：自然科學學科教學質量分析

科學學科教學質量分析

趙力杰

教書與育人密不可分，在教學過程中滲透著情感、態度、價值觀的形成。教學質量是學校的生命線，質量既是學校生存和發展的基礎，也是學生成長發展的基礎。實施課程改革以來，新課程倡導的質量觀深入人心，著眼于學生的全面發展。我認真學習新課程理念，努力探索促進學生全面發展的評價體系，注重了三個結合：書面檢測和非書面檢測相結合，教師評價和學生評價相結合，定量評價和定性評價相結合，以考察學生知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀三維目標的達成度。基礎知識方面：新的課程標準注重“知識與技能、過程與方法、情感、態度價值觀”三個維度，“知識與技能”是落腳點。課堂教學如何真正著眼于學生的發展，基礎知識必不可少，課堂教學更加重視發揮教師引導者的角色，課堂教學中教師比較注重教給學生終身必備的基礎知識。過程與方法方面：授人以魚，不如授人以漁。學生掌握了方法，就會舉一反三，事半功倍。學生具有較強的解決問題能力，解決問題策略多樣，思維積極、活躍。老師在課堂教學中努力轉變教學方式，留給學生充分的學習時空，在關鍵處、疑難處對學生進行方法的引導，努力達到葉圣陶老先生所言：教是為了不教的境界。拓展運用方面：學習的目的在于運用。新的課程標準特別強調要樹立大教育觀，加強學科與生活的聯系。使學生得到了較大的發展，學生思維較活躍，解決實際問題的能力越來越強。

下面，我就根據上學期的情況具體從兩個方面重點剖析。

1、由于教學手段滯后，導致課堂效率不高。這學期學校增加了教學設備，專業教室里有了實物投影和電腦，創造一個良好的硬件環境。教師教會學生利用拼音打字搜索網頁，查找文字和圖片資料，現在四年級到五年級的每個學生都初步學會了上網，查找、整理、積累資料記錄在自己的資料卡。

2、針對上學期教師不了解兒童的身心特點，工作成人化的不足。我在課余閱讀兒童心理方面的書籍，學習很多好的教學經驗，從愛孩子的角度出發，對他們進行教育。因為教育是在愛的前提下，學生就比較容易接受，不會有以前學生和老師發生正面沖突的現象。

正是教師的不斷學習，學校教學手段的改進，使得本學期學生的成績有了較快的提高；但是也存在著問題，比如高年級學生成績有浮動，忽高忽低，不穩定。

三、今后的努力方向和措施：

今后教學工作的重點是優化課堂教學，提高課堂效率。教育教學是學校的中心工作，提高教學質量當前當務之急的是要結合學生現狀改進教學策略，強化“三個注重”——基礎知識、思維能力、學習習慣，以促進學生的全面發展。

1、注重求真務實，繼續夯實基礎。

扎實的基礎是提高能力，我們應該清醒地認識到：新課程標準提出的三維目標：知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀是一個有機的整體。教師應走出把三維目標對立、分割的誤區，正確處理好基礎知識與創新的關系，在平時的教學過程中，立足于真實，按照新課標的要求，把應該掌握的基本知識牢固掌握，夯實基礎。

2、注重學生思維和動手能力的培養。

培養學生的思維和動手能力是小學教育的重要任務。因此在教學中，我們不僅要讓學生學會動手實驗，同時還要注意讓學生吸納思維方式、思維方法，養成靈活創新的思維品質，不斷地提高學生的感知力、理解力、判斷力、綜合力，以提高學生的綜合素養，達到課程標準的要求。

3、注重學生良好習慣的培養。

好習慣，益終生。培養學生良好的學習習慣，我們應該站在對學生終身負責的高度來認識，大處著手，小處著眼，在日常的教學中反復抓，抓反復，通過嚴格的訓練，培養學生刻苦鉆研、獨立思考，敢于質疑，認真細致、做事嚴謹等良好的學習習慣。

小學體育與健康教學分析

姚文富

通過我校課題組成員對我校體育教師進行的體育教學前測來看，目前的體育教學存在著很多問題，在我校體育教師通過學習《新體育課程標準》后，雖然在教學中已經有目的進行了改進，但是還是存在著很多不足。下面就從幾個方面來分析一下我校的體育教學現狀。

一、過于嚴密的教學組織形式

1、以教師為主的教學組織形式

在體育教師組織教學教育時，教師經常不自主的就把自己放在了主體地位上，因為教師普遍有著這樣的觀念：學生成為教學中的主體時，那么教師的地位呢？師道尊嚴呢？師生的位置怎么放？所以，我們體育教師應該擺正自己的位置，充分體現出教師在課堂中的作用。另外，現在的體育公開課，由于評委更多關注的是教師的一言一行和水平，而忽略了學生的表現，隨著《體育新課程標準》的進一步深入，相信在這個方面各個部門會轉變思想，使體育教學真正做到以學生為主。

2、一成不變的課堂教學程序

從我校的體育與健康課前測來看，我們不難看出，在體育教師的日常體育教學中依然延續著幾十年來的課堂教學模式：開始部分、基本部分、結束部分。內容也是一成不變，已經成為了體育課的課堂常規，學生學習得索然無味、興趣盡失。這樣體育課的學習效果能出來嗎？不能！但是，現在的體育公開課已經提前走了一步，優秀的體育課已經在轉變課堂教學程序，讓課堂更加充滿活力！這就需要我們體育教師通過對優秀公開課的學習，在課前準備上充分為學生的學習考慮，在日常的體育教學中采取適合于學生學習的教學模式，提高學生的學習興趣，更好的去完成課堂教學任務。

二、學生的興趣激發

從以往的體育教學來看，由于教學的內容過于競技化，教學的方法過于刻板化等因素，導致了許多學生并不喜歡體育課，能夠堅持體育鍛煉的學生就更少。甚至有的學生以生病來逃避練習，有的在課外根本就不練習。新課程的改革，首先改變了教師與學生的關系，建立了合作與互動，真誠、平等地對待每一個學生，盡量滿足絕大多數學生的需求和愛好；其次教學內容要多元化，符合學生的身心發展；再者，教學的手段和方法要多樣化，營造輕松、愉快、和諧的課堂教學氣氛；評價的方法要有利于促進學生更努力地學習、更好地發展，要使學生體驗到體育學習的進步所帶來的快樂。

三、重視學生的創新能力

目前體育教師一直偏重于傳授各種成熟的運動技能和身體素質的練習方法，試圖達到增強學生體質之目的，也一直注重學生模仿各種動作技能，澤導致教師和學生均缺乏創新的意識和能力，教師缺乏創新的意識和行為，學生又怎么能夠有創新能力呢？所以教師培養學生的創新能力應該包括在整個體育教學過程之中，如讓學生設計新的游戲方法，主動探索更好更快的達成學習目標的最佳途徑，開發校內校外的體育資源等。

小學體育工作總結

本學期我校體育教學工作從全面落實“健康第一”思想出發，牢固樹立和堅持教育面向全體學生的原則，進一步從觀念上理解和認識了實施素質教育、改革課堂教學模式的關鍵性和重要性，在全面提高學生素質的思想指導下，我校體育工作始終把提高學生身體素質、培養學生良好品質和健康心理作為工作的出發點。根據學期工作計劃的要點，很好地完成了各項工作目標任務，并取得優異的成績。現就本期學校體育工作做如下總結：

一、以“健康第一”為指導，切實抓好體育教學工作學習落實“課標”的教育理念，改革學習方式、教學方法和評價方式，這就需要每一位教師在教學實踐中認真反思，努力鉆研，不斷地更新教育觀念，才能準確地理解“課標”精神，才能恰當地選用新的教法和新的學法。在教學中，各教師從現代課堂教學要求出發，加強教育教學理論的學習，并進行有目的、有計劃的教學實踐，增強了科研意識，提高教學質量。并做到經常性地對教學工作進行檢查、總結，及時發現問題，解決問題，逐步認識和掌握新課程標準下體育教學新的規律。根據所制定的體育教學工作計劃教學進度，結合教學的實際情況上好每節課

二、常抓不懈，推動“二操一活動”有序開展學校“兩操一活動”是反映學生整體面貌的形象“工程”，是學校整體推進素質教育的一個窗口，抓好“兩操”也是學校管理工作方面的一項重要內容。抓好“兩操”更能促進學校的全民健身活動的開展。一學期來，體育組繼續嚴格規范廣播操進出場的紀律及做操質量，做到出操靜、齊、快，動作規范、美觀。繼續實施“領操周周換”制度，不斷改進廣播操動作質量，樹立各班領操員榜樣模范作用。召開了校體育委員會議，加強體育檢查小組工作，定人定班定時間，督促兩操一活動的正常開展，進一步落實體育檢查結果每周點評制度。針對全年級廣播操質量不高的情況，通過組織全年級廣播操比賽，以比賽促質量，大大地改進了全校做操質量及組織紀律性。

三、多方努力，齊抓共管，做好《學生體質健康標準》的測試登記工作《學生體質健康標準》是促進學生體質健康發展、激勵學生積極進行身體鍛煉的教育手段，是學生體質健康的個體評價標準，是《國家體育鍛煉標準》在學校的具體實施，也是學生畢業的基本條件之一。為順利完成學體育《標準》測試工作，提高我校體育《標準》成績，期初即特制定學校《健康標準》達標計劃,要求各達標班級認真開展《標準》訓練和測試工作，在校長領導下，由體育組牽頭，以一到六年級班主任為組織者，以任課體育教師為指導，體育教師、校醫室協同配合，多方努力，齊抓共管，共同組織實施，積極發動全體適齡健康兒童踴躍參加體育鍛煉，高要求、高質量地完成推行《學生體質健康標準》活動。通過多方面的努力，本學期《學生體質健康標準》測試順利進行，成績優良。

四、抓好各業余訓練隊伍的競訓工作，為更好地統籌安排各教師資源，做到教練員、運動員、訓練時間、訓練場地器材四落實，體育組及早地制訂了切實可行的計劃.五、重視場地器材建設，當好領導參謀根據教育部去年印發的《中小學體育器材設施配備目錄》，逐步配齊體育器材設施，并切實落實體育室器材出借登記、管理制度。

第四篇：學科調研報告

（）學科調研報告

時間：姓名：

自己下鄉下校所做的其它工作內容等，自己可以斟酌著填寫。調研報告寫完后麻煩大家傳給我一份，我可以幫大家排好版、存檔，然后打印上交。我的信箱：

調研報告各部分可以根據所寫內容的增多可以直接擴大版塊，版塊內容如有不妥之處，麻煩大家提出建議，謝謝！

第五篇：鄉鎮經濟發展戰略的調研報告

一、基本情況

土們嶺鎮位于九臺市東南25公里，長、吉經濟帶中段，長吉公路、鐵路橫貫全鎮。幅員面積214.36平方公里，鎮轄16個行政村，114個生產小組，總人口2.85萬人，有耕地5976公頃，林地9896公頃，森林覆蓋率為46%（其中鎮區為88.5%），是一個交通便利，風景奇秀的山區鄉鎮。鎮、村、社三級干部220人，有致富項目的占20%，項目類別主要是養殖業（豬、牛、兔）、種植業（粘玉米、中草藥）、運輸業。

二、交通情況

1、公路、鐵路:長春至圖們的鐵路，長春至吉林公路（北線）橫貫全鎮（45—62公里之間），本鎮距長春市45公里，距吉林市55公里，距九臺市25公里。

2、客運情況：九臺至土們嶺客班車每日28次（單程）,日均客流量450人左右，長春至吉林、九臺至吉林及其它經過客班車日均60班次，承載客流量約為70人次，每月逢五逢十為土們嶺商貿大集，逢集市時客流量較平日稍有增加。

3、物流情況：由于本鎮地處長、吉兩市中間，逢集時，很少有長吉兩市人員、車輛來趕集。

三、種植情況

1、糧食產量：全鎮在冊耕地5976公頃，全部是旱田，年均糧食產量57,700噸。

2、綠色產品：土們嶺地區山脈連綿，屬于長白山余脈，因此，特色山珍豐富，如：山野菜系列、松仁、榛子、核桃、蘑菇等，分布春、夏、秋三個盛季。當地經營山珍加工、銷售的業戶百余戶，規模較大的有利達食品加工廠，恒利農產品加工廠、金穗山莊山珍加工廠等，年生產銷售200噸以上。

四、養殖情況

1、禽類存欄：全鎮禽類存欄總數達17萬只，年銷售禽類45萬只，主要銷往德大、金鑼集團和吉林市。

2、生豬存欄：全鎮禽類存欄8600頭，其中規模飼養戶2800頭，產品主要銷往金鑼集團、德大集團、天景集團。

五、經紀人情況

1、本地人數：35人，外地人數8人，其中吉林市2人。

2、從事項目：粘玉米、山野菜。

六、勞務輸出情況。

1、本地勞務輸出情況：

年均輸出780人，XX年底，輸出總量達3768人。XX年1—6月中旬，新輸出124人。

2、在吉林市勞務情況

（1）建筑工人：40人（2）家政7人（3）服務業14人（4）工商業3人。計64人。

七、財政總量

1、本級財政收入（年內）670萬元。

2、人均收入4160元（因電廠征地，收入增加幅度大）XX年3350元。

3、來自吉林市的收入約為9.2萬元。

八、特色產業情況

1、產業園區情況：畜禽養殖小區6個，專業屯20個。

2、品牌情況：利達產品加工廠注冊“碧子蘭”牌山野菜系列產品，恒利農產品加工廠注冊“土們嶺”牌農村產品。

九、民營經濟發展總體規劃和發展思路：

1、規劃目標：“十一五”期間，在全鎮范圍內建設粘玉米特色種植、中草藥種植、豬、牛、兔養殖園區20個，完善專業村6個，專業屯20個，結構調整比例達到55%，社會總產值達到12億元，財政全口徑收入達到1500萬元，農民人均純收入達到5500元，社會固定資產投入達到XX萬元，勞務輸出總量達7000元。

2、發展思路：依托天景基地、金鑼集團、華能九臺電廠，大力發展特色種植、特色養殖，促進勞動力輸出總量，促進人均收入大幅度增長，為建設社會主義新農村奠定堅實的經濟、物質基礎。

十、依托吉林，發展區位優勢的戰略思考

（一）更多地建立勞務輸出聯系站，促進本區位勞動力輸出。

（二）九臺市各鄉鎮及各村領導干部，仍然存在本位主義思想，一貫把目光瞄向長春市，而忽視吉林市場，因此，產品銷售受到局限。