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提问探讨:力学的定义及其在工程中的应用

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力学定义

力学是一门独立的基础学科,是有关力、运动和介质(固体、液体、气体和等离子体),宏、细、微观力学性质的学科,研究以机械运动为主,及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。力学是一门基础学科,同时又是一门技术学科。它研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系。通俗的说,生活中你能看到的以及看不到的各种变形、运动及平衡都与力学关系密切,可以用力学去描述。

所以,力学不是物体。千万不要跟学力学的人说,你学的是物理

提问:什么是力学?的图1

力学与物理

哪些是力学

  • 建筑工地的脚手架,工人可以在上面自由工作,而不怕脚手架坍塌,也有脚手架坍塌的事故,如下图。这是由于受力过大,压杆失稳造成的坍塌。

提问:什么是力学?的图2

脚手架坍塌

  • 汽车安全通过桥梁,而不同担心桥会垮塌。也有垮塌的桥梁,如下图,这是由于桥墩有不能承受之重。

提问:什么是力学?的图3

桥梁垮塌

  • 你倒牛奶总是撒的到处都是,学了流体力学,妈妈再也不用担心你的奶粉钱了!

提问:什么是力学?的图4

倒牛奶

  • 学驾照的时候,操作不当,整个车身会抖的很厉害,胆小的朋友们就直接给吓熄火了。学过振动力学你就会知道这是因为起步时发动机转速较低,频率接近车体的固有频率而引起的共振现象,这时候只要轻轻给脚油让发动机转速上去越过车子的固有频率,车子就不会抖了,而你,拿到了驾照也没有车。

提问:什么是力学?的图5

  • 解放军过桥的时候,不允许正步走,这也与力学有关,是为了避免桥梁共振,引起桥梁垮塌。

生活之中,力学还有很多很多,如穿的衣服的牢固程度(衣),用筷子夹肉吃饭(食),房屋质量(住),汽车安全行驶(行),方方面面。

力学分类

主要是按照对象分,有固体力学,流体力学等(量子力学那东西,虽然有力学,当应该归于物理类。),然后还有天体力学,那主要有天文那帮人搞(天体其实也算固体)。

固体力学还可以分:理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、损伤力学、断裂力学、振动力学等等。

也有专门为计算而发展出来的计算力学,比如:有限元、离散元、边界元等。

力学所需要的基础

力学的基础就是数学,虽然比不上数学专业,但是也有一定的深度,高等数学、线性代数、概率论、工程数学、矩阵论、张量、泛函,等数学知识是必备的。根据不同的研究方向,还需要学习其他数学知识,比如拓扑之类的。

另一个基础就是编程能力,无论你用C,还是fortran,或者pytron,再或者matlab,都要熟悉算法,命令的调用。

力学专业软件

一般指的是有限元商用软件,常见的有Ansys、Abaqus、Patran/Nastran,等等。这些软件已经在各行各业都广泛使用了,特别是机械行业,像航空航天,车辆,机床,模具,等。

力学的就业

学完力学后,出来干嘛呢?

力学的就业面非常广,高大上的如航空航天的飞机、卫星、航天飞机等,生活中的汽车、桥梁、高铁等,机械方面的各种装备、吊车等。

提问:什么是力学?的图6

提问:什么是力学?的图7

提问:什么是力学?的图8

提问:什么是力学?的图9

除此之外,生物力学在医疗、器械等领域也发挥着巨大的作用。力学发展到今天已经构建成了宏伟的大厦,能够解决我们生存空间内的许多问题,但也有解释和解决不了的问题,需要继续探索,为其添砖加瓦,使其更完善。

虽然,从上面可知,力学的适用性非常广泛。但是,由于种种原因,企业特别是小企业,对力学专业的需求并不大,不像其他机械类的专业。这里面原因大概如下:

  1. 机械类专业都学过理力、材力,本科毕业也大多使用过有限元软件,完全可以胜任简单的力学分析。

  2. 小企业对研发投入有限,而如果从事新产品研发,必须有专业的力学分析,这方面企业舍不得投入。

  3. 山寨严重,大家都是你抄抄,我抄抄,也就不需要什么力学分析了。

  4. 本科力学专业出来,其专业能力尚有欠缺,企业很少会招力学专业本科生,特别是研究生越来越多的情况下。

既然情况这么差,那力学专业的学生出路何在?

  1. 读研考博,这是力学专业比较好的一条路。继续深造,提高自身知识储备的同时,也增加了就业面的宽度。由于专业的特殊性,企业单位一般不愿意招收博士生,对他们而言硕士就差不多了。所以,如果毕业后想去企业,一定要考虑清楚是否读博。

  2. 力学专业很多博士,都去的高校。

  3. 军工类企业,对力学专业需求略大一些,对博士也需要。民企则对博士需求小一些。

此外,金融、互联网等行业也不缺乏力学人的身影,这也得益于力学对数学功底得要求及编程能力的重视。


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