力学
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力学学科简介

一、学科概况

我校力学学科的发展起始于1976 年招收的力学师资班。进入二十一世纪,随着西部大开发的步伐加快,国家基本建设力度进一步加大,1998年工程力学获硕士学位授予权,并于2003 年增设理论与应用力学本科专业,2008年理论与应用力学本科专业取消,同年增设工程力学本科专业,2006年固体力学获硕士学位授予权,目前已有力学一级学科硕士授权点。

近年来, 我校力学学科在学术梯队、学位点、实验室等建设上都已具备了良好的工作基础,部分领域的研究成果已达到国际或国内先进水平,具有一支学术水平较高、结构比较合理的学术梯队,该学科不仅对其他工科专业建设起到重要支撑作用, 而且对本科教学也起到很好的推动作用。

二、学科研究方向和特色

力学学科现已涵盖了固体力学、工程力学及一般力学。力学学科在基础研究、应用研究、人才培养、服务地方经济建设等方面都发挥了巨大作用。特别在基础研究方面,逐渐形成了结构非线性力学、复合材料结构力学、新型材料的多物理场耦合力学等3个研究方向。

1、新型材料结构力学行为研究

主要研究新型复合材料结构(构件)的弯曲、振动和稳定性等宏观力学行为,其中包括功能梯度材料结构和多孔固体芯材夹层结构静动态力学行为。

(1) 功能梯度复合材料结构研究

近年来,本方向考虑材料的梯度变化、物理性质的温度依赖性、剪切变形等因素的影响,研究了变温环境中功能梯度材料梁、板、壳结构在机械载荷作用下的非线性变形问题、稳定性问题及其动态力学行为。该研究已形成了稳定的研究方向,取得系列研究成果。

(2) 多孔材料加芯夹层结构研究

本方向目前考虑多孔材料的宏观物理性质及其非均匀性,在剪切理论下对泡沫金属夹芯层合结构的非线性静态力学行为进行了研究,取得部分有意义的研究成果。

2、多物理场耦合力学行为研究

本方向主要研究新型材料如压电材料、电磁材料、电活性聚合物、超导材料等在电、磁、热、弹等多物理场耦合作用下的静动态响应,为新型材料结构在工程实际中的功能性设计及安全性设计提供理论基础。主要的研究工作包括:

(1) 基于热波理论的广义电磁热弹耦合问题研究

代表性的研究工作有:提出了混合拉普拉斯-有限元方法,成功求解了压电板的压电热弹耦合问题;给出了半无限大体磁热弹耦合问题的解析解;研究了材料属性随温度变化弹性体的热弹耦合问题;研究了旋转体的广义热弹耦合问题等。研究成果受到了国内外学术同行的关注。该方向属目前固体力学领域研究的热点方向。

(2) 电活性聚合物薄膜非线性变形研究

电活性聚合物属高分子聚合物,有“人工肌肉”的美誉。目前,针对该类材料的非线性大变形已作了卓有成效的研究工作,近期成功解决了美国人工肌肉公司开发的一款万能肌肉作动器的力学响应问题,研究成果发表在国际重要学术刊物上。

(3) 超导材料的交流损耗及断裂问题研究

采用局部绝热假定从磁热相互作用的角度考虑临界电流密度非均匀分布效应对磁通跳跃和交流损耗的影响,并对高温超导薄膜的磁场和电流密度的分布及其损耗情况进行了研究,得到了一些有较高学术价值的研究结果。目前同时也在进行超导材料断裂问题的研究。

3、结构非线性力学

由于结构大变形导致的几何非线性和材料本构关系的物理非线性,使得描述结构宏观力学行为的控制方程成为非线性的。该方向主要研究结构或构件的非线性静动态响应。研究工作主要包括:

(1) 结构大变形研究

基于连续介质力学的基本理论,考虑非线性效应,建立具体问题的数学模型,研究非线性问题的分析和求解方法,采用现代数学分析手段及数值计算方法寻求解析解或数值解。近年来,已在结构的非线性弯曲、振动和稳定性等方面开展了系列研究工作。首次精确考虑轴线可伸长的几何非线性,建立了弹性梁非线性力学精确模型,研究了保守载荷和随动载荷作用下梁的大变形问题、热弹性稳定性和振动响应;在板壳研究方面考虑剪切变形的影响,得到了中厚度板壳构件在热-机载荷作用下的非线性力学行为的系列成果。

(2) 嵌入新材料结构研究

基于各向异性复合材料理论和等应变假设,研究嵌入形状记忆合金丝和压电层结构的非线性静态和动态力学行为。分别考虑嵌入材料和基体材料的本构关系,采用等效单层板理论,分析了嵌入的新材料对结构非线性静态变形与应力的影响,研究此类结构在热环境中的动态响应特性。

(3) 瞬态热弹性研究

基于三维热弹性理论,采用状态空间法和打靶法相结合的数值方法,分析了复合材料结构的热冲击问题。求解了热冲击时结构中三维热应力分布形式,以及弹性冲击波在复合材料介质的传播特征。

三、学术团队成员和科研项目

力学学科已形成以中青年教师为学科带头人,老、中、青结合,学历层次较高、职称结构优化、发展潜力较大的教师队伍,现有专任教师23人。其中:教授6人,副教授(高工)7人,讲师7人,助教3人;博导3人,硕导9人,具有博士学位教师15人,具有海外留学经历的教师7人。

近5年内,力学学科累计完成国家自然科学基金项目6项,其中面上项目2项,地区基金3项,青年基金1项。在研国家基金项目9项,其中面上项目1项,地区基金7项,青年基金1项。主持完成军工项目8项,主持完成省自然科学基金3项,在研2项。近5年内,本学科承担省部级以上科研项目共15项,国家级科研项目总经费677万元。近5年在力学相关重要学术期刊上发表论文80余篇,其中索引,SCI索引40余篇,EI索引20余篇。

更新于2022年2月



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