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中國力學2035發展戰略 版權信息
- ISBN：9787030752444
- 條形碼：9787030752444 ; 978-7-03-075244-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
中國力學2035發展戰略 內容簡介
力學為人類認識自然現象、解決實際工程和技術問題提供理論基礎與分析方法，對科學的眾多分支學科發展起到支撐、引領與推動作用。21世紀以來，我國力學學科在科技前沿和國家需求的雙重驅動下，為國家科技與教育事業、經濟發展和國防建設做出了重大貢獻，在國際力學界的影響力日益增強。《中國力學2035發展戰略》面向2035年，探討了國際力學學科前沿發展趨勢和將我國建設成國際力學強國的可持續發展策略，深入闡述了力學領域總體及各分支學科的科學意義與戰略價值、發展規律及研究特點，系統分析了力學學科的發展現狀與發展態勢，凝練了力學學科的發展思路與發展方向，并提出了我國相應的優先發展領域和政策建議。
中國力學2035發展戰略 目錄
目錄
總序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xix
**章 力學學科總論/1
**節 科學意義與戰略價值/1
第二節 發展規律與研究特點/12
第三節 發展現狀與發展態勢/18
第四節 總體思路與發展方向/27
第五節 資助機制與政策建議/37
第二章 動力學與控制/49
**節 科學意義與戰略地位/49
第二節 發展規律與研究特點/51
第三節 發展現狀與發展態勢/60
第四節 發展思路與發展方向/72
第三章 固體力學/77
**節 科學意義與戰略地位/77
第二節 發展規律與研究特點/79
第三節 發展現狀與發展態勢/93
第四節 發展思路與發展方向/111
第四章 流體力學/119
**節 科學意義與戰略地位/119
第二節 發展規律與研究特點/121
第三節 發展現狀與發展態勢/134
第四節 發展思路與發展方向/152
第五章 交叉力學/158
**節 科學意義與戰略地位/158
第二節 發展規律與研究特點/160
第三節 發展現狀與發展態勢/167
第四節 發展思路與發展方向/192
參考文獻/199
關鍵詞索引/202
總序/i
前言/vii
摘要/xi
Abstract/xix
**章 力學學科總論/1
**節 科學意義與戰略價值/1
第二節 發展規律與研究特點/12
第三節 發展現狀與發展態勢/18
第四節 總體思路與發展方向/27
第五節 資助機制與政策建議/37
第二章 動力學與控制/49
**節 科學意義與戰略地位/49
第二節 發展規律與研究特點/51
第三節 發展現狀與發展態勢/60
第四節 發展思路與發展方向/72
第三章 固體力學/77
**節 科學意義與戰略地位/77
第二節 發展規律與研究特點/79
第三節 發展現狀與發展態勢/93
第四節 發展思路與發展方向/111
第四章 流體力學/119
**節 科學意義與戰略地位/119
第二節 發展規律與研究特點/121
第三節 發展現狀與發展態勢/134
第四節 發展思路與發展方向/152
第五章 交叉力學/158
**節 科學意義與戰略地位/158
第二節 發展規律與研究特點/160
第三節 發展現狀與發展態勢/167
第四節 發展思路與發展方向/192
參考文獻/199
關鍵詞索引/202
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中國力學2035發展戰略 節選
**章力學學科總論 力學是關于物質相互作用和運動的科學，研究介質運動、變形、流動的宏觀與微觀過程，揭示上述過程及其與物理學、化學、生物學等過程的相互作用規律。力學為人類認識自然和生命現象、解決實際工程和技術問題提供理論基礎與分析方法，是自然科學知識體系的重要組成部分，對科學技術的眾多分支學科的發展起到支撐、引領與推動作用。我國具有完整的力學學科體系，包含動力學與控制、固體力學、流體力學等主要分支學科，以及生物力學、環境力學、爆炸與沖擊動力學、物理力學等重要交叉學科，對堅持“四個面向”的科技創新具有戰略性支撐作用。 **節科學意義與戰略價值 力學是人類自然認識史上**次科學的理論概括，是眾多自然科學的基石和重要組成部分，帶動了自然學科的全面發展，且不斷推動人類認識論與方法論的進步。力學催生了**次工業革命，開啟了人類大規模利用自然的時代。力學促使人類將認識自然與工程技術相結合，對第二、第三次工業革命及正在發生的技術變革產生了重要推動作用，是支撐現代工程科技的基礎學科。力學是人類科學知識寶庫的重要組成部分，是促進人類文明和進步不可或缺的手段。它具有旺盛的生命力，并不斷自我完善，具有促進學科交叉、探求認知突破、應對復雜與不確定性系統、培養創新型和綜合型人才的重要作用，在支撐社會現代化、增強原始創新能力、保障國家安全等方面具有不可替代性，在國家總體學科布局中占有獨*地位。因此，力學堪稱“理科之先行，工科之基礎”（國家自然科學基金委員會和中國科學院，2012）。力學學科的科學意義和戰略價值可歸納為如下五個方面。 一、力學是一門基礎學科，與自然科學的眾多學科深度交叉與融合，并對各門自然科學的發展起到重要的引導與推動作用 力學是人類*早從生產實踐中獲取經驗并加以歸納、總結和利用的一門自然科學。力學的發展是與人類的文明相伴而行的。17世紀，牛頓力學體系的建立標志著精密科學的建立與近代自然科學的誕生，讓科學掙脫了神學的束縛。列奧納多 達 芬奇（Leonardo da Vinci）說過：“力學是數學科學的天堂，因為，我們在這里獲得數學的成果。”力學的發展始終與數學交織在一起，一種力學理論的誕生與發展往往和相應的一個數學分支相伴產生，兩者彼此滲透、相互促進。許多科學大師既是力學家，又是數學家，甚至在很長的時期內力學與數學被視為不可拆分的一門學科。力學和數學共同支撐起物理學等自然科學的大廈。力學為數學發展提供需求牽引和應用范例，建立在公理化基礎上的力學模型可進行數學演繹，并揭示物理世界的演化規律與內在機理，使力學具有抽象化、嚴密化、普遍化、系統化的特征（趙亞溥，2018）。 18世紀，連續介質力學的形成，使力學進一步發展成為一門內容豐富、體系嚴密并被廣泛應用的基礎科學。力學具有獨立的理論體系和獨*的認識自然規律的方法，從物理學中脫離出來，成為一門獨立學科。阿爾伯特 愛因斯坦（Albert Einstein）評價連續介質力學時說：“除了其偉大實際意義之外，這門科學分支還創造了一些表示工具（如偏微分方程）。對于以后尋求整個物理學新基礎的努力而言，這些工具都是必需的。”力學學科的基本原理無時無刻不在物理學發展中得到應用。赫爾曼 馮 亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）曾經指出：“所有物理學家都同意這樣的觀點，即物理學的任務在于把自然現象歸結為簡單的力學定律。”量子力學和相對論分別指出了牛頓力學的適用范圍，反映了人們對力學認識的深化，是經典力學在微觀和高速、宇觀領域的衍生。力學曾經推動并將繼續推動其他基礎學科包括化學、天文學、地學、生物學等的發展。 在20世紀，力學取得了巨大進步，與其他學科的交叉與融合不僅完備了自身的學科體系，也推動了交叉學科的形成和發展。力學與數學的進一步交叉，提升了對非線性、復雜系統和優化問題的可計算、可量化能力；力學與物理學、化學、材料學、生物學的進一步交叉，拓展了研究對象的多物理場、多尺度和多過程耦合能力，還形成了生物力學、環境力學、爆炸與沖擊動力學、物理力學等新興交叉學科；此外，力學與數學、計算機等學科的交叉，推動了應用數學和計算科學的發展，與物理學、化學、材料科學等學科的交叉推動了納米科技的發展，與生命科學和醫學的交叉孕育了生物醫學工程新學科，與環境與災害研究的交叉推動了環境科學的發展。 21世紀以來，人類面臨著氣候變化、能源短缺、可持續性發展等諸多極具挑戰性的世界難題，而納米、信息、數字等前沿技術的進步催生了新的研究對象和研究手段，對力學提出了超越經典力學研究范圍的新科學問題，涉及非均質復雜介質、極端環境、不確定性、非線性、非定常、非平衡、多尺度和多場耦合、多過程等問題，這必將促使現代力學體系發生新的重大變革。 二、力學是工程科學的基礎，解決工程設計、制造和服役中的關鍵科學問題，對現代工業發展起著不可或缺的支撐作用 艾薩克 牛頓（Isaac Newton）在《自然哲學的數學原理》中指出：“古人從兩個方面來研究力學。一方面是理性的，用論證來精確地進行；另一方面是實用的。一切手藝都屬于實用力學，力學之得名就是這個緣故。”經典力學從解釋科學現象到提高科學認知和促進技術發展，是工業革命的重要推動力。卡爾 馬克思（Karl Marx）曾指出：“力學是大工業的真正科學的基礎。”18～19世紀，萊昂哈德 歐拉（Leonhard Euler）、奧古斯丁 路易斯 柯西（Augustin Louis Cauchy）、喬治 格林（George Green）、西莫恩-德尼 泊松（Simeon-Denis Poisson）等的出色工作，奠定了連續介質力學的基礎。19世紀末20世紀初，經典力學理論體系趨于成熟。以路德維希 普朗特（Ludwig Prandtl）和西奧多 馮 卡門（Theodore von Kármán）等為代表的科學家創立應用力學學派，把對自然的認識與航空航天等新興工業的發展緊密結合起來，為近代力學的發展開辟了新天地。在工程需求的牽引下，力學按其自身邏輯進一步演化，幾乎與所有工程領域結合并進行滲透，形成了力學的各個學科分支，成為許多現代工業的基石，結合范圍廣、應用多、成效高。 在工程需求的牽引下，應用力學研究率先進入非線性科學世界，揭示了邊界層、激波、旋渦、湍流、薄殼失穩、混沌等一系列新現象、新規律、新機理。普朗特提出的邊界層理論和升力線理論，解決了現代飛機設計關鍵問題；卡門帶領一批學術精英，發展了可壓縮空氣動力學，克服了聲障和熱障，奠定了航空航天工業的基礎，推動了應用力學的全面發展。20世紀50年代，斷裂力學和損傷力學的發展，深刻改變了傳統強度設計的觀點，其成果被廣泛地應用于航空、航天、機械、土木、核能等眾多工程領域。結構力學與波動力學的發展，突破了在地震多發區不能建設高層建筑的禁區，產生了巨大的經濟和社會效益。20世紀60年代，非線性科學取得了突破性進展。對分岔、混沌等現象及其機制的深入研究，促使人類的自然觀再一次發生重大變化。此外，力學家及時預見到計算將成為科學研究的重要途徑，提出了有限元方法，并發展了計算力學學科。這不僅使數值模擬成為繼理論、實驗之后的又一重要研究范式，還把力學分析方法和工具普及至各個工程領域。 在我國，錢學森等科學家繼承和弘揚了應用力學學派的學術思想，提出必須建立一門介于自然科學和工程技術之間的學科——工程科學（技術科學），以加速科學與工程的結合，而力學正是科學與工程結合的橋梁，是工程科學中做出巨大貢獻的代表學科。 百年來的社會發展需求和實踐表明，力學不僅是航空、航天等工程的先導，而且還與能源、環境、海洋、石油、化工、土木、機械、交通、材料、信息、生物醫學工程等諸多領域有緊密聯系，發揮了重要作用且處于核心地位。 三、力學具有鮮明的普適性和系統性特征，揭示自然界與工程技術中*基本的作用規律與機制，培養杰出的工程科學人才 “力，刑（形）之所以奮也。”力學關注自然界*基本、*普遍的作用。在科學認識論方面，牛頓力學是自然規律因果論和確定論思想的重要來源和直接證據；反映初始擾動敏感性的混沌理論，則是認識論的又一飛躍。力學所建立的“觀察—實驗—理論”科學方法開創了現代科學研究的重要范式。力學研究善于從復雜的現象中洞察事物本質，又能尋找解決問題的合適的數學途徑，逐漸形成一套特有的方法。例如，力學家所發展的量綱分析是一種具有普遍意義的研究方法，不僅可以指導實驗，還可以從紛繁復雜的現象中識別主次因素。力學家善于結合理論和實驗，由表象到本質，由現象到機理，由定性到定量，解決了自然科學和工程技術中的許多關鍵科學問題。 現代科學發展的一個趨勢是“分化”，以具體物質對象為客體的學科越分越細，導致了對科學研究進行分門別類劃分的現象。然而，力學并不局限于某一具體客體，而是尋求力學原理的不同形式以及不同條件下的一般原理，并將一般原理推廣應用于各種不同的復雜情形，增進對復雜體系或系統的認識，進而成為一門橫貫眾多自然科學與工程技術的學科。
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