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1 力学的过去于现在 数学、物理学、化学、力学、天文学、地理学及生物学统称为七大自然科学。力学是七大自然学科之一。力学是一门独立的、系统的学科。 它是一切研究对象的受力和受力效应的规律及其应用的学科的总称。力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水等器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。 古代人还从对日、月运行的观察和弓箭、车轮等的使用中，了解一些简单的运动规律，如匀速的移动和转动。但是对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐渐有了正确的认识。 伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。牛顿继承和发展前人的研究成果(特别是开普勒的行星运动三定律)，提出物体运动三定律。伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。 此后，力学的研究对象由单个的自由质点，转向受约束的质点和受约束的质点系。这方面的标志是达朗贝尔提出的达朗贝尔原理，和拉格朗日建立的分析力学。其后，欧拉又进一步把牛顿运动定律用于刚体和理想流体的运动方程，这看作是连续介质力学的开端。 运动定律和物性定律这两者的结合，促使弹性固体力学基本理论和粘性流体力学基本理论孪生于世，在这方面作出贡献的是纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人。弹性力学和流体力学基本方程的建立，使得力学逐渐脱离物理学而成为独立学科。 从牛顿到汉密尔顿的理论体系组成了物理学中的经典力学。在弹性和流体基本方程建立后，所给出的方程一时难于求解，工程技术中许多应用力学问题还须依靠经验或半经验的方法解决。这使得19世纪后半叶，在材料力学、结构力学同弹性力学之间，水力学和水动力学之间一直存在着风格上的显著差别。 20世纪初，随着新的数学理论和方法的出现，力学研究又蓬勃发展起来，创立了许多新的理论，同时也解决了工程技术中大量的关键性问题，如航空工程中的声障问题和航天工程中的热障问题等。 这时的先导者是普朗特和卡门，他们在力学研究工作中善于从复杂的现象中洞察事物本质，又能寻找合适的解决问题的数学途径，逐渐形成一套特有的方法。从20世纪60年代起，计算机的应用日益广泛，力学无论在应用上或理论上都有了新的进展。到现在为止，工程力学已发展成一门具备完整的学科结构和体系的学科。工程力学是机械工程、土木工程、道路桥梁、航空航天工程、材料工程等的基础，在人类的实践活动中无处不在，并且深刻地影响着人类的实践活动。2 力学与土木工程 1 土木工程的发展历程 从新石器时代改善巢居穴处的条件开始，到17世纪中叶前，是土木工程从萌芽到发达的时期。随着古代文明的发展和社会进步，创造了无数伟大工程建设，成为灿烂古代文化的重要组成部分。但受到社会经济条件的限约，发展很不平衡。在中国，殷商西周之际已发展了独具风格的木结构和夯土技术。战国时期李冰父子修建的都江堰，是世界上最早的综合性大型水利工程。西周初期制造出瓦，战国时制造出砖（砖瓦的出现使土木工程技术得到飞速的发展，被称为土木工程的第一次飞跃），营建了规模宏大的阿房宫、未央宫。在地下墓室的修建中砖砌拱券的技术已很成熟，还建造了世界奇迹的军事防卫工程——长城。隋唐之际，开大运河、建赵州桥，也都位于当时世界土木工程技术的前列。建于辽代的佛宫寺释迦塔（应县木塔），标志着中国古代木结构技术达到出神入化的水平。正是在这些技术成就所提供的经验知识的基础上，北宋出现了总结性的著作《营造法式》。在世界，埃及人于公元前27～前26世纪创建了世界上最大的帝王陵墓建筑群——吉萨金字塔，计算准确，施工精细，规模宏大。罗马人在公元前4世纪用拱券技术砌筑下水道、隧道、渡槽。公元前2世纪，用火山灰和石灰的混合物制成的天然混凝土得到广泛应用，有力地推动了古罗马的拱券结构的大发展。如万神庙的圆形正殿屋顶，直径43米，是古代最大的圆顶庙。古罗马的公共建筑类型多，结构设计、施工水平高，已初步建立了土木建筑科学理论，如维特鲁威著《建筑十书》奠定了欧洲土木建筑科学的体系。并对欧洲土木建筑的发展有深远影响。古罗马时期的建筑物虽经常采用拱形，但因为当时还没有对拱这种结构的力学分析，所以他们并不知道如何合理选择尺寸，古罗马建筑中的拱都是跨度较小的半圆拱，而且各部分的尺寸都比现代的拱笨重。 从17世纪中叶到20世纪中叶的300年间，土木工程得到迅猛发展，脱离了经验阶段，形成了学科的理论体系。伽利略和牛顿所阐述的力学原理是近代土木工程发展的起点。土木工程作为一门学科逐步建立起来，法国是它的前驱。1716年法国成立道桥部队，1720年成立交通工程队，1747年创立巴黎桥路学校，培养建造道路、河渠和桥梁的工程师。但这时的工程师却和古罗马时代人一样，继续地凭借经验和臆断来决定构件的尺寸。18世纪下半叶，规模宏大的产业革命，为土木工程提供了性能优良的建筑材料和施工机具。1856年贝塞麦转炉炼钢法发明后，钢材越来越多地应用于土木工程，使土木工程有了第二次飞跃。19世纪20年代波特兰水泥制成后，混凝土的出现给建筑物带来了新的经济、美观的工程结构形式，使土木工程产生了新的施工技术和工程结构设计理论，是土木工程的第三次飞跃。 第二次世界大战后的40多年间，现代科学技术突飞猛进，社会生产力出现了新的飞跃，土木工程进入一个新时代。前20多年土木工程的特点是进一步大规模工业化，后20多年的特点则是现代科学技术对土木工程的进一步渗透。规模极大的工程成为这一时期的代表 ，如西尔斯大厦 （高443米，1974年；美国）、多伦多电视塔（高553米，1975年；加拿大）、亨伯桥（跨度1410米的悬索桥，1980年；英国）、青函海底隧道（长85千米，1988年 ；日本）、杨浦大桥（跨度602米的斜拉桥，1993年；中国）。这些工程适应了社会经济发展的需求，其特征是工程功能化、城市立体化、交通高速化，在这些特征的影响下 ，构成土木工程3要素的材料、施工和设计理论也出现了新趋势 ：材料轻质高强化、施工过程工业化、理论研究精密化。 
结构力学是固体力学的一个分支，它主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科。所谓工程结构是指能够承受和传递外载荷的系统，包括杆、板、壳以及它们的组合体，如飞机机身和机翼、桥梁、屋架和承力墙等。结构力学的任务是：研究在工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎和叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，可以发现它们的强度和刚度不仅与材料有关，而且和它们的造型有密切的关，很多工程结构就是受到天然结构的启发而创制出来的。结构设计不仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、重量轻．减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度大、能耗低。结构力学的发展简史人类在远古时代就开始制造各种器物，如弓箭、房屋、舟楫以及乐器等，这些都是简单的结构。随着社会的进步，人们对于结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，并且积累了经验，这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北京故宫等等。尽管在这些结构中隐含有力学的知识，但并没有形成一门学科。就基本原理和方法而言，结构力学是与理论力学、材料力学同时发展起来的。所以结构力学在发展的初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到19世纪初，由于工业的发展，人们开始设计各种大规模的工程结构，对于这些结构的设计，要作较精确的分析和计算。因此，工程结构的分析理论和分析方法开始独立出来，到19世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。19世纪中出现了许多结构力学的计算理论和方法。法国的纳维于1826年提出了求解静不定结构问题的一般方法。从19世纪30年代起，由于要在桥梁上通过火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。从1847年开始的数十年间，学者们应用图解法、解析法等来研究静定桁架结构的受力分析，这奠定了桁架理论的基础。1864年，英国的麦克斯韦创立单位载荷法和位移互等定理，并用单位载荷法求出桁架的位移，由此学者们终于得到了解静不定问题的方法。基本理论建立后，在解决原有结构问题的同时，还不断发展新型结构及其相应的理论。19世纪末到20世纪初，学者们对船舶结构进行了大量的力学研究，并研究了可动载荷下的粱的动力学理论以及自由振动和受迫振动方面的问题。20世纪初，航空工程的发展促进了对薄壁结构和加劲板壳的应力和变形分析，以及对稳定性问题的研究。同时桥梁和建筑开始大量使用钢筋混凝土材料，这就要求科学家们对钢架结构进行系统的研究，在1914年德国的本迪克森创立了转角位移法，用以解决刚架和连续粱等问题。后来，在20～30年代，对复杂的静不定杆系结构提出了一些简易计算方法，使一般的设计人员都可以掌握和使用了。到了20世纪20年代，人们又提出了蜂窝夹层结构的设想。根据结构的"极限状态"这一概念，学者们得出了弹性地基上粱、板及刚架的设计计算新理论。对承受各种动载荷(特别是地震作用)的结构的力学问题，也在实验和理论方面做了许多研究工作。随着结构力学的发展，疲劳问题、断裂问题和复合材料结构问题先后进入结构力学的研究领域。20世纪中叶，电子计算机和有限元法的问世使得大型结构的复杂计算成为可能，从而将结构力学的研究和应用水平提到了一个新的高度。结构力学的学科体系一般对结构力学可根据其研究性质和对象的不同分为结构静力学、结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论和杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论等。结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，它主要研究工程结构在静载荷作用下的弹塑性变形和应力状态，以及结构优化问题。静载荷是指不随时间变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷。结构静力学是结构力学其他分支学科的基础。结构动力学是研究工程结构在动载荷作用下的响应和性能的分支学科。动载荷是指随时间而改变的载荷。在动载荷作用下，结构内部的应力、应变及位移也必然是时间的函数。由于涉及时间因素，结构动力学的研究内容一般比结构静力学复杂的多。结构稳定理论是研究工程结构稳定性的分支。现代工程中大量使用细长型和薄型结构，如细杆、薄板和薄壳。它们受压时，会在内部应力小于屈服极限的情况下发生失稳(皱损或曲屈)，即结构产生过大的变形，从而降低以至完全丧失承载能力。大变形还会影响结构设计的其他要求，例如影响飞行器的空气动力学性能。结构稳定理论中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。结构断裂和疲劳理论是研究因工程结构内部不可避免地存在裂纹，裂纹会在外载荷作用下扩展而引起断裂破坏，也会在幅值较小的交变载荷作用下扩展而引起疲劳破坏的学科。现在我们对断裂和疲劳的研究历史还不长，还不完善，但断裂和疲劳理论目前得发展很快。在结构力学对于各种工程结构的理论和实验研究中，针对研究对象还形成了一些研究领域，这方面主要有杆系结构理论、薄壁结构理论和整体结构理论三大类。整体结构是用整体原材料，经机械铣切或经化学腐蚀加工而成的结构，它对某些边界条件问题特别适用，常用作变厚度结构。随着科学技术的不断进展，又涌现出许多新型结构，比如20世纪中期出现的夹层结构和复合材料结构。结构力学的研究方法主要有工程结构的使用分析、实验研究、理论分析和计算三种。在结构设计和研究中，这三方面往往是交替进行并且是相辅相成的进行的。使用分析就是在结构的使用过程中，对结构中出现的情况进行分析比较和总结，这是易行而又可靠的一种研究手段。使用分析对结构的评价和改进起着重要作用。新设计的结构也需要通过使用来检验性能。实验研究能为鉴定结构提供重要依据，这也是检验和发展结构力学理论和计算方法的主要手段。实验研究分为三类：模型实验、真实结构部件实验、真实结构实验。例如，飞机地面破坏实验、飞行实验和汽车的碰撞实验等。结构的力学实验通常要耗费较多的人力、物力和财力，因此只能有限度地进行，特别是在结构设计的初期阶段，一般多依靠对结构部件进行理论分析和计算。在固体力学领域中，材料力学为结构力学的发展提供了必要的基本知识，弹性力学和塑性力学又是结构力学的理论基础，另外结构力学还与其它物理学科结合形成许多边缘学科，比如流体弹性力学等。结构力学是一门古老的学科，又是一门迅速发展的学科。新型工程材料和新型工程结构的大量出现，向结构力学提供了新的研究内容并提出新的要求。计算机的发展，为结构力学提供了有力的计算工具。另一方面，结构力学对数学及其他学科的发展也起了推动作用。有限元法这一数学方法的出现和发展就与结构力学的研究有密切关系。
工程力学分为理论力学和材料力学，我们生活与工程力学息息相关，生活中最简单的东西也涉及到力学理论：理论力学在生活中的应用： 理论力学所研究的对象（即所采用的力学模型）为质点或质点系时，称为质点力学或质点系力学；如为刚体时，称为刚体力学。因所研究问题的不同，理论力学又可分为静力学、运动学和动力学三部分。静力学研究物体在力作用下处于平衡的规律。运动学研究物体运动的几何性质。动力学研究物体在力作用下的运动规律。理论力学的重要分支有振动理论、运动稳定性理论、陀螺仪理论、变质量体力学、刚体系统动力学以及自动控制理论等。这些内容，有时总称为一般力学。理论力学与许多技术学科直接有关，如水力学、材料力学、结构力学、机器与机构理论、外弹道学、飞行力学等，是这些学科的基础。在生活中，理论力学经常应用于三角形支架稳定（野外烧锅架）、千斤顶、加油站的屋顶桁架结构、吊车滑轮组结构。各种机械零件和建筑物结构应用最广泛，如铰链连接，塔吊，二力杆等等。同时，在我们生活中最意想不到简单的东西也涉及到理论力学，如指甲刀，剪子这些都是应用杠杆原理。钳子，板子这些也是杠杆原理。滑轮。有一种可以粘在墙上的粘钩，那是用的大气压强。
