蘭州理工大學(xué)理學(xué)院力學(xué)學(xué)科的介紹 正文

一、學(xué)科概況
我校力學(xué)學(xué)科的發(fā)展起始于1976 年招收的力學(xué)師資班。進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著西部大開(kāi)發(fā)的步伐加快，國(guó)家基本建設(shè)力度進(jìn)一步加大，1998年工程力學(xué)獲碩士學(xué)位授予權(quán)，并于2003 年增設(shè)理論與應(yīng)用力學(xué)本科專業(yè)，2008年理論與應(yīng)用力學(xué)本科專業(yè)取消，同年增設(shè)工程力學(xué)本科專業(yè)，2006年固體力學(xué)獲碩士學(xué)位授予權(quán)，目前已有力學(xué)一級(jí)學(xué)科碩士授權(quán)點(diǎn)。
“力學(xué)是工程的基礎(chǔ)”，力學(xué)學(xué)科一直是純理論研究和工程問(wèn)題的橋梁。所有的工程問(wèn)題都要建立力學(xué)模型進(jìn)行理論研究，所有的理論研究都要通過(guò)力學(xué)模型還原于工程。近年來(lái), 我校力學(xué)學(xué)科在學(xué)術(shù)梯隊(duì)、學(xué)位點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)室等建設(shè)上都已具備了良好的工作基礎(chǔ)，部分領(lǐng)域的研究成果已達(dá)到國(guó)際或國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，具有一支學(xué)術(shù)水平較高、結(jié)構(gòu)比較合理的學(xué)術(shù)梯隊(duì)，該學(xué)科不僅對(duì)其他工科專業(yè)建設(shè)起到重要支撐作用, 而且對(duì)本科教學(xué)也起到很好的推動(dòng)作用。
二、學(xué)科研究方向和特色
力學(xué)學(xué)科現(xiàn)已涵蓋了固體力學(xué)、流體力學(xué)及一般力學(xué)。力學(xué)學(xué)科在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、人才培養(yǎng)、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面都發(fā)揮了巨大作用。特別在基礎(chǔ)研究方面，主要開(kāi)展結(jié)構(gòu)在復(fù)雜載荷作用下的靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究。首次建立了精確考慮軸線可伸長(zhǎng)的幾何非線性理論，給出了Euler-Bernoulli梁和Timoshenko 梁的非線性動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型；利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析與數(shù)值電算方法有機(jī)結(jié)合的手段，全面研究了正交各向異性薄板的熱過(guò)屈曲和非線性振動(dòng)響應(yīng)。逐漸形成了結(jié)構(gòu)非線性力學(xué)、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)、新型材料的多物理場(chǎng)耦合力學(xué)等3個(gè)研究方向。
1.結(jié)構(gòu)非線性力學(xué)
由于結(jié)構(gòu)大變形導(dǎo)致的幾何非線性和材料本構(gòu)關(guān)系的物理非線性，使得描述結(jié)構(gòu)宏觀力學(xué)行為的控制方程成為非線性的。該方向主要研究結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的非線性靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)。研究工作主要包括：
(1) 結(jié)構(gòu)大變形研究
基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的基本理論，考慮非線性效應(yīng)，建立具體問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，研究非線性問(wèn)題的分析和求解方法，采用現(xiàn)代數(shù)學(xué)分析手段及數(shù)值計(jì)算方法尋求解析解或數(shù)值解。近年來(lái)，已在結(jié)構(gòu)的非線性彎曲、振動(dòng)和穩(wěn)定性等方面開(kāi)展了系列研究工作。首次精確考慮軸線可伸長(zhǎng)的幾何非線性，建立了彈性梁非線性力學(xué)精確模型，研究了保守載荷和隨動(dòng)載荷作用下梁的大變形問(wèn)題、熱彈性穩(wěn)定性和振動(dòng)響應(yīng)；在板殼研究方面考慮剪切變形的影響，得到了中厚度板殼構(gòu)件在熱-機(jī)載荷作用下的非線性力學(xué)行為的系列成果。
(2) 嵌入新材料結(jié)構(gòu)研究
基于各向異性復(fù)合材料理論和等應(yīng)變假設(shè)，研究嵌入形狀記憶合金絲和壓電層結(jié)構(gòu)的非線性靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。分別考慮嵌入材料和基體材料的本構(gòu)關(guān)系，采用等效單層板理論，分析了嵌入的新材料對(duì)結(jié)構(gòu)非線性靜態(tài)變形與應(yīng)力的影響，研究此類結(jié)構(gòu)在熱環(huán)境中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
(3) 瞬態(tài)熱彈性研究
基于三維熱彈性理論，采用狀態(tài)空間法和打靶法相結(jié)合的數(shù)值方法，分析了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的熱沖擊問(wèn)題。求解了熱沖擊時(shí)結(jié)構(gòu)中三維熱應(yīng)力分布形式，以及彈性沖擊波在復(fù)合材料介質(zhì)的傳播特征。
本研究方向有教學(xué)科研人員6人，其中教授2人，副教授2人，講師2人，博士2人，碩士3人。先后發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇，其中被SCI/EI/ISTP收錄15篇。近五年來(lái)分別獲得甘肅省自然科學(xué)三等獎(jiǎng)1項(xiàng)，甘肅省高?？萍歼M(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)1項(xiàng)。成果達(dá)到國(guó)際上該領(lǐng)域的先進(jìn)水平。本方向研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部博士點(diǎn)基金及甘肅省自然科學(xué)基金等的資助。
2.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)
主要研究新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的彎曲、振動(dòng)和穩(wěn)定性等宏觀力學(xué)行為，其中包括功能梯度材料結(jié)構(gòu)和多孔固體芯材夾層結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。
(1) 功能梯度復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研究
功能梯度復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有在溫度梯度劇烈變化環(huán)境中緩和熱應(yīng)力，抵抗熱變形的特殊作用，成為航空航天、核能工程、石油化工等工程技術(shù)領(lǐng)域最具潛力的結(jié)構(gòu)材料。由于其材料性質(zhì)的非均勻和各向異性，使得其很多靜動(dòng)態(tài)的力學(xué)行為都不同于一般材料。材料性質(zhì)的沿厚度方向的連續(xù)變化導(dǎo)致描述其力學(xué)行為的控制方程為變系數(shù)的，尤其是在熱環(huán)境中，從而對(duì)問(wèn)題的分析求解帶來(lái)很大困難。該類結(jié)構(gòu)的熱彈性力學(xué)行為研究已經(jīng)成為固體力學(xué)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。近年來(lái)，本方向考慮材料的梯度變化、物理性質(zhì)的溫度依賴性、剪切變形等因素的影響，研究了變溫環(huán)境中功能梯度材料梁、板、殼結(jié)構(gòu)在機(jī)械載荷作用下的非線性變形問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題及其動(dòng)態(tài)力學(xué)行為。該研究已形成了穩(wěn)定的研究方向，取得系列研究成果。
(2) 多孔材料加芯夾層結(jié)構(gòu)研究
薄膜金屬等多孔材料由于重量輕、易加工和力學(xué)性能好而得到工程領(lǐng)域的青睞。多孔材料的微結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜而且容易出現(xiàn)內(nèi)孔壁失穩(wěn)的情況，但是其宏觀力學(xué)性能往往比較穩(wěn)定。由于多孔材料的力學(xué)特性相比一般材料差異很大，夾層結(jié)構(gòu)的本構(gòu)描述、變形特點(diǎn)假設(shè)，研究的方法等問(wèn)題都需要重新探討。以多孔材料為加芯層合結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究具有重大意義。本方向目前考慮多孔材料的宏觀物理性質(zhì)及其非均勻性，在剪切理論下對(duì)泡沫金屬夾芯層合結(jié)構(gòu)的非線性靜態(tài)力學(xué)行為進(jìn)行了研究，取得部分有意義的研究成果。
本研究方向有教學(xué)科研人員6人，其中教授3人，副教授2人，講師1人,博士3人，碩士3名。近五年，研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、甘肅省自然科學(xué)基金、甘肅省教育廳基金項(xiàng)目等多項(xiàng)基金資助。發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，其中被SCI/EI/ISTP收錄10篇，培養(yǎng)了多名碩士研究生。
3.新型材料的多物理場(chǎng)耦合力學(xué)
本方向主要研究新型材料如壓電材料、電磁材料、電活性聚合物、超導(dǎo)材料等在電、磁、熱、彈等多物理場(chǎng)耦合作用下的靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為新型材料結(jié)構(gòu)在工程實(shí)際中的功能性設(shè)計(jì)及安全性設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。主要的研究工作包括：
(1) 基于熱波理論的廣義電磁熱彈耦合問(wèn)題研究
代表性的研究工作有：提出了混合拉普拉斯-有限元方法，成功求解了壓電板的壓電熱彈耦合問(wèn)題；給出了半無(wú)限大體磁熱彈耦合問(wèn)題的解析解；研究了材料屬性隨溫度變化彈性體的熱彈耦合問(wèn)題；研究了旋轉(zhuǎn)體的廣義熱彈耦合問(wèn)題等。研究成果受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)同行的關(guān)注。該方向?qū)倌壳肮腆w力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)方向。
(2) 電活性聚合物薄膜非線性變形研究
電活性聚合物屬高分子聚合物，有“人工肌肉”的美譽(yù)。目前，針對(duì)該類材料的非線性大變形已作了卓有成效的研究工作，近期成功解決了美國(guó)人工肌肉公司開(kāi)發(fā)的一款萬(wàn)能肌肉作動(dòng)器的力學(xué)響應(yīng)問(wèn)題，研究成果發(fā)表在國(guó)際重要學(xué)術(shù)刊物Journal of Applied Physics上。當(dāng)然，對(duì)“人工肌肉”，還有大量力學(xué)問(wèn)題有待解決。
(3) 超導(dǎo)材料的交流損耗及斷裂問(wèn)題研究
采用局部絕熱假定從磁熱相互作用的角度考慮臨界電流密度非均勻分布效應(yīng)對(duì)磁通跳躍和交流損耗的影響，并對(duì)高溫超導(dǎo)薄膜的磁場(chǎng)和電流密度的分布及其損耗情況進(jìn)行了研究，得到了一些有較高學(xué)術(shù)價(jià)值的研究結(jié)果。目前同時(shí)也在進(jìn)行超導(dǎo)材料的斷裂問(wèn)題的研究。
該方向有教學(xué)科研人員7名，其中教授1名，副教授3名，講師1名，博士4名，碩士3名。圍繞以上方向，已在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文40余篇，其中被SCI/EI/ISTP索引的論文有20余篇。培養(yǎng)了多名碩士研究生。研究工作受到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、甘肅省自然科學(xué)基金等的資助，項(xiàng)目資助近10項(xiàng)。該方向的學(xué)術(shù)帶頭人為甘肅省力學(xué)學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，蘭州大學(xué)博士后，哈佛大學(xué)訪問(wèn)學(xué)者，國(guó)家自然科學(xué)基金數(shù)理力學(xué)部力學(xué)學(xué)科通訊評(píng)議專家。
三、學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)成員和科研項(xiàng)目
工程力學(xué)教學(xué)部共有教師22人，其中教授6人，副教授（高級(jí)工程師）8人，講師3人，具有博士學(xué)位8人。
本學(xué)科梯隊(duì)現(xiàn)有成員19人，正高級(jí)職稱6人（博導(dǎo)2人），副高職職稱7人，其中具有博士學(xué)位的9人。團(tuán)隊(duì)人員中碩士以上學(xué)位18人。已經(jīng)形成一支老中青結(jié)合、職稱結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)分布比較合理的教學(xué)科研隊(duì)伍。其中3人是《Int J. of Applied Mechanics》、《Applied Mathematical Modelling》等國(guó)際期刊的審稿人。力學(xué)學(xué)科成員均為甘肅省力學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員。本學(xué)科先后成功承辦了第十一屆全國(guó)現(xiàn)代數(shù)學(xué)和力學(xué)等學(xué)術(shù)會(huì)議以及數(shù)學(xué)力學(xué)物理學(xué)高新技術(shù)交叉研究學(xué)會(huì)第十三屆學(xué)術(shù)年會(huì)。
在科學(xué)研究方面，已完成國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，省級(jí)項(xiàng)目6項(xiàng)。在研國(guó)家自然科學(xué)基金3項(xiàng)，聯(lián)合研究國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，參加研究國(guó)家973項(xiàng)目1項(xiàng)，省級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)。發(fā)表的論文已被SCI、EI檢索的近40篇。

蘭州理工大學(xué)

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