兰州理工大学理学院力学学科的介绍 正文

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。
“力学是工程的基础”，力学学科一直是纯理论研究和工程问题的桥梁。所有的工程问题都要建立力学模型进行理论研究，所有的理论研究都要通过力学模型还原于工程。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、流体力学及一般力学。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，主要开展结构在复杂载荷作用下的静动态响应研究。首次建立了精确考虑轴线可伸长的几何非线性理论，给出了Euler-Bernoulli梁和Timoshenko 梁的非线性动力学数学模型；利用现代数学分析与数值电算方法有机结合的手段，全面研究了正交各向异性薄板的热过屈曲和非线性振动响应。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.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。
本研究方向有教学科研人员6人，其中教授2人，副教授2人，讲师2人，博士2人，硕士3人。先后发表学术论文60余篇，其中被SCI/EI/ISTP收录15篇。近五年来分别获得甘肃省自然科学三等奖1项，甘肃省高校科技进步奖一等奖1项、三等奖1项。成果达到国际上该领域的先进水平。本方向研究得到了国家自然科学基金、教育部博士点基金及甘肃省自然科学基金等的资助。
2.复合材料结构力学
主要研究新型复合材料结构的弯曲、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
功能梯度复合材料结构具有在温度梯度剧烈变化环境中缓和热应力，抵抗热变形的特殊作用，成为航空航天、核能工程、石油化工等工程技术领域最具潜力的结构材料。由于其材料性质的非均匀和各向异性，使得其很多静动态的力学行为都不同于一般材料。材料性质的沿厚度方向的连续变化导致描述其力学行为的控制方程为变系数的，尤其是在热环境中，从而对问题的分析求解带来很大困难。该类结构的热弹性力学行为研究已经成为固体力学的热点领域。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
薄膜金属等多孔材料由于重量轻、易加工和力学性能好而得到工程领域的青睐。多孔材料的微结构力学性质较为复杂而且容易出现内孔壁失稳的情况，但是其宏观力学性能往往比较稳定。由于多孔材料的力学特性相比一般材料差异很大，夹层结构的本构描述、变形特点假设，研究的方法等问题都需要重新探讨。以多孔材料为加芯层合结构的静动态力学行为研究具有重大意义。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。
本研究方向有教学科研人员6人，其中教授3人，副教授2人，讲师1人,博士3人，硕士3名。近五年，研究工作得到国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金、甘肃省教育厅基金项目等多项基金资助。发表学术论文30余篇，其中被SCI/EI/ISTP收录10篇，培养了多名硕士研究生。
3.新型材料的多物理场耦合力学
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Journal of Applied Physics上。当然，对“人工肌肉”，还有大量力学问题有待解决。
(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的断裂问题的研究。
该方向有教学科研人员7名，其中教授1名，副教授3名，讲师1名，博士4名，硕士3名。围绕以上方向，已在国内外学术刊物上发表论文40余篇，其中被SCI/EI/ISTP索引的论文有20余篇。培养了多名硕士研究生。研究工作受到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、甘肃省自然科学基金等的资助，项目资助近10项。该方向的学术带头人为甘肃省力学学会副理事长，兰州大学博士后，哈佛大学访问学者，国家自然科学基金数理力学部力学学科通讯评议专家。
三、学术团队成员和科研项目
工程力学教学部共有教师22人，其中教授6人，副教授（高级工程师）8人，讲师3人，具有博士学位8人。
本学科梯队现有成员19人，正高级职称6人（博导2人），副高职职称7人，其中具有博士学位的9人。团队人员中硕士以上学位18人。已经形成一支老中青结合、职称结构、学历结构分布比较合理的教学科研队伍。其中3人是《Int J. of Applied Mechanics》、《Applied Mathematical Modelling》等国际期刊的审稿人。力学学科成员均为甘肃省力学学会会员。本学科先后成功承办了第十一届全国现代数学和力学等学术会议以及数学力学物理学高新技术交叉研究学会第十三届学术年会。
在科学研究方面，已完成国家自然科学基金2项，省级项目6项。在研国家自然科学基金3项，联合研究国家自然科学基金2项，参加研究国家973项目1项，省级项目5项。发表的论文已被SCI、EI检索的近40篇。

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