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力学:现代工程技术的基石

力学:现代工程技术的基石

2012-09-05 12:01:35

  力学为人类进步贡献良多

  在上世纪结束之际,美国工程院曾评出20世纪对人类社会影响最大的20项技术,其中许多关键技术的解决离不开力学研究者的贡献。以排在前3位的电力系统技术、汽车制造技术和航空技术为例,就单从动力系统来说,20世纪后50年,力学设计的改进和优化导致包括叶轮机、汽车发动机和喷气发动机的效率大幅度提高,排气污染明显减少。钱学森曾经指出:“这个时代,力学工作者对新兴的航空技术和航天技术震撼世界的成果,作出了巨大的贡献,他们是时代的英雄。”

  第23届世界力学家大会颁发了国际力学界的两项大奖:流体力学的巴彻勒奖和固体力学的希尔奖。该奖项每4年评选一次,以表彰在过去10年中在力学研究领域中作出杰出贡献的学者。荷兰特文特大学D Lohse教授和美国布朗大学高华健教授分别获得了这两项大奖。大会发表的学术论文表明,力学工作者所需要解决的问题既涉及科学的基础理论,又有着重要的工程应用背景,这正是力学研究的魅力所在。力学的研究有着辉煌的过去和现在,也必将有着更加美好的未来。

  延伸阅读

  无处不在的力学

  塔科马大桥为什么会垮塌

  悬索桥尽管有悠久的历史,但是现代大跨度悬索桥的发展有过惨痛的教训。1940年7月1日美国西北部的华盛顿州建成了横跨塔科马海峡的塔科马大桥,它是一座全长853米的悬索桥。通车后仅仅过了4个月,在20米/秒的风速下,塔科马大桥开始晃动,振幅越来越大,最终彻底垮塌。

  世界著名空气动力学家,古根海姆航空实验室主任冯·卡门是事故调查组的成员。他在加州理工学院的风洞中进行的吹风试验表明,当风横吹过大桥时,在一定的风速范围内,越过大桥的气流中会周期性地产生两串平行反向涡旋。它对桥梁产生了周期性的作用力,当作用力的频率与大桥的固有频率接近时,所产生的机械共振现象导致了大桥的垮塌。

  这次严重事故的出现使得桥梁工程在结构设计中开始认识到空气动力学的重要,此后所有的大桥以及重要的超高层建筑的设计方案必须经过风洞模型试验的安全验证。

  摩天大厦上的风阻尼器

  台湾高达508米的101大楼,在第88-92层之间可以看到用钢索悬挂着一个重达730吨的黄色球体,它的主要功能是在台风或地震出现时吸收101大楼顶部过度摆动的能量,增加大楼的稳定性,这是一个根据力学原理设计的世界上最大的巨型风阻尼器。

  高492米的上海环球金融中心大楼在90层也设置了两台风阻尼器,各重150吨,以减少大楼由于强风引起的摆动。

  “蛟龙号”为何能潜7000米

  我国的“蛟龙号”载人潜水器,它的设计最大下潜深度为7000米,每平方米要承受高达7000吨的压力。如此巨大的压力,足以使通常的钢结构板壳破裂。“蛟龙号”必须使用特殊的抗压结构和材料,经过严格的力学分析和试验,以确保它运行的安全性。

  穿甲弹、战斗机、导弹和力学

  力学在国防工业中也扮演着重要的角色。从穿甲弹穿透能力的研究到原子弹爆轰波破坏力的分析,都需要力学工作者的参与。

  20世纪40年代,战斗机飞行速度突破声障的成功,得益于空气动力学和气动弹性力学的研究成果。当飞机的速度超过声速时,空气受到压缩后在头部会形成激波,激波的出现会导致飞行阻力的增加,如何减小激波阻力,离不开空气动力学和激波动力学的研究。

  在我国“两弹一星”的元勋中,钱学森、周培源、郭永怀、钱伟长等都是国际著名的力学家。钱学森更是被誉为中国航天事业的奠基人和中国火箭、导弹之父。(新华网)

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