流体力学是连续介质力学的一门分支.doc

流体力学是连续介质力学的一门分支，是研究流体（包含气体及液体）现象以及相关力学行为的科学。可按研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学，还可按应用范围分为水力学，空气动力学等等。理论流体力学的基本方程是纳维-斯托克斯方程，简称N-S方程。纳维-斯托克斯方程由一些微分方程组成，通常只有通过一些边界条件或者通过数值计算的方式才可以求解。它包含速度、压强p、密度、黏度，和温度T等变量，而这些都是位置(x,y,z) 和时间t的函数。通过质量守恒、能量守恒和动量守恒，以及热力学方程 f(,p,T)和介质的材料性质我们可以确定这些变量。和连续介质力学的关系以下是流体力学和连续介质力学的关系连续介质力学：研究连续介质的物理学固体力学：研究固体连续介质（不受力时有固定的形状）的物理学弹性理论：其固体在受到应力作用后，会恢复原来的形状塑性理论：固体在受到相当大的应力后，产生的永久变形流变学：研究在外力作用下，物体的变形和流动流体力学：研究流体连续介质（其形状随容器而变化）的物理学非牛顿流体牛顿流体流体力学的基本假设流体力学有一些基本假设，基本假设以方程式的形式表示。例如，在三维的不可压缩流体中，质量守恒的假设的方程式如下：在任意闭曲面（例如球体）中，由曲面进入闭曲面内的质量速率，需和由曲面离开闭曲面内的质量速率相等。（换句话说，曲面内的质量为定值，曲面外的质量也是定值）以上方程式可以用曲面上的积分式表示。流体力学假设所有流体满足以下的假设： 质量守恒 动量守恒 连续体假设在流体力学中常会假设流体是不可压缩流体，也就是流体的密度为一定值。液体可以算是不可压缩流体，气体则不是。有时也会假设流体的黏度为零，此时流体即为非黏性流体。气体常常可视为非黏性流体。若流体黏度不为零，而且流体被容器包围（如管子），则在边界处流体的速度为零。流体力学的分支编辑 流体静力学 静态液体的压力分布 容器壁的受力 自由表面的形成 静浮力 浮力定律 浮动物体的稳定性考虑 不可压缩流体内的压力变化 静态可压缩流体的压力随高度之变化 标准的大气 使被局限流体保持静态的表面力效应 静态不可压缩流体之潜浸表面上的液体静态作用力 力作用于平面上的问题 潜浸曲面上之流体静态作用力编辑 流体动力学 流动种类 o 定常流动o 非定常流动 流动形态 o 层流o 紊流 流动稳定性 o 不可压缩流动o 可压缩流动o 粘性流动o 无粘流动 有势流动 漩涡流动 流线理论 管流 边界层流动 相似性理论 多相流动编辑 流体力学应用领域 造船工程学 航空工程学 热传学 大气科学 河川工程学 应用力学结构力学科技名词定义中文名称：结构力学 英文名称：structural mechanics 定义：研究工程结构在外来因素作用下的强度、刚度和稳定性的学科。 应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科） 结构力学(Structural Mechanics)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。结构力学研究的内容包括结构的组成规则，结构在各种效应（外力，温度效应，施工误差及支座变形等）作用下的响应，包括内力（轴力，剪力，弯矩，扭矩）的计算，位移（线位移，角位移）计算，以及结构在动力荷载作用下的动力响应（自振周期，振型）的计算等。 结构力学通常有三种分析的方法：能量法，力法，位移法，由位移法衍生出的矩阵位移法后来发展出有限元法 ，成为利用计算机进行结构计算的理论基础。结构力学的任务研究在工程结构（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。）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系，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世纪中期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梁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梁等问题。后来，在2030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梁、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。 结构动力学结构力学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。 其它力学分支学科静力学、动力学、流体力学、分析力学、运动学、固体力学、材料力学、复合材料力学、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学、磁流体力学、空气动力学、理论力学、物理力学、天体力学、生物力学、计算力学 主要物理学分支 物理学概览、力学、热学、光学、声学、电磁学、核物理学、固体物理学理论力学理论力学是机械运动及物体间相互机械作用的一般规律的学科，也称经典力学。是力学的一部分，也是大部分工程技术科学理论力学的基础。其理论基础是牛顿运动定律，故又称牛顿力学。20世纪初建立起来的量子力学和相对论，表明牛顿力学所表述的是相对论力学在物体速度远小于光速时的极限情况，也是量子力学在量子数为无限大时的极限情况。对于速度远小于光速的宏观物体的运动，包括超音速喷气飞机及宇宙飞行器的运动，都可以用经典力学进行分析。英文名称Engineering Mechanics（工科）Classical Mechanics（理科） 基本概况理科理论力学从变分法出发，最早由拉格朗日分析力学作为开端，引出的拉格朗日力学体系、哈密顿力学体系、哈密顿-雅克比理论等。是理论物理学的基础学科。 工科理论力学是研究物体的机械运动及物体间相互机械作用的一般规律的学科。同时理论力学是一门理论性较强的技术基础课，随着科学技术的发展，工程专业中许多课程均以理论力学为基础。 工科 理论力学研究示意图理论力学遵循正确的认识规律进行研究和发展。人们通过观察生活和生产实践中的各种现象，进行多次的科学试验，经过分析、综合和归纳，总结出力学的最基本的理论规律。基本概念和方法运动学中关于运动的量度，对于点有速度与加速度，对于刚体有移动的速度与加速度,转动的角速度与角加速度。 物体间的相互机械作用的基本量度是力，理论力学中还广泛用到力对点之矩和力对轴之 理论力学矩的概念。物体运动的改变除与作用力有关外，还与本身的惯性有关。对于质点,惯性的量度是其质量。对于刚体，除其总质量外，惯性还与质量在体内的分布状况有关，即与质心位置及惯性矩、惯性积有关。刚体对于三个互相垂直的坐标轴的各惯性矩及惯性积组成刚体对该坐标系的惯性张量。 动力学中关于运动的量度有动量、动量矩和动能，与此有关的力的作用的量度有冲量、冲量矩和功。表明这两种量度间的关系的定理，有动量定理、动量矩定理以及动能定理，称为动力学普遍定理。 理论力学的基础是牛顿三定律：第一定律即惯性定律；第二定律给出了质点动力学基本方程；第三定律即作用与反作用定律，在研究质点系力学问题时具有重要作用。第一、第二定律对于惯性参考系成立。在一般问题中，与地球固结的参考系或相对于地面作惯性运动的参考系，可近似地看作惯性参考系。 研究非自由质点系的平衡和运动的较有效方法是力学的变分原理，其中有虚位移原理、达朗伯原理、哈密顿原理等。在解题时广泛应用了由此推出的运动微分方程,其中有拉格朗日方程、哈密顿正则方程、哈密顿-雅可比方程等。 学科内容 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、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。 课程内容静力学基本公理，约束与约束力，平面任意力系的简化与平衡，物体系的平衡，平面 理论力学简单桁架内力计算方法，静定与超静定的概念，空间力系的简化与平衡，滑动摩擦与滚动摩擦。 研究的问题：物体的受力分析；力系的简化；力系的平衡及其运用。 运动学点的运动合成，科氏加速度，刚体平面运动的速度分析方法，刚体平面运动的加速度分析方法。 研究的问题：建立物体运动的描述方法；确定物体运动的有关特征量，例如：运动轨迹、速度、加速度，刚体的角速度及其角加速度等。 动力学基本概念，动量定理，质心运动定理，刚体对于定点的动量矩定理，刚体对于质心的动量矩定理，刚体平面运动微分方程，动能、势能、动能定理，达朗贝尔原理，虚位移原理及其在静力分析中的应用。单自由度系统振动方程与振动特征量。 动力学可分为质点动力学和质点系动力学。研究问题包括对物体的受力分析，建立物体机械运动的普遍规律。 学习目的理论力学是一门理论性很强的技术基础课，是材料力学，结构力学，弹性力学，流体力学等课程的基础和前提。理论力学与工程技术有着比较紧密的联系。某些实际工程可以直接用理论力学得到解决，有些复杂问题需要理论力学与其他专业知识联合求解。通过理论力学的学习一方面要学习其中的具体的力学知识，还要学习其中的辩证唯物主义思想，提高我们全面分析问题、综合利用理论和求解问题的能力，为以后的社会实践，及其科学研究创造条件。材料力学中文名称：材料力学 英文名称：mechanics of materials 定义：研究工程结构中材料的强度和构件承载力、刚度、稳定的学科。 应用学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科） 材料力学(mechanics of materials)是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。学习材料力学一般要求学生先修高等数学和理论力学。材料力学与理论力学、结构力学并称三大力学。材料力学的任务1. 研究材料在外力作用下破坏的规律 ； 2. 为受力构件提供强度，刚度和稳定性计算的理论基础条件； 3. 解决结构设计安全可靠与经济合理的矛盾。 材料力学基本假设 1、连续性假设组成固体的物质内毫无空隙地充满了固体的体积： 2、均匀性假设在固体内任何部分力学性能完全一样： 3、各向同性假设材料沿各个不同方向力学性能均相同： 4、小变形假设变形远小于构件尺寸，便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算研究。 在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这就催生了材料力学。运用材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。在材料力学中，将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体，但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。材料在机构中会受到拉伸或压缩、弯曲、剪切、扭转及其组合等变形。根据胡克定律(Hookes law)，在弹性限度内，材料的应力与应变成线性关系。 大事记1 独立学科的标志及杆件的拉伸问题 通常认为，意大利科学家伽利略（Galileo）关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明书的发表（1638年）是材料力学开始形成一门独立学科的标志。在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析方法确定构件的尺寸，讨论的第问题是直杆轴向拉伸问题，得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的正确结论。 2 梁的弯曲问题 在关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明一书中，伽利略讨论的第二个问题是梁的弯曲强度问题。按今天的科学结论，当时作者所得的弯曲正应力公式并不完全正确，但该公式已反映了矩形截面梁的承载能力和bh2（b、h分别为截面的宽度和高度）成正比，圆截面梁承载能力和d3（d为横截面直径）成正比的正确结论。对于空心梁承载能力的叙述则更为精彩，他说，空心梁“能大大提高强度而无需增加重量，所以在技术上得到广泛的应用。在自然界就更为普遍了。这样的例子在鸟类的骨骼和各种芦苇中可以看到，它们既轻巧，而又对弯曲和断裂具有相当高的抵抗能力”。 梁在弯曲变形时，沿长度方向的纤维中有一层既不伸长也不缩短者，称为中性层。早在1620年荷兰物理学家和力学家比克门（Beeckman I）发现，梁弯曲时一侧纤维伸长、另一侧纤维缩短，必然存在既不伸长也不缩短的中性层。英国科学家胡克（Hooke R）于1678年也阐述了同样的现象，但他们都没有述及中性层位置问题。首先论及中性层位置的是法国科学家马略特（Mariotte E, 1680年）。其后莱布尼兹（Leibniz G W）、雅科布伯努利（Jakob Bernoulli，1694）、伐里农（Varignon D, 1702年）等人及其他学者的研究工作尽管都涉及了这一问题，但都没有得出正确的结论。18世纪初，法国学者帕伦（Parent A）对这一问题的研究取得了突破性的进展。直到1826年纳维（Navier，C. L. M. H） 才在他的材料力学讲义中给出正确的结论：中性层过横截面的形心。 平截面假设是材料力学计算理论的重要基础之一。雅科布伯努利于1695年提出了梁弯曲的平截面假设，由此可以证明梁（中性层）的曲率和弯矩成正比。此外他还得到了梁的挠曲线微分方程。但由于没有采用曲率的简化式，且当时尚无弹性模量的定量结果，致使该理论并没有得到广泛的应用。 梁的变形计算问题，早在13世纪纳莫尔（Nemore J de）已经提出，此后雅科布伯努利、丹尼尔伯努利（Daniel Bernoulli）、欧拉（Euler L）等人都曾经研究过这一问题。1826年纳维在他材料力学讲义中得出了正确的挠曲线微分方程式及梁的弯曲强度的正确公式，为梁的变形与强度计算问题奠定了正确的理论基础。 俄罗斯铁路工程师儒拉夫斯基（）于1855年得到横力弯曲时的切应力公式。30年后，他的同胞别斯帕罗夫（）开始使用弯矩图，被认为是历史上第一个使用弯矩图的人。 3关于杆件扭转问题 对于圆轴扭转问题，可以认为法国科学家库仑（Coulomb C A de）分别于1777年和1784年发表的两篇论文是具有开创意义的工作。其后英国科学家杨（Young T）在1807年得到了横截面上切应力与到轴心距离成正比的正确结论。此后，法国力学家圣维南（Saint-Venant B de）于19世纪中叶运用弹性力学方法奠定了柱体扭转理论研究的基础，因而学术界习惯将柱体扭转问题称为圣维南问题。闭口薄壁杆件的切应力公式是布莱特（Bredt R）于1896年得到的；而铁摩辛柯（Timoshenko S P，1922）、符拉索夫（，1939）和乌曼斯基（，1940）则对求解开口薄壁杆件扭转问题做出了杰出的贡献。 4 关于压杆稳定问题 材料力学压杆在工程实际中到处可见，第11章已经述及压杆的失稳现象。早在文艺复兴时期，伟大的艺术家、科学家和工程师达芬奇对压杆做了一些开拓性的研究工作。荷兰物理学教授穆申布罗克（Musschenbroek P van）于1729年通过对于木杆的受压实验，得出“压曲载荷与杆长的平方成反比的重要结论”。众所周知，细长杆压曲载荷公式是数学家欧拉首先导出的。他在1744年出版的变分法专著中，曾得到细长压杆失稳后弹性曲线的精确描述及压曲载荷的计算公式。1757年他又出版了关于柱的承载能力的论著（工程中习惯将压杆称为柱），纠正了在1744年专著中关于矩形截面抗弯刚度计算中的错误。而大家熟知的两端铰支压杆压曲载荷公式是拉格朗日（Lagrange J L）在欧拉近似微分方程的基础上于1770年左右得到的。1807年英国自然哲学教授杨（Young T）、1826年纳维先后指出欧拉公式只适用于细长压杆。1846年拉马尔（Lamarle E）具体讨论了欧拉公式的适用范围，并提出超出此范围的压杆要依*实验研究方可解决问题的正确见解。关于大家熟知的非细长杆压曲载荷经验公式的提出者，则众说纷云，难于考证。一种说法是瑞士的台特迈尔（Tetmajer L）和俄罗斯的雅辛斯基（ ）都曾提出过有关压杆临界力与柔度关系的经验公式，雅辛斯基还用过许可应力折减系数计算稳定许可应力。 5 疲劳强度问题 随时间作周期性变化的应力，称为交变应力。构件在交变应力作用下，经一定循环次数发生的破坏，称为疲劳破坏。1839年巴黎大学教授庞赛洛特（Pancelet J U）在讲课中首先使用了金属疲劳的概念。19世纪中期，随着铁路运输的发展，断轴的事故常有发生，引起人们对疲劳破坏现象的研究兴趣。当时沃勒（Wohler A）首先在旋转弯曲疲劳试验机上进行开创性的试验研究，提出了应力一寿命图和疲劳极限的概念。为纪念他对疲劳强度研究工作所做的杰出贡献，人们将应力与疲劳破坏循环次数的关系曲线（即sN曲线）称为沃勒曲线，尽管在他当时的研究工作中并没有使用这种曲线。 其后，盖帕尔（Gerber）和古德曼（Goodman）分别研究了平均应力对寿命的影响，后者还提出了考虑平均应力影响的简单理论。此后，高夫（Cough）对多轴应力状态疲劳现象进行研究，将静应力强度理论引入多轴应力疲劳问题，并和波拉德（Pollard）共同提出解决多轴应力疲劳设计的Gough-Pollard公式，出版了第一本关于金属材料疲劳的专著 研究方法主要有：简化计算方法。材料力学处理一维问题的基本方法。包括载荷简化、物性关系简化以及结构形状简化等。平衡方法。杆件整体若是平衡的，则其上任何局部都一定是平衡的，这是分析材料力学中各类平衡问题的基础。确定内力分量及其相互关系、确定梁的剪应力、分析一点的应力状态等均以此为依据。变形协调分析方法。对结构而言，各构件变形间必须满足协调条件。据此，并利用物性关系即可建立求解静不定（仅用静力平衡方程不能确定结构全部内力和支座反力）问题的补充方程。对于弹性构件，其各部分变形之间也必须满足协调条件。据此，分析杆件横截面上的应力时，通过“平面假设”，并借助于物性关系，即可得到横截面上的应力分布规律。能量方法。将能量守恒定律、虚位移原理、虚力原理、最小势能原理与最小余能原理应用于杆件或杆件系统，得到若干分析与计算方法，包括导出平衡或协调方程、确定指定点位移或杆件位移函数的近似方法、判别杆件平衡稳定性并计算临界载荷、动载荷作用效应的近似分析等。叠加方法。在线弹性和小变形的条件下，且当变形不影响外力作用时，作用在杆件或杆件系统上的载荷所产生的某些效应是载荷的线性函数，因而力的独立作用原理成立。据此，可将复杂载荷分解为若干基本或简单的情形，分别计算它们所产生的效果，再将这些效果叠加便得到复杂载荷的作用效果。可用于确定复杂载荷下的位移、组合载荷作用下的应力、确定应力强度因子等。正确而巧妙地应用结构与载荷的对称性与反对称性，则是叠加法的特殊情形。类比法。表示一些量之间关系的方程与另一些量之间的关系或相似时，通过其中之简单者较容易确定与之相似的那些量，称为类比法或比拟法。由此派生出图解解析法和图解法。如：应力圆法、共轭梁法、确定弹性位移和薄壁截面扇性面积几何性质的图乘法等。船舶与海洋工程专业主要学习船舶的构造、航行原理、安全性设计及建造法规和国内外重要船级社的规范等知识，研究船舶的设计方法及如何保证航行的快速性、良好的操纵性和抗风浪能力等问题。学习船舶试验的方法和原理，解决船舶设计、建造、使用和管理中的问题。船舶与海洋工程专业是船舶建造、使用及海运行业的重要支撑学科。基本介绍 随国际形式的复杂化、国际交往与运输的频繁以及国内陆路交通的形势严峻，船舶与海洋工程成为捍卫疆域完整以及扩大交往密度而亟待发展的学科。该专业运用物理、数学、力学、船舶与海洋工程原理的基本理论和基本知识，掌握船舶与海洋结构物的设计方法，研究船舶轮机的工作原理；具有船体制图，应用计算机进行科研的初步能力；熟悉船舶与海洋结构物的建造法规和国内外重要船级社的规范，了解造船和海洋开发的理论前沿，新型舰船和海洋结构物的应用前景和发展动态；船舶与海洋结构物设计制造学主要从事新型船舶与海洋工程结构物，水下深潜器的设计开发，主要研究领域有：船舶与海洋工程和其它各种结构的强度、刚度、疲劳断裂、振动及结构可靠性；海洋流体力学；船舶阻力、推进、操纵性和耐波性。中国部分研究成果已达到国际水平。轮机工程主要是研究船舶机械的原理以及应用，随信息技术的不断发展，雷达、遥感技术的应用，环境保护要求的提高以及对能源的更高效利用，船舶的动力装置、船舶电器设备、轮机自动化系统等都面临着新的技术要求与挑战。个别院校在轮机工程专业里还设置了分支学科轮机管理专业，以培训能够从事海洋船舶轮机运行管理工作，具有船舶动力装置系统国航、维修、保养及研究。水声工程主要研究潜艇等船舶处于水下的船舶在水中的探测、定位以及对水中兵器的引导和对抗。中国正积极进行声纳在水中传输特性的研究，并在该领域取得一定的成功。 学科优势造船与海洋工程工业是一项周期长、资金密集、科技密集、劳动密集型传统产业，对中国的综合国力发展有至关重 要的影响。随着国际形势的复杂化、国际交往运输的频繁化，船舶与海洋工程成为了捍卫疆域完整以及扩大交往密度而亟待发展的学科，它是为水上交通运输、海洋资源开发和海军部队提供各类装备和进行海洋工程设计、建造的工程技术领域。虽然中国的船舶工业通过近几年的发展取得了较大的成绩，但与世界发达国家如日本、韩国等相比，仍然有很大的距离。为了缩短船舶工业发展的差距，中央主要领导吴邦国、温家宝等对大力发展中国船舶工业做出了重要批示，确立了中国在2015年将努力建设成为世界第一造船大国的战略目标。根据此目标，到2015年，中国造船占到国际船舶的份额将达到35%。 在这种背景下，中国船舶工