工程力學：工程領域的“萬金油”

本文主角：工程力學

講述人：汝洋（中南大學）

適合人群：喜歡數學、物理知識，喜歡思考，能夠嚴謹認真地分析和解決問題的同學

你在城市中穿梭時，肯定行過許多座橋，看過許多幢高樓大廈；你坐在電視機前觀看新聞時，肯定驚嘆過遨游太空的“神舟”系列飛船；你坐車打開窗時，肯定伸出過手感受風的流動。

但你是否曾思考過：為什么橋能橫跨兩岸而不被水流左右？為什么高樓能拔地而起又屹立不倒？為什么“神舟”十七號能不受萬有引力作用限制直沖云霄？為什么一些汽車的形狀造型設計獨具匠心？

歸根到底，其中都有——力的作用。一切的工學問題其實最終都是力學問題。而將對力學問題的分析應用到各個工程領域中去，就是工程力學。

力學是人類認識世界的一大重要工具

在普通高等學校本科專業目錄中，工程力學被歸在工學門類中的力學類下。力學是現代科學中最早成熟的學科，它和數學一起成為人類認識世界的兩大重要工具。2007年出版的《力學學科發展研究報告》是這么定義力學的：力學是一門應用性很強的基礎科學，是研究力與運動規律的學科。這明確表示了力學的基礎重要性，以及力學是現代工業和工程技術的底層基礎。學好這門學科，以后都有可能在建筑、航空航天、汽車、船舶、軍工等領域找到自己的一席之地。

道阻且長，行則將至

在我踏上這條道路后，理論力學、材料力學、彈性力學、流體力學、計算力學、分析力學、結構力學、斷裂力學、有限元……一個又一個的力學知識點讓我應接不暇，有時上課上到懷疑人生。

選這門專業之前，我已經做好這門專業很難學的準備了，真正學起來之后，發現我原來的預想還是樂觀了點。就拿理論力學這門課程來說，我到現在都還記得，有天晚上我睡得很晚，好巧不巧，第二天早上的第一門課是理論力學。我在課上稍微打了個盹，再次醒來，看到老師寫在黑板上的一個個公式，頓時腦子就蒙了。“那個伊普西隆是什么，德爾塔又是哪個”，我心想，這節課完了。于是下課后，我二話不說就沖到圖書館，開始了我與理論力學的苦戰。

我打開了理論力學的網課，看一會就暫停，然后倒退，再重頭看，反反復復，終于，我理解了那些公式的含義。可理解是一回事，會解題又是另一回事。接著，我打開了作業本，開始進入瘋狂抓頭發階段：為什么對這個固定鉸支座構件進行局部分析解不出題目的未知數，為什么只能從那根桿入手才能得出結果，為什么這個不能用直角坐標系而必須要用自然法來解題？一段時間過去后，好不容易解題思路清晰了，一上手，問題又跳了出來：那個常微分方程怎么解啊？那個積分的下限和上限是什么啊？我一次又一次遭受高數的暴擊。但當我辛苦努力地解出一道又一道力學問題后，幸福感也會充滿全身。

我的一位老師之前說過一句讓我至今仍記憶猶新的話：“每一道題都是一個工程問題，而你就是這項工程的總設計師，當你成功完成這項工程后，你會有一種無與倫比的成就感，這就是力學的魅力。”林紓也曾說過：“力學是苦事，然如四更起早，犯黑而前，漸漸向明。”當然，此力學非彼力學，這句話中的力學指的是用功學習，但在我看來，這也是對工程力學的詮釋。因為學習工程力學確是一門苦事，但如同四更起早，冒著黑夜向前走，會越走越光明。

不過，想要學好工程力學光有決心還是不夠的，雖說一切的工學問題歸根到底是力學問題，但一切的力學問題歸根到底是數學問題。在專業學習中，工程力學學子會在計算某個結果的過程中用到常微分方程，會在畫受力分析圖的時候用到幾何分析，所以這門學科更適合數學、物理基礎好的同學去學習，數學和物理基礎不好的同學謹慎報考。

我們的歸途

據我了解，我校工程力學學子的畢業去向主要有以下幾個。

一是學校和科研單位。在橋梁、鐵路、航空航天、汽車等大工程中，工程力學專業本科畢業生能做的工作比較有限，因此有相當一部分工程力學學子在本科畢業后選擇繼續深造和出國留學，之后一部分人會選擇留在科研院所從事相應的教學和科研工作，為推動我國工程力學理論發展、培養人才提供助力。我所認識的同專業的學長學姐大都選擇了讀研，有的選擇留在力學領域繼續深造，有的報考了清華大學的水利工程專業，有的報考了北京航空航天大學的飛行器設計專業，有的被國防科技大學的空天科學學院錄取了。

二是建筑工程領域。工程力學專業畢業生在建筑工程中扮演著重要的角色，通常在建筑行業的設計類崗位上工作。比如要在某條江上建一座橫跨兩岸的大橋，這類工程師就需要考慮橋墩在水中的承重作用，分析拉索在哪個點能夠最具性價比地支撐起這座大橋，充分運用力學原理、靜態和動態荷載分布、支座位置設置等相關知識設計出橋的落點、幾何形狀并評估橋的舒適性和抗震性能，使得設計出的橋梁兼具實用和美觀兩個功能。

三是汽車工程領域。比亞迪董事長王傳福先生是我們學校的優秀校友，所以我們學校的很大一部分畢業生有機會去比亞迪工作。力學在汽車工程方面的應用數不勝數，比如：運用流體力學相關知識設計能降低風阻的車身形狀；運用彈性力學相關知識模擬汽車在不同速度下的碰撞過程；運用計算力學相關知識確定汽車懸掛系統的剛度、彈性和減震效果等參數；運用力學原理評估制動系統的性能指標，包括制動器的強度、磨損情況和制動液的流動性能；等等。

四是航空航天工程領域。一部分工程力學專業畢業生進入了航空航天領域，在其中用空氣動力學相關知識分析飛行器的運動方程，評估飛行器的飛行性能，指導飛行器的設計和操作；用空氣動力學相關知識分析飛行器繞流、升力和阻力等有關問題；用材料力學相關知識分析一些復合材料和金屬材料的強度、剛度及耐久性；等等。航空器和航天器在空中運行時會受到重力、輻射、磁場的影響，保障它們的穩定運行離不開力學知識。

五是外企。一部分工程力學專業畢業生還會根據自身興趣和所學的知識領域，進入外企從事與工程力學相關的工作，包括有限元計算、優化以及軟件開發等項目。

此外，工程力學專業畢業生也可以進入機械、環境、生物醫學等領域工作。

報考提醒

對于工程力學專業，院校的培養方向各具特色，同學們如想報考這個專業，最好先仔細了解有關院校的招生專業目錄、專業設置等信息。現在越來越多的高校進行大類招生，工程力學專業可能被歸在“土木類”“機械類”或“實驗班”中。

工科的發展需要我們，國家的強盛離不開我們，歡迎大家報考工程力學專業，讓我們一起用力學改變這個世界。