探究固体力学的发展及其在航空航天工程中的运用

王欣睿

摘要：在力学中固体力学属于早期形成的思想，其在多个领域方面都得到了较好的运用，其中运用固体力学最多的就是水利工程，航空航天工程是其次。基于此，本文针对固体力学在航空航天工程中的运用展开了深入分析，首先提出了固体力学的发展趋势，其次提出了目前固体力学运用存在的问题，最后对固体力学在航空航天工程中的运用展开了详细分析，希望能够以此更好的推动固体力学的发展以及其在航空航天工程中的运用。

关键词：固体力学;航空航天工程;发展运用

根据可靠资料显示，固体力学思想的形成时间最早可追溯到上世纪50年代，固体力学的形成是在计算机发展的基础之上不断的转变而形成的思想，经过不断的发展调整，逐渐被人们所接受且广泛应用，可以说固体力学推动了多个领域的发展。固体力学发展至70年代时，人们逐渐将研究重点放在固体的结构和力学上，而对空气动力学和流体动力学的研究内容也逐渐受到人们重视。发展至80年代以后固体力学一直受到人们的重视并不断发展，固体力学在计算方面具有较好的抗震性能，在我国经济建设中得到了广泛的应用，固体力学在发展中取得了巨大的成就。因此，固体力学具有广阔的发展前景，同时固体力学在航空航天工程领域的应用非常广泛。随着近年来航空航天工业的发展，工程质量逐渐成为人们关注的焦点，因此本文对固体力学在航空航天工程中的应用进行了分析，并对固体力学的发展前景进行了展望。

一、固体力学的发展分析

（一）优势分析

在社会发展的影响下，自然科学和工程技术逐渐成为固体力学发展的重要基础，立足于研究对象的角度，研究对象从均质介质逐渐扩展到非均质介质，从单相逐渐过渡到多相，在研究背景下，环境从简单的化学环境转变为电磁环境，研究水平逐渐由宏观向微观、细观转变，实现三者的有机结合形成了细观力学。而在与层次细化形态相对应的时间尺度、空间尺度在粗化模式下的转变，分析了地球板块和地壳的运动和破裂，以评估星际撞击造成的损害，研究过程从固体的连续变形抗力条件逐渐扩展到裂纹扩展引起的宏观损伤，在此基础上，对固体的变化和损伤进行了深入的研究。除了上述的研究之外，固体力学的研究形态不局限于此，研究的形态还可以延伸至材料的组成和零件的制造工艺，就研究目的而言，除了现有的相关材料外，所需材料应根据特定的力学性能和功能要求，结合规模要求进行设计，上述内容的扩展可促进固体力学的持续发展，打破传统线性固体力学的内容。体现了高非线性的特点，为了促进固体力学的长期发展，有必要与非线性科学相结合，促进非线性科学的持续发展。从固体力学的发展历程和发展历程来看，有关学者应结合计算机和计算力学的发展，在物理的宏观力学和微观力学行为的基础上，促进固体力学的不断发展。

（二）劣势分析

固体力学简而言之主要是针对固体材料和结构的应力状态，以及其应力时所产生的变形和损伤，固体材料和结构本身的性质对应力之后的影响提供了多种表现形式，如断裂、蠕变、弹性等。从工程问题的角度来看，这通常是固体力学的一个实践案例。固体力学在发展过程中取得的辉煌成就也为其在航空航天工程中的应用提供了一定的支持，但在实际应用中仍存在一些问题。通过固体力学在航空航天工程中的运用我们可以发现，在工程中所运用到的材料与现行理论强度之间存在着差异，该理论也是位错理论的基础、裂纹理论的重要组成部分。但是固体力学在航空航天工程中的运用，这种矛盾由来已久，目前，除了应力和微小应变外，固体力学在判断变形和破坏的局部化方面也有一定的局限性。

二、固体力学在航空航天工程中的运用分析

理论来源于实践适合各个思想的发展，固体力学当然也无外乎，固体力学理论的发展主要来源于经济建设的研究和应用所带来的经济效益。通过固体力学的应用，可以深入了解事物的本质，还可以激励设计师创新，提高航空航天工程质量，大大减少其在设计环节耗费的时间，相应的也就减少了资金投入降低设计成本，同时，固体力学的应用也可以解决航空航天工程中的一些复杂问题。为了说明实践如何促进理论的发展，以及所发展的理论如何在指导和促进人类实践活动方面发挥重要作用，首先，本文介绍了计算力学在航空航天工业中的一些最活跃的应用领域，通过应用领域的分析更为深入的认识固体力学。

（一）主动控制技术应用分析

主动控制技术是一门综合性的技术，包括自动控制论和随动系统的设计，在当前的航天工程中，主动控制技术可以应用于地形回避、地形跟踪等工作。固体力学在主动控制技术中的应用，包括飞行力学、结构力学和其他物理问题的研究，相关人员使用自动控制技术选择和分类信息，并将其以网络形式传输到计算机。在此基础上，由计算机进行计算，在固体力学应用于主动控制技术中，除了控制律和时滞对伺服系统的影响外，控制的时间精度和理论分析也很重要。

（二）在工程力学问题中的应用分析

在工程力学问题中的应用分析主要表现在以下几个方面：航空航天和大型空间柔性结构的讨论，在分析时期规模的过程中发现其规模可达数万节点，包括飞行器碰撞、装甲设计与研究、载人航天器着陆碰撞、坦克晃动灾害、航空医疗设备设计等。

（三）航空航天工程相关数值检验应用分析

固体力学在航空航天工程相关数值检验应用分析，其检验的主要研究对象是：常规验证实验、研究实验。数值试验可以带来许多好处。例如，可以大大降低测试成本，极大的缩短测试周期。所有的测试环境和条件，即使是在实际实验室条件下很難实现的环境和条件，都可以在计算机上复制。太阳能电池板和空间站等空间结构具有体积小、重量轻、刚度低、固有频率低、连接器多等特点，一次温度范围在300℃以上至100℃以上，且处于失重状态。难易程度可视化，难以获得可靠的测试结果。然而，计算力学更容易在复杂环境中再现或计算机模拟大型和微观结构的复杂力学过程，并且比为实现相同目标而进行的试验所需的时间和成本要少得多。

实验的环境响应是通过活化响应的相关图像来模拟的，而活化响应的相关图像通常是通过计算得到的，固体力学在航空航天工程中相关数值检验的应用可以为实验过程带来一定的优势。固体力学在航空航天工程中相关数值检验从根本上减少了实验的时间，计算机技术虽然在实际环境中很难实现，但可以降低实验的成本和时间。一般来说，大型空间天线和太阳能电池板体积较大，其本身的重量较轻，很难进行空间的实验再现。同时，实验的最终结果也很难保证其准确性，但应用固体力学可以利用计算机技术再现空间，实现微观组织力学过程的模拟，实验所需的时间也比前者短，还可以方便实验人员跟深入的了解设计参数。在飞行器碰撞的情况下，数值试验也可用于解决问题，但由于设计时间较长，可以用数值模拟代替。

结语：

总而言之，在社会发展的影响下，航空航天行业取得了长足的发展，固体力学作为力学领域的一个早期科学概念，得到了广泛的应用。因此，本文详细分析了固体力学的发展前景，并对固体力学在航空航天工程中的应用从三个方面进行了分析，从主动控制技术、工程力学、航空航天工程中的相关数值检验等方面的应用论述了固体力学在航空航天工程中的应用，希望能够促进固体力学的高质量发展。

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