力学专业介绍

（一）学科概况

力学是关于物质相互作用和运动的科学，研究物质运动、变形、流动的宏观与微观行为，揭示上述行为的科学规律，及其与物理学、化学、生物学等过程的作用。

力学的起源可追溯到人类文明之初。春秋战国时期，在墨翟及其学派的著作《墨经》中就有关于力的概念：“力，形之所以奋也”。古希腊时期，阿基米德对杠杆平衡、物体在水中受到的浮力等开展研究，初步奠定了静学即平衡理论的基础。文艺复兴时期，达·芬奇引入力矩的概念，阐述了力的平行四边形法则。伽利略通过对抛体和落体的研究，提出了惯性定律来解释物体和天体的匀速运动，并在对灯的摆动研究中首次建立力学模型。

17世纪，牛顿提出力学运动的三条基本定律和万有引力定律的数学描述，奠定了经典力学的基石。此后，力学的研究对象由单个的自由质点，转向受约束的质点和质点系，其标志性成果是达朗贝尔原理、拉格朗日分析力学和哈密顿分析力学。
18世纪，欧拉提出连续介质及其无限小微元假设，基于牛顿定律建立了刚体和理想流体的动力学微分方程。纳维、柯西、泊松、斯托克斯等人将微元的变形关系、运动定律和物性定律结合，建立了弹性固体力学和粘性流体力学的基本理论。此后，涉及材料物性的连续介质力学蓬勃发展，逐渐形成了力学学科。

20世纪初，普朗特的边界层理论和空气动力学研究将力学带入了应用力学的新时期。此后，冯·卡门、铁摩辛柯及其学派将力学深度融入工程技术之中，催生了以航空航天科技为代表、以力学为主要支撑的现代工程和技术。20世纪中后期起，变分法、有限元法、计算科学、信息技术等迅猛发展，大幅提升了力学解决工程技术问题的能力，加快了人类文明发展的步伐。

中国力学工作者在物理力学、湍流理论、喷气推进、工程控制论、广义变分原理、断裂力学等方面做出开创性贡献，在支撑中国创建现代工业体系方面发挥了重要作用，尤其是成就了“两弹一星”等重大工程。近年来，中国在载人航天、深空探测、高超声速飞行器、大型飞机、高端制造、大跨度桥梁、超高层建筑、深海钻探、高速列车等方面取得的成就，充分体现了力学学科的重大贡献和重要作用。

近代力学已具有较为完整的理论、实验和计算体系。20世纪后期以来，以分岔、混沌、分形等理论为代表的非线性科学研究，极大地拓展了牛顿力学的深度和广度，深刻地改变了人们的自然观。与此同时，力学与其他学科的交叉与融合推动了交叉学科的形成和发展，不断丰富着力学的研究内容和方法。20世纪以来，力学学科在动力学与控制、固体力学、流体力学、工程力学的主体架构上，与数学、物理、生物、环境、化学等其他领域交叉结合形成了计算力学、物理力学、生物力学、环境力学、软物质力学等分支。21世纪以来，人类文明、社会经济发展和国家安全的新需求，如空天飞行器、深海空间站、绿色能源、新材料、灾害预报与预防、人类健康与重大疾病防治等问题的突破与解决，都离不开力学的重要作用。

与此同时，力学需要不断追求基础理论、计算方法和实验技术的创新，不断在与其它学科的交叉融合中获得蓬勃生机。在20世纪50年代之前，力学研究的基本范式是基于实验观测，建立力学问题的理论模型并借助数学工具开展定量分析。随着电子计算机的出现以及数据科学、人工智能的快速发展，随着力学行为与物理、化学、生物等行为的相互作用日益增强，力学与其它学科的交叉创新成为常态。基于数据驱动的研究范式开始崭露头角，而基于新硬件体系架构、新测量原理发展起来的新计算/测量方法、新实验装置和实验技术也层出不穷。此外，各种新的力学现象、先进计算方法和实验技术的不断涌现，力学与其它学科之间深刻持久的交叉互动，使得力学研究能够更主动地开辟新方向，更充分地挖掘出海量数据背后蕴含的力学机理，揭示更大空间尺度、更高时空分辨率、更极端服役环境下力学行为的本质规律，从而在更高的起点上推动力学向前发展。

当代力学的发展趋势体现为：更加重视非线性、非定常、跨尺度、多场耦合等力学难题，更加重视高性能计算，更加重视先进的实验技术，更加重视与其他学科的交叉与融合等。面对21世纪诸多世界性难题，力学学科正面对众多超越经典研究范畴的新挑战，深入研究非均质复杂介质、极端环境、不确定性、非线性、非定常、非平衡、多尺度和多场耦合等难题，这将促使现代力学体系发生新的变革。

力学学科横跨理工，内容丰富。力学学科培养的人才具有坚实的数理基础，良好的实验研究和数值计算能力，善于用工程科学思想解决难题。力学学科是培养工程科技领军人才的摇篮。为了适应时代发展的要求，力学学科所培养的人才要面向世界科技前沿、面向经济建设主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康开展研究，不仅从事面向世界科技前沿的前瞻性基础研究，还必须致力于国民经济发展、国家重大需求、人民生命健康紧密相连的应用研究，尤其是针对能源、环境、信息、安全、深空、深海、生命健康等重大而紧迫的应用研究。

力学学科所培养的人才应具有独立开展高水平研究的能力，具有在力学学科开展理论、计算和实验研究的能力，且至少在其中一个方面达到精深的专业水平。力学人才应具备如下基本特征：一是宽厚的数理科学、尤其是力学功底，二是良好的知识与创新交叉融合能力，三是敏锐的学术洞察力和积极创新的思维能力。

（二）学科内涵

力学是关于物质相互作用和运动的科学，研究物质运动、变形、流动的宏观与微观行为，揭示上述行为的科学规律，及其与物理学、化学、生物学等过程的作用。

力学既是基础科学，又是技术科学。作为基础科学，力学探索自然界运动的普遍规律，以机理性、定量化地认识自然、生命与工程中的规律为目标。力学是最早形成科学体系的一门学科，并成为精确科学的典范，其方法论在自然科学诸学科中有指导性意义。作为技术科学，力学是工程科学的先导和基础，为开辟新的工程领域提供概念和理论，为工程设计提供有效的方法，是科学技术创新和发展的重要推动力。力学的研究成果和研究方法具有极强的普适性，被诸多学科采用。力学与诸多学科交叉融合，开拓出一系列新的学科增长点。力学的理论和方法广泛应用于机械、船舶、航空、航天、交通、能源、环境、土木、水利、材料、化工、电子信息、纳米技术、生物医学工程等领域；而这些领域又不断提出新的力学问题，促进力学学科自身的进步和发展。

力学的主要理论包括：物体运动基本定律；分析力学理论；连续介质力学理论；固体力学基本理论；流体力学基本理论；物理力学与生物力学基本理论。

力学研究方法遵循认识论的基本法则，理论分析、计算和实验是力学研究的三种主要方法。其中，理论分析需要较好的力学、数学及物理等基础科学功底，是获得重要、原创性研究成果的主要方法。实验研究是发现新现象、获得新结果的源头，也是验证理论和计算结果的重要手段。数值计算是现代力学研究的主要手段，但力学工作者绝不限于用商业或开源软件去处理力学问题，而必须重视核心算法和软件研发，解决计算力学中的卡脖子问题。

（三）学科范围

力学学科现设动力学与控制、固体力学、流体力学、工程力学、基础力学与力学交叉5个二级学科。

1.动力学与控制

主要研究方向包括：分析力学、多体系统动力学、非线性动力学、随机动力学，以及与其他学科的交叉及其应用，特别关注非线性、非光滑性、不确定性等问题。分析力学主要研究几何力学理论、非完整约束系统理论、伯克霍夫系统理论及广义哈密顿动力学等。多体系统动力学主要研究刚-柔-液耦合、多物理场、多尺度等复杂系统的动力学建模和计算。非线性动力学主要研究非线性系统的动态分析与控制，尤其是系统呈现的分岔、混沌、分形、突变和孤立子等复杂现象。随机动力学主要研究系统在随机因素作用下的动力学统计特征。该学科与固体力学、流体力学、生物力学等产生众多交叉和融合，研究连续介质、多场耦合系统、生命系统的动力学与控制问题，尤其是非线性、不确定性、动态设计等问题。该学科与其他一级学科相结合产生了航空航天动力学、转子动力学、车辆动力学、微纳系统动力学、复杂网络动力学、神经系统动力学等。

2.固体力学

主要研究方向包括：固体的变形与破坏理论、计算固体力学、实验固体力学、新型材料力学，以及与其他学科的交叉及其应用，特别关注微纳米力学、跨尺度关联与多尺度分析、多场耦合力学等。固体的变形与破坏理论主要研究在静、动态载荷作用下弹塑性力学、疲劳断裂及损伤力学、固体本构关系，波动理论等。计算固体力学主要研究科学计算方面的基本理论和方法，以及结构与多学科优化、数据驱动与机器学习等问题。实验固体力学主要研究不同环境、不同尺度下加载、测量与表征的实验理论、技术及方法。新型材料力学主要研究先进复合材料、功能/智能材料、轻质材料、纳米材料等在环境载荷（力、热、电、磁等）作用下的力学及物理特性。该学科与其他一级学科相结合产生了航空航天材料和结构力学，大型工程结构与工业装备静动力学，材料与制造工艺力学，地球物理科学中的板块蠕变与流动，地震波产生和传播以及地震预报等。

3.流体力学

主要研究方向包括：湍流力学、旋涡动力学、计算流体力学、实验流体力学以及与其它学科的交叉及其应用，特别关注非定常性、非线性、可压缩性、时空关联、多场多尺度耦合等问题。湍流力学主要研究流动稳定性、转捩、湍流结构的生成与演化、湍流模式、湍流燃烧、能量传输等。旋涡动力学主要研究流动分离、旋涡的产生、演化及其与物体和其他流动结构的相互作用，以及在湍流发生、发展和流动控制中的作用。计算流体力学主要研究数值方法、物理模型、网格技术、高精度格式、优化算法、高性能计算等。实验流体力学主要研究不同环境下速度场、密度场、温度场、压力场、组分场等的实验室模拟理论、测量技术、方法及基于人工智能的数据挖掘技术等。该学科与其它一级学科相结合产生了飞行器空气动力学、高超声速空气动力学、稀薄气体动力学、船舶流体力学、海洋工程流体力学、水动力学、微尺度流体力学、工业与环境流体力学、生物流体力学、多相流、渗流力学、电磁流体力学等。

4.工程力学

主要研究方向包括两类：第一类是面向具体行业的研究方向，如航空航天工程力学、船舶与海洋工程力学、土木工程力学、交通工程力学、水利工程力学、矿业工程力学、石油工程力学等；第二类是面向共性工程问题的研究方向，如流固耦合力学、爆炸力学、环境力学、振动冲击与噪声等。例如，流固耦合力学主要研究流体与固体之间的相互动态耦合效应及其利用；爆炸力学主要研究爆炸、冲击和能量突然聚集等强动载荷下介质、材料和结构的力学响应；环境力学主要研究水环境、岩土体环境、环境灾害、荒漠形成迁移以及治理的力学机理、工业环境流动、环境多相流动以及环境力学的计算与实验。除上述研究分支外，该学科还包括诸如工业产品的力学设计、基于力学模型的系统工程、机器学习等共性方法研究。

5.基础力学与力学交叉

主要研究方向包括：理性力学、物理力学、生物与仿生力学、等离子体力学、软物质力学等，通过与其他学科交叉融合，发展力学的新概念、新理论、新方法和新领域。理性力学旨在用严密的公理体系和数学理论来描述物质运动和变形的一般规律，并与热学、电磁学等学科融合发展为统一的连续统物理的理论基础。物理力学将宏观力学与描述微观物质行为的量子力学相结合，从微观尺度认识物质相互作用、运动规律以及宏观效应，尤其是物质在高温、高压、辐射等极端条件下的力学行为和性质研究。生物与仿生力学的主要研究领域包括细胞-亚细胞-分子生物力学、组织-器官力学、骨-关节力学、心血管工程力学、空间生物力学与重力生物学、生命现象系统化和模型化研究、生物力学新概念、新技术和新方法等。等离子体力学主要研究高温等离子体和低温等离子体的力学性质。

（四）培养目标

对于中国公民，培养热爱中国共产党的领导、拥护社会主义制度、遵守宪法和法律、恪守道德规范的力学专门人才。对于外国公民，培养遵守中国法律、尊重中国主权、对华友好的力学专门人才。

1.硕士学位

培养具有扎实的数学、物理基础理论，在所专修的力学学科领域内具有坚实的基础理论、系统的专门知识和较娴熟的计算与实验技能，了解上述领域发展的前沿和动态，并具备从事力学教育、科研和工程应用能力的专门人才。

2.博士学位

培养具有系统扎实的数学、物理基础理论，在力学领域内具有坚实宽广的基础理论、系统深入的专门知识和娴熟的计算与实验技能，掌握力学领域发展的前沿和动态，具有独立从事科学研究的能力并能在科学和技术上做出创新性成果的高级人才。

（五）相关学科

数学、统计学、物理学、化学、天文学、生物学、大气科学、海洋科学、系统科学、机械工程、仪器科学与技术、材料科学与工程、动力工程与工程热物理、交通运输工程、船舶与海洋工程、航空宇航科学与技术、兵器科学与技术、核科学与技术、环境科学与工程、化学工程与技术、安全科学与工程、土木工程、水利工程、矿业工程、石油与天然气工程、生物医学工程、控制科学与工程、智能科学与技术等。

硕士学位基本要求

（一）获本一级学科硕士学位应掌握的基本知识

硕士生在基础理论方面，应具有较强的数学、物理基础；在专门知识方面，应在力学的理论、实验、计算三方面都有所掌握且至少精通其中之一；应能熟练使用计算机；应较为熟练地掌握一门外语。

（二）获本一级学科硕士学位应具备的基本素质

1.学术素养

硕士生应适应科技进步和社会发展的需要，掌握力学学科坚实的基础理论和系统的专门知识，有较宽的知识面和较强的自学能力，具有从事科学研究或担负专门技术工作的能力，掌握与力学学科相关的知识产权、科技伦理等方面的知识。

2.学术道德

硕士生应遵纪守法、品行端正，恪守学术道德、科技伦理和学术规范。在学习和研究中，不得有剽窃、造假、一稿多投、不正确引用等学术不端行为。

（三）获本一级学科硕士学位应具备的基本学术能力

1.获取知识的能力

硕士生应具有通过专业课程学习获取研究所需的知识和研究方法的能力，具有通过学术交流、实践活动、文献调研等方式了解学科发展方向和科学研究前沿的能力。

2.科学研究能力

硕士生应具有从事科学研究或应用基础研究的能力，能够独立或与他人合作提出并解决工程中的力学问题；具有建模、分析、计算或者实验的能力；具有评价和利用已有研究成果的能力。

3.实践能力

硕士生应具有较强的实践能力与合作精神，在实践过程中要尽可能以实际问题为背景，提炼科学问题并运用所学的知识找到解决的方法与途径。

4.学术交流能力

硕士生应具备良好的学术表达和学术交流的能力，善于通过论文、报告等形式表达研究思路、展示研究成果；能准确地使用专业学术语言与国内外同行开展交流，获取新的研究问题、研究思路，掌握学术前沿动态，并获得学术支持与帮助。

5.其他能力

硕士生应具有从事科学研究或担负专门技术工作所具备的独立思维能力、判断和推理能力、表达能力、团队合作能力等；具有较好的继续学习能力。

（四）学位论文基本要求

1.规范性要求

硕士学位论文的撰写应符合国家和学位授予单位规定的格式，力学学科硕士论文还必须符合以下要求：

（1）论文选题方向明确，能涉及学科前沿，具有一定的理论意义或具有较好的应用前景。

（2）论文要有文献综述部分，对原始文献要重点论述，对近期研究文献给出详细分析，指出其研究意义与学术价值，并阐述所开展研究的意义。

（3）专业术语规范，引文注释合理；论文中首次出现的缩写应给出全称，且全文缩写单独列表给出，置于文前或参考文献之后。

（4）论文中涉及自编计算程序的，需规范整理与说明，不涉及保密的详细编程流程图或自编程序的核心部分，应以附录形式出现。

（5）论文中涉及实验的，必须有详细记录，必须保存原始实验数据，重要原始数据要在附录中列出；实验数据必须有误差统计分析；作结论时，不得人为剔除分散性大或不正常的数据。

2.质量要求

硕士学位论文应表明，作者在力学学科领域掌握了坚实的基础理论和系统的专门知识，熟悉所研究的领域，并对其学术前沿的研究动态较为了解，对所从事的研究课题能提出科学问题，实验设计合理，技术路线与研究方法先进，研究结果有独立见解和学术价值。论文应结构紧凑、逻辑严谨、文字流畅和图表规范。