力學作為“理科之先行,工科之基礎”,連接了基礎與應用,是橫跨理工的橋梁。本書以“基礎力學”、“流體力學”、“固體力學”、“交叉力學”四個板塊進行展示,頭尾為從基礎到交叉,中間嵌入了力學的兩大主流領域區(qū)分,凝練了70個力學基本問題。本書中所列出的問題并不是一張完整的清單。它們是具有根本性的問題,不是當今知識的簡單結合或應用,而是應該在今后力學的發(fā)展中起到樞紐性作用的新知識點,是尚未認清的問題。本書旨在探究若干個力學基本問題的起源與基礎,闡述力學作為連接工程與科學的橋梁,在引領和主導科學發(fā)展方面的基礎作用。
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1981年-1985年 博士 布朗大學 固體與結構力學專業(yè)
1978年-1981年 碩士 清華大學 固體力學專業(yè)
1973年-1976年 學士 西北工業(yè)大學 鍛壓專業(yè)2018年-至今 浙江大學,航空航天學院,教授
2013年-2018年 國家自然科學基金委員會主任
2006年-2013年 浙江大學校長
2004年-2006年 清華大學,航天航空學院,教授,國務院學位委員會辦公室主任兼教育部學位管理與研究生教育司司長,清華大學學術委員會主任(2004-2006)
1985年-2004年 清華大學,工程力學系,講師(1985),副教授(1986),教授(1989),清華大學工程力學系主任 (1997-2004),教育部“長江學者”特聘教授(1999-2004)力學作為通訊作者、第一作者及參與發(fā)表SCI論文200余篇。代表性論文如下:1.Yang, Wei; Wang, HongTao; Li, TieFeng; X-Mechanics-An endless frontier, SCIENCE CHINA-PHYSICS MECHANICS & ASTRONOMY, 62: 1, 014601, JAN 2019.
2.Li, Tiefeng; Li, Guorui; Liang, Yiming; et al., Fast-moving soft electronic fish, SCIENCE ADVANCES, 3: 4, e1602045, APR 2017.
3.Yang, W., Boost basic research in China. Nature 534, 467-469, 2016.
4.Yang W. and Zhu T., Switch-toughening of ferroelectrics subjected to electric fields, J. Mech. Phys. Solids, vol. 46.
等2020.06 至今 中國國際中文教育基金會理事長
2020.11 至今 中國學位與研究生教育學會會長
自序
引言
0.1 循史:力學的引領式發(fā)展
0.2 前瞻:力學3.0的構架
0.3 物質世界的力學
0.4 精神世界的力學
第一篇 基礎力學
第1章 確定性與不確定性
1.1 從牛頓力學到可知論到機械唯物論
1.2 理性力學與公理化體系
1.3 本原不確定性:海森堡原理
1.4 隨機與統(tǒng)計:薛定諤方程的演變
1.5 自然法則的不確定性:對因果律的爭論
1.6 數學不確定性:非線性、分叉、混沌與奇怪吸引子
1.7 信息不確定性:模糊力學
1.8 宏觀不確定性
第2章 連續(xù)與間斷
2.1 稠密性與連續(xù)性
2.2 連續(xù)與間斷的跨層次交替
2.3 泡利不相容原理
2.4 量子化:能量、空間與時間
2.5 符號主義:數理邏輯與算符演繹
第3章 因果與關聯(lián)
3.1 力學基本規(guī)律的因果陳述:從墨子到亞里士多德到牛頓
3.2 因果表達的對稱性與美感
3.3 從還原論到歸納法
3.4 唯象理論:從現(xiàn)象關聯(lián)到數據關聯(lián)
3.5 人工智能的三個來源
3.6 非結構化數據
3.7 關聯(lián)度空間與數據驅動
3.8 因果律與關聯(lián)律的互鑒
第4章 時間的指向與時空觀
4.1 時間指向與記憶衰減原理
4.2 老化與回復
4.3 熵增原理與不可逆過程
4.4 量子態(tài)的時空觀
4.5 物質態(tài)的光速不可逾越與量子信息態(tài)的瞬時改變
4.6 時間的最小步長
第5章 質量的起源與表象
5.1 牛頓質量:物質的含量
5.2 質量與速度:愛因斯坦的質能公式
5.3 質量與時空的交織:廣義相對論與引力波
5.4 費米子與波色子
5.5 中微子的質量與中微子振蕩
5.6 楊-米爾斯場與質量的缺失
5.7 質量賦予機制:希格斯理論
5.8 質量描述:自發(fā)對稱性的殘缺
第二篇 流體力學
第6章 N-S方程與湍流
6.1 千禧年的七大數學問題
6.2 N-S方程的存在性與光滑性
6.3 從機翼繞流看渦街與湍流的形成
6.4 湍流的統(tǒng)計理論
6.5 湍流層次律
6.6 湍流的場平均與模式理論
6.7 湍流的結構理論
6.8 湍流的能量級聯(lián)
6.9 N-S方程的計算
第7章 渦的物質與圖像描述
7.1 渦動力學
7.2 無粘流體的渦面守恒律
7.3 物質面的拉格朗日描述
7.4 渦面場演化的跟蹤
7.5 渦場的三參數表征理論
第8章 分子自由程:從稀薄氣體到非牛頓流體
8.1 分子自由程與結構特征尺度
8.2 玻爾茲曼統(tǒng)計理論
8.3 格子玻爾茲曼方法
8.4 玻爾茲曼方程的矩統(tǒng)計
8.5 稀薄氣體力學的四種表征形態(tài)
8.6 高階矩統(tǒng)計
8.7 非牛頓流體
第9章 阻力與升力的極致構象
9.1 普朗特機翼理論
9.2 布拉修斯層流邊界層解
9.3 轉捩與二次擾動
9.4 湍流邊界層
9.5 阻力與升力的計算
9.6 高速列車與極低軌空天飛行器理論
第10章 燃燒與爆轟
10.1 熱傳導與輻射
10.2 強對流
10.3 多相流
10.4 PDF方法
10.5 湍流燃燒
10.6 火焰穩(wěn)定性
10.7 爆轟波
第三篇 固體力學
第11章 理想硬度與理想強度
11.1 Frenkel假設下的理想強度
11.2 Griffith缺陷理論
11.3 Lindemann理論
11.4 Born的晶格穩(wěn)定性理論
11.5 強硬固體的探求
11.6 理想硬度:缺陷移動的密集防御
11.7 理想強度:消除臨界尺寸以上的缺陷
11.8 調控塑性:重塑能帶的輸運行為
第12章 納米尺度下的極端力學
12.1 低維固體
12.2 Rayleigh不穩(wěn)定性 — EMU原理
12.3 從粉筆到珍珠貝
12.4 高熵合金的應變熔化
12.5 納米冰單晶纖維的極致彈性
12.6 原子精度制造
第13章 模量的可控性與輸運性能
13.1 光、電、磁、聲、力的基本方程與斗篷理論
13.2 變換效應
13.3 五模材料
13.4 超材料與輸運性能的調制
13.5 能帶設計與能帶工程
第14章 缺陷運行的極限速度
14.1 Eshelby的位錯運行極限速度
14.2 裂紋運行速度的禁區(qū)
14.3 跨聲速分層理論
14.4 地震中的超剪切與激波
14.5 超聲速擴展裂紋
14.6 超聲速位錯運行
14.7 高能流引致的缺陷演化
第15章 可編程固體
15.1 多物理場下的固體變形
15.2 傳感/致動/控制與可編程
15.3 3-D打印技術
15.4 4-D打印技術與時空設計
15.5 從智柔體到生命體
第四篇 交叉力學
第16章 介質交叉
16.1 流固介質交叉:廣義軟物質
16.2 軟物質力學
16.3 可轉變性與可控制性
16.4 智柔體力學
16.5 生命力學
第17章 層次交叉
17.1 層次交叉的三種路線
17.2 跨層次實驗觀察
17.3 跨層次模擬計算
17.4 跨層次信號感知
17.5 跨層次失效控制
17.6 跨層次多物理耦聯(lián)
第18章 剛柔交叉
18.1 剛柔動力學
18.2 剛柔組合體的控制 — 達芬奇手術機器人
18.3 剛柔協(xié)同控制
18.4 高機動性足式機器人:本征動力學
18.5 足式機器人的步態(tài)轉換與地形適應
18.6極高靜水壓力下的剛柔組合體
第19章 質智交叉
19.1 物理/生命/信息三元世界
19.2 生命力的體現(xiàn)
19.3 信息力的體現(xiàn)
19.4 數值孿生與阿凡達模擬范式
19.5 數智能力向實質物體的遷移
19.6 通用人工智能
結束語
宏微觀結合的力學
多物理場共融的力學
有形與無際之間的力學