固体力学

固体力学，又称固体力学，是连续介质力学的一个分支，研究固体材料的行为，特别是研究固体材料在力、温度变化、相变和其他外部或内部因素作用下的运动和变形。

固体力学是民用、航空航天、核能、生物医学和机械工程、地质学以及材料科学等许多物理学分支的基础。 它在许多其他领域都有特定的应用，例如了解生物的解剖结构，以及假牙和外科植入物的设计。 固体力学最常见的实际应用之一是欧拉-伯努利梁方程。 固体力学广泛使用张量来描述应力、应变以及它们之间的关系。

固体力学是一门庞大的学科，因为可用的固体材料范围很广，例如钢材、木材、混凝土、生物材料、纺织品、地质材料和塑料。

固体是一种在自然或工业过程或作用期间可以在给定时间范围内承受大量剪切力的材料。 这就是固体与流体的区别，因为流体还支持法向力，这些法向力垂直于它们作用的材料平面，而法向应力是该材料平面每单位面积的法向力。 与法向力相反，剪切力平行于材料平面而不是垂直于材料平面，每单位面积的剪切力称为剪切应力。

因此，固体力学研究固体材料和结构的剪切应力、变形和失效。

固体力学中最常见的主题包括：

• 结构的稳定性 - 检查结构是否可以在干扰或部分/完全失效后恢复到给定的平衡
• 动力系统和混沌 - 处理对给定初始位置高度敏感的机械系统
• 热力学 - 使用源自热力学原理的模型分析材料
• 生物力学 - 应用于生物材料的固体力学，例如 骨骼、心脏组织
• 地质力学 - 应用于地质材料的固体力学，例如 冰、土壤、岩石
• 固体和结构的振动 - 检查振动粒子和结构的振动和波传播，这在机械、土木、采矿、航空、海事/海洋、航空航天工程中至关重要
• 断裂和损伤力学 - 处理固体材料中的裂纹扩展力学
• 复合材料 - 适用于由多种化合物组成的材料的固体力学，例如 增强塑料、钢筋混凝土、玻璃纤维
• 变分公式和计算力学 - 从固体力学的各个分支中产生的数学方程的数值解，例如 有限元法（FEM）
• 实验力学 - 设计和分析用于检查固体材料和结构行为的实验方法

流变学领域呈现出固体力学和流体力学之间的重叠。

材料具有静止形状，并且其形状由于应力而偏离静止形状。 偏离静止形状的量称为变形，变形与原始尺寸的比例称为应变。 如果施加的应力足够低（或施加的应变足够小），几乎所有固体材料的行为方式都是应变与应力成正比； 该比例的系数称为弹性模量。 该变形区域称为线性弹性区域。

由于易于计算，固体力学分析师最常使用线性材料模型。 然而，真实材料通常表现出非线性行为。 随着新材料的使用和旧材料被推向极限，非线性材料模型正变得越来越流行。