中国学科发展战略·固体力学----中国科学院学部学术引领专题

中国学科发展战略联合领导小组

组长：高鸿钧李静海

副组长：秦大河韩宇

成员：王恩哥朱道本陈宜瑜傅伯杰李树深杨卫董国轩张兆田王笃金杨俊林杨列勋苏荣辉冯雪莲孙瑞娟王长锐姚玉鹏

陈拥军于晟王岐东

联合工作组

组长：苏荣辉于晟

成员：龚旭孙粒高阵雨李鹏飞钱莹洁薛淮冯霞马新勇

专家顾问组

（按姓氏拼音排序）

白以龙程耿东崔俊芝杜善义郭万林韩杰才胡海岩黄克智汲培文雷天刚刘人怀孟庆国申长雨王自强魏悦广

伍小平谢和平杨卫于起峰翟婉明詹世革张攀峰张统一郑泉水郑晓静郑哲敏钟万勰

编写组

组长：方岱宁

副组长：郭旭刘彬

成员（按姓氏拼音排序）：陈少华陈伟球陈小前冯雪季葆华康国政李振环梁军曲绍兴申胜平王成王记增魏宇杰

秘书组（按姓氏拼音排序）：陈浩森陈少华裴永茂彭志龙张一慧

固体力学是从多尺度、多层次上研究固体物质及其构成的结构系统在外界因素作用下受力、变形、破坏等行为和相关效应的力学（mechanics）分支学科。其在现代工业和人类生活中发挥着极为重要的作用，不仅直接造就了近代土木建筑、机械制造和航空航天等行业的进步与繁荣，极大地拓展了人类的活动范围，改善了人类生活质量，而且为自然与工程科学的发展提供了理论基础和可借鉴的成功研究范式。伴随着科学技术和国民经济的快速发展，固体力学进入了一个新的发展时期，无论在创新研究能力上还是在研究的广度和深度上，都发生了深刻的变革。

进入新时代，新型材料和先进结构不断涌现且其服役环境日趋复杂与极端。为了刻画各种先进固体材料 / 结构在复杂甚至极端环境下的跨层次、多尺度、多场耦合力学行为，迫切需要构建新的本构关系，揭示新的破坏机理，发展新的强度理论；迫切需要突破现有计算和实验体系、范式的局限，为固体力学基础理论研究和工程应用提供更有力的方法和工具支撑；迫切需要强化与其他学科之间的交叉融合，开辟固体力学研究新疆域，充分发挥固体力学解决其他学科瓶颈的关键作用。本书结合学科发展前沿和国家重大需求，从新型本构关系与强度理论、新型计算与实验表征方法，以及固体力学与其他学科交叉研究等方面，对固体力学的未来发展趋势做了全面思考，介绍了许多固体力学新的分支学科和交叉学科。

在学科发展战略研究领导小组的统一部署下，项目组成立了以方岱宁院士任组长，郭旭、刘彬教授任副组长的固体力学学科发展战略研究编写组。自 2018 年 1 月启动固体力学学科发展战略研究工作以来，按照战略研究的总体部署，共召开了多次战略研究组和秘书组联合会议，讨论和确定了本书的整体结构和定位、新时期固体力学的定义、学科体系结构设置、优先发展领域和重大交叉研究领域、保障措施等问题。

通过对本学科发展战略的研究，明确了固体力学的科学意义与战略地位；总结了固体力学的特点和发展规律；分析了固体力学的发展现状与态势；梳理了固体力学尚未完全解决的重要科学问题，指出了固体力学的新使命与新机遇；明确了未来 5～10 年固体力学面临的重要科学问题，确定了面向学科前沿的优先发展方向和研究重点，指出了面向国家“卡脖子”问题的优先发展方向和研究重点，概括了未来具有引领性的研究方向；最后，提出了固体力学发展的保障措施与政策建议。本书旨在为固体力学健康稳定地发展奠定坚实的科学基础，促进固体力学在支撑解决国家重大需求、产生原创性基础研究成果等方面做出应有的贡献。

2019 年 10 月，多位院士对本书阶段性工作提出的意见和建议，对完善与提高本书的水平和质量起到了非常重要的作用。

根据固体力学学科发展战略研究编写组的时间进度安排，秘书组共召开了 10 余次会议，逐步推进本书的撰写工作。在编写前期，为了广泛征集素材，编写组专门设计问卷，广泛征集了固体力学专家的意见和建议；在编写中期，编写组进行了系统的文献计量学统计；在撰写过程中，秘书组还邀请了力学界相关学者提供材料，补充报告内容。本书完稿后，又征求了固体力学界众多专家学者的意见，使其得到了进一步的完善。本书是在固体力学学科发展战略研究编写组充分调研和深入交流的基础上形成的，同时得到了众多专家学者的关心和帮助，在此表示衷心感谢。

本书由方岱宁、郭旭、刘彬设计和组织，各章撰写人员如下。第一章和第二章：方岱宁、郭旭；第三章：方岱宁、郭旭、刘彬总体负责，陈少华、陈伟球、陈小前、冯雪、季葆华、康国政、李振环、梁军、裴永茂、彭志龙、曲绍兴、申胜平、王成、王记增、魏宇杰、张一慧（按姓氏拼音排序）参与撰写；第四章：方岱宁、郭旭、刘彬总体负责，陈浩森、陈伟球、冯雪、康国政、李振环、梁军、裴永茂、曲绍兴、申胜平、魏宇杰、张超、张一慧（按姓氏拼音排序）参与撰写；第五章：方岱宁、魏宇杰。

对书中的不足之处，欢迎读者批评指正。

方岱宁

2020 年 7 月

总序

前言

摘要

Abstract

第一节固体力学的定义和科学意义

第二节固体力学的战略地位

一、固体力学为自然科学和工程科学发展提供科学基础

二、固体力学极大地促进了社会发展和科技进步

三、固体力学的发展影响和促进多学科交叉融合

四、固体力学是培养创新型人才的摇篮

五、固体力学在我国创新型国家建设中将持续发挥重要作用

第一节固体力学的特点

一、基础与工程的特征双重性

二、持久广泛的学科交叉性

三、与时俱进的持续发展性

第二节固体力学的发展规律

第一节固体力学的总体发展现状

一、世界范围内固体力学的发展现状

二、我国固体力学的发展现状

三、我国学者对固体力学的重要贡献

四、固体力学对重大工程和经济建设的重要贡献

五、固体力学的国际地位分析

第二节固体力学的发展态势与尚未解决的重要科学问题

一、固体本构关系与变形理论

二、固体强度与破坏失效

三、固体材料/结构动态力学行为

四、计算固体力学理论与方法

五、实验固体力学方法

六、固体力学与其他学科交叉

七、固体力学与国家重大需求

第三节固体力学的新使命与新机遇

一、固体力学与理工融合

二、固体力学与军民融合

三、固体力学与医工融合

四、固体力学与数据科学/人工智能融合

第一节未来5～10年固体力学面临的重要科学问题

一、非经典本构关系与变形理论

二、固体的多场多尺度破坏机理和强度理论

三、材料动态本构行为与复杂结构动力学

四、基于几何/数据/设计驱动的新型计算固体力学

五、材料与结构内部力学参量的实验测试与表征方法

六、新兴交叉力学

第二节面向学科前沿的优先发展方向和研究重点

一、超构材料的广义本构关系与变形机理

二、微电子器件力学

三、软物质力学

四、动态细观力学

五、固体多场耦合力学

六、多尺度及跨尺度力学

第三节面向国家“卡脖子”问题的优先发展方向和研究重点

一、自主可控计算固体力学软件系统

二、复杂环境下力学响应测试表征方法与新型仪器

三、流固耦合结构力学理论与计算方法

四、面向先进制造的设计制造一体化工艺力学

五、物理检测与虚拟实验相融合的结构强度与寿命评价

第四节未来具有引领性的研究方向

一、先进结构技术

二、交叉力学

三、极端力学

四、基于数据驱动的力学计算

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