固体力学

固体力学，科学关注强调，变形，以及未能固体材料和结构。

那么，固体是什么呢?任何材料,流体或者固体，可以支持正常的力。这些力垂直于或垂直于它们作用的物质平面。的力这个平面的单位面积叫做法向应力．池塘底部的水，汽车轮胎中的空气，罗马拱门的石头，山脚下的岩石，加压机舱的外壳，拉伸的橡皮筋，以及跑步者的骨头都以这种方式支撑力(有些只在力是压缩时才有)。

如果一种物质也能支撑物质，则称为固体而不是流体剪切一些自然过程或感兴趣的技术应用的时间尺度上的力。剪切力的方向是平行的，而不是垂直于它们作用的材料表面;单位面积上的力称为剪切应力．例如，考虑一根垂直的金属棒，它的上端固定在一个支架上，下端附加了一个重物。如果人们通过杆的材料来考虑一个水平表面，很明显，杆可以承受正应力。但它也支持剪应力，当人们考虑通过一个既不是水平也不是垂直的平面的力时，这就变得很明显了。因此，水和空气不能提供长期的剪切应力支撑，而花岗岩、钢和橡胶通常可以，因此被称为固体。晶体:原子或分子紧密结合的物质，如在熔化后形成的晶体温度由大多数物质或简单化合物和非晶玻璃和许多聚合物物质在足够低的温度下形成的结构通常被认为是固体。

固体和流体之间的区别并不精确，在许多情况下将取决于时间尺度。想想地球上的热岩石地幔．当一个大的地震发生时，一个相关的变形扰动称为地震波传播通过相邻整个地球都开始震动，在一次足够大的地震之后，精确的仪器可以在几周内检测到这种震动。然后，地幔的岩石被描述为固体——在时间尺度上，比如说，在数万年到数千年的时间里，它们也会是固体，在此期间，震源地区的压力会重建到足以引起一次或几次重复的地震。但在更长的时间尺度上，比如在100万年的量级上，地幔的热岩石无法承受剪应力，无法以流体的形式流动。这种物质叫做橡皮泥(商标)，一种许多孩子熟悉的聚合硅胶凝胶，是另一个例子。如果把一个球放在室温下的桌子上，它会在几分钟到一小时的时间尺度上流动和变平。但是，如果把橡皮泥像球一样拿起来扔向墙壁，这样大的力只在撞击的短时间内起作用，橡皮泥就会反弹回来，并保持它的形状，就像高度弹性的固体一样。

几种类型的固体可以根据它们的机械性能来区分。在简单但常见的情况下，当固体材料在足够低的温度或很短的时间尺度下加载，并且应力大小足够有限，其变形在卸载后完全恢复。这种材料就被称为弹性．但物质也可能永久变形，所以不是所有的变形都能恢复。例如，如果一个金属衣架大幅弯曲，然后释放载荷，它只会部分弹回最初的形状;它不能完全恢复，但仍然弯曲。衣架的金属已经永久变形，在这种情况下，永久变形不是那么多结果在足够高的温度下长期加载，但更多的是使材料承受大应力(高于屈服应力)的结果，永久变形被描述为塑性变形这种材料被称为弹塑性材料。一种主要取决于暴露在压力下的时间的永久变形——而且往往随着暴露时间的增加而显著增加——被称为粘性或蠕变，变形，以及表现出这些特征的材料，以及弹性响应的趋势，被称为粘弹性固体(有时是粘塑性固体，此时强调的是永久应变，而不是卸载后应变的部分恢复趋势)。

固体力学有很多应用。所有那些试图理解包括固体的受力、变形、流动和断裂等自然现象的人，以及所有那些想要了解这些现象以改善生活条件和实现人类目标的人，都对固体力学有用处。当然，后一种活动是域固体力学的许多重要的现代分支领域已经由有关的工程科学家积极发展，例如，机械，结构，材料，土木，或航空航天工程．研究了涉及固体力学的自然现象地质地震学和构造物理学，在材料科学和物理凝聚态物质，以及生物学和生理学的一些分支。此外，由于固体力学提出了具有挑战性的数学和计算问题，它(以及流体力学)长期以来一直是应用数学家关注的重要课题，例如，用偏微分方程和数值技术进行计算数字计算机物理问题的公式。

下面是使用固体力学概念解决的一些问题的示例:在地球的流体是如何发展的地幔并导致大陆移动和海底在它们下面缓慢地俯冲(即被推入)?山是如何形成的?地震时沿断层发生了什么过程，所产生的扰动又是怎样的传播以地震波的形式穿过地球，使建筑物和桥梁摇晃，甚至倒塌?山体滑坡是如何发生的?粘性土上的结构如何随时间沉降，最大承载是多少压力建筑物的基础可以施加在土壤或岩石基础上而不破裂?为了制造安全、可靠、耐用和经济的结构——无论是机体、桥梁、船舶、建筑物、椅子、人工心脏阀门，电脑芯片——制造机械，如喷气发动机、泵和自行车?交通工具(汽车、飞机、轮船)如何反应振动它们移动的表面或介质的不规则性，以及如何控制振动以达到舒适、降噪和抗疲劳失效的安全性?在一个循环加载的结构中，无论是桥梁、发动机，还是飞机机翼或机身，裂缝会以多快的速度增长，什么时候会发生灾难性的传播?如何控制结构在冲击过程中的变形，从而设计车辆的耐撞性?技术文明的材料和产品是如何形成的?，by extruding metals or polymers through dies, rolling material into sheets, punching out complex shapes, and so on? By what microscopic processes do plastic and creep strains occur in polycrystals? How can different materials, such as fibre-reinforced composites, be fashioned together to achieve combinations of stiffness and strength needed in specific applications? What is the combination of material properties and overall response needed in downhill skis or in a tennis racket? How does the human skull respond to impact in an accident? How do heart muscles control the pumping of blood in the人体，当动脉瘤出现时，会出现什么问题?