力學學科十年規(guī)劃ppt課件

《力學學科十年規(guī)劃ppt課件》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《力學學科十年規(guī)劃ppt課件（27頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

力學-動力學與控制學科2011年-2020年十年發(fā)展戰(zhàn)略研究,1,提 綱,一、力學學科的分類、定義和特點 二、力學學科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 三、未來10年力學-動力學與控制學科發(fā)展布局 四、優(yōu)先發(fā)展領域與重大交叉研究領域 五、力學學科發(fā)展的保障措施,2,一、力學學科的分類、定義和特點,力學學科的分類：（國家自然科學基金委員會學科分類方法）,3,1.1 力學的定義與內(nèi)涵,力學研究介質運動、變形、流動的宏微觀行為，揭示力學過程及其與物理、化學、生物學等過程的相互作用規(guī)律。,1.2 動力學與控制的定義,動力學與控制是研究系統(tǒng)動態(tài)特性、動態(tài)行為與激勵之間的關系及其調節(jié)的力學分支學科 。,4,1.3 力學研究的突出特點,(1) 研究對象的多尺度差異，如從宏觀、細觀到微觀的跨尺度一體化研究； (2) 研究對象所處的超常環(huán)境，如載人飛船、水下發(fā)射、超深開采等造成的超高溫、超高速、超高壓等超常服役環(huán)境； (3) 研究系統(tǒng)的復雜性和非線性，將越來越多地涉及到大型機械系統(tǒng)、運載系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、微機電系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等高維非線性系統(tǒng)多場耦合復雜動力學與控制； (4) 從簡單的機械運動描述發(fā)展到揭示機械運動及其與物理、化學、生物學過程的相互作用規(guī)律； (5) 與其它學科的廣泛交叉，一方面與物理、數(shù)學、生命、材料、信息等學科交叉，另一方面與重大需求相關的工程學科交叉，如納米科技、航空航天科技、海洋科技、能源科技、環(huán)境與災害科技等。,5,1.4 動力學與控制學科的特征和特點,動力學與控制學科的發(fā)展呈現(xiàn)出高維非線性、非光滑性、隨機性、不確定性、多場耦合和復雜網(wǎng)絡等基本特征，具有以下幾方面特點：,動力學與控制學科輻射面廣、前沿和熱點研究問題多， 動力學與控制學科呈現(xiàn)出多學科交叉與融合的發(fā)展趨勢， 動力學與控制學科是力學中的經(jīng)典和快速發(fā)展的基礎學科之一， 動力學與控制學科同樣是一門有著重要工程背景的應用基礎科學。,6,二、力學學科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,近年來，我國學者在動力學與控制學科的理論和方法研究方面取得了許多新進展，縮小了與國外先進研究水平的差距，體現(xiàn)在以下幾方面：,非線性動力學 分析力學 多體系統(tǒng)動力學 隨機動力學 復雜運動控制 復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)動力學 轉子動力學 未來飛行器動力學 航天器動力學與控制 鐵道車輛系統(tǒng)動力學,7,2.1 國內(nèi)研究隊伍和研究條件,與動力學與控制學科研究領域的發(fā)展相適應，國內(nèi)已形成一支具有相當規(guī)模、老中青相結合、涉及領域和研究方向比較全面的研究隊伍。 粗略估計動力學與控制學科的固定研究人員約在1500-1800人左右， 流動研究人員約在1000人左右， 根據(jù)國家自然科學基金委員會數(shù)理科學部力學處的統(tǒng)計，動力學與控制學科的研究隊伍約占力學基礎研究隊伍總人數(shù)的19%-20%。,8,在一些高校中，動力學與控制學科的實驗條件和裝備與國際著名大學的動力學與控制實驗室已經(jīng)基本相當，例如，目前我國高校已經(jīng)擁有： Polytec激光測振儀 6噸和16噸電磁振動臺 LMS振動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 氣浮平臺 大型轉子實驗平臺 機車車輛滾動振動試驗臺 等一系列大型實驗設備和裝置。,9,近二十年來，有多個動力學與控制領域的研究成果獲得了國家級科技獎勵，包括 三個項目獲得國家自然科學二等獎， 五個項目分別獲得國家科技進步一等獎和二等獎。 在學科建設方面，動力學與控制學科共有 3個重點學科(一般力學與力學基礎)。 如果按一級學科進行分類，目前全國共有8個力學一級重點學科，覆蓋了32個二級重點學科。按照這樣分類，全國有 9個動力學與控制重點學科(一般力學與力學基礎)。,10,,與動力學學學科相關的國家重點實驗室,11,2.2 薄弱方向及存在的問題,分析我國力學學科的發(fā)展現(xiàn)狀，我國的力學研究存在如下一些具體的問題：,(1) 力學的各分支學科發(fā)展不平衡，在動力學與控制、固體力學、流體力學、生物力學等幾個主要學科中，其發(fā)展規(guī)模、研究前沿的把握、結合國家重大需求開展研究的能力、領軍人物的涌現(xiàn)、從事基礎研究的青年骨干隊伍等方面都各自存在改善的空間。 (2) 力學與其它基礎學科和工程科學的交叉還有待加強，表現(xiàn)為對被交叉的學科理解有限、難以提出雙方共同感興趣的前沿科學問題；對國家重大需求中力學問題的分析不足，限制了力學在國家戰(zhàn)略需求中發(fā)揮更大的作用。,12,(3) 實驗方面，一方面，相應的傳統(tǒng)測試技術不再適用，導致在實驗加載和測量技術方面面臨技術瓶頸。另一個突出的嚴重挑戰(zhàn)是理論與實驗脫節(jié)，造成實驗分析方法與表征方法的匱乏。 (4) 計算軟件，我國計算力學軟件由于缺少持續(xù)的資金資助、高效的核心算法、有效的管理體制和科學的評價體制，十分缺乏基于高效算法、先進硬件和網(wǎng)絡體系結構下的高性能、大規(guī)模、多尺度、多場耦合的通用和專用計算力學軟件。普遍存在集成與系統(tǒng)升級維護能力弱，有核心功能但缺乏輔助功能，缺乏開放性和二次開發(fā)能力，缺乏完善的質量保障體系等問題。,13,2.3 動力學與控制學科存在的問題,(1) 較少涉足全新的領域，在與高新技術、新材料相關的某些領域中，動力學與控制的研究還基本處于空白。因此，原創(chuàng)性研究較少，不少項目以跟蹤性研究為主，有些項目甚至與國外已有研究相重復。 (2) 大部分項目以理論和方法的研究為主，以通過簡單算例驗證而告終，沒有形成可以工程化的軟件。因此，在大型轉子系統(tǒng)動力學、航空航天動力學和車輛動力學等涉及真實工程系統(tǒng)的動力學分析和設計方面，我國學者提出的方法未能得到廣泛的應用，缺少具有自主知識版權的大型工程化軟件。 (3) 研究力量比較分散，沒有多少國家級層面上的研究團隊和計劃。 (4) 面向國家重大戰(zhàn)略需求的應用基礎研究較為薄弱，在國家戰(zhàn)略需求和重大工程科學研究過程中所發(fā)揮的作用還不是十分顯著。,14,三、未來10年力學-動力學與控制學科發(fā)展布局,3.1 總體發(fā)展戰(zhàn)略布局和發(fā)展目標,我國力學學科未來10年發(fā)展的指導思想和思路： (1) 立足于力學學科前沿的科技布局，突出重點，以實現(xiàn)科學原始創(chuàng)新、推動跨越式發(fā)展為目標； (2) 針對國家重大需求，根據(jù)我國航空航天、 海洋工程、能源技術、環(huán)境災害、重大裝備、人體健康等領域的需求，不斷發(fā)展力學學科的新概念、新理論、新技術和新方法，著力發(fā)展支撐經(jīng)濟發(fā)展和國防安全相關的力學學科生長點； (3) 努力促進力學學科與其它學科的交叉，在基礎前沿科學研究和與國家重大戰(zhàn)略需求相關的力學學科領域取得重要進展乃至重大突破。,15,我國力學學科未來10年的發(fā)展目標： (1) 全面提升力學學科的國家地位，充分發(fā)揮力學作為基礎學科的引領作用，繼續(xù)保持在一些前沿領域研究中的優(yōu)勢和特色，加強學科交叉與融合； (2) 努力發(fā)揮力學學科支撐國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全建設的主力軍作用，針對國家發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求，著力解決國家經(jīng)濟建設和科技發(fā)展中所提出和遇到的關鍵力學問題； (3) 造就一支高水平的力學研究隊伍，培養(yǎng)一批杰出的力學領軍人才，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展與國家安全的源頭創(chuàng)新和面對激烈國際科技競爭提供高層次人才支撐； (4) 經(jīng)過10年的努力，縮小同美、俄、歐等先進國家的差距，力爭躋身于世界力學強國的行列。,16,我國力學學科未來10年的發(fā)展布局： 1．學科點布局，目前我國力學學科布局和教育體系仍需不斷完善。需要加強學科統(tǒng)籌和布局，從國家層面統(tǒng)籌高等學校、研究機構、工業(yè)部門研究機構的學科點設置和分類。 2．學科發(fā)展方向布局，(1) 緊緊把握學科前沿領域，(2) 注重交叉學科領域和新興生長點，(3) 提升從國家重大戰(zhàn)略需求中提煉科學問題的能力。 3．平臺建設，推動力學的大型研究基地、大型實驗設施等建設，支撐原始創(chuàng)新的實驗，支撐未來關鍵和核心技術的發(fā)展。這方面的布局涉及三個方面：(1) 建議科技部建立一些新興力學國家重點實驗室，(2) 布局能夠支撐國家重大戰(zhàn)略需求的大型實驗設施，(3) 建議建立如美國橡樹嶺實驗室類似的力學國家實驗室和力學國家工程研究中心。,17,3.2 動力學與控制學科發(fā)展布局和重點發(fā)展方向,我國動力學與控制學科未來10年發(fā)展布局： 從國內(nèi)外的發(fā)展趨勢來看，工程系統(tǒng)動力學與振動問題的建模、分析、設計和控制的一般理論和方法是目前動力學與控制學科的主要研究范疇，在今后10年至20年里，其總體發(fā)展趨勢是向高維和無限維、非線性、隨機性、不確定性、多尺度和多場耦合系統(tǒng)動力學、振動與控制的理論研究與應用方向發(fā)展。 今后所研究的工程系統(tǒng)將日益復雜，可能包括各種非線性因素，機、電、磁、熱和流等多場耦合因素，邊界與結合部效應，微機電系統(tǒng)引起的多尺度效應等。,18,因此，迫切需要發(fā)展新的非線性動力學理論、多體系統(tǒng)動力學理論、振動理論與控制、新的控制理論與方法、以及各種分析、實驗與數(shù)值仿真技術來研究工程系統(tǒng)的大范圍動力學與非線性振動特性。 要基于對工程系統(tǒng)動力學與振動特性的深刻理解來發(fā)展新的優(yōu)化方法，實現(xiàn)對工程系統(tǒng)的動力學設計，還要發(fā)展各種主動控制乃至智能控制方法來使工程系統(tǒng)獲得所需要的運動規(guī)律和特性。 緊密結合國家重大戰(zhàn)略需求和工程實際對動力學與控制學科的發(fā)展將是至關重要的，只有加強結合國家重大戰(zhàn)略需求的動力學與控制基礎研究和應用基礎研究，發(fā)揮其在建設創(chuàng)新型國家中的引領和支撐作用，才能在解決工程技術問題及與其它學科的交叉中找到自己的發(fā)展方向，才能不斷豐富學科內(nèi)涵、拓展學科發(fā)展空間，保持旺盛的生命力。,19,基于以上分析和考慮，在今后10年內(nèi)，規(guī)劃并遴選出動力學與控制學科的重點發(fā)展方向、優(yōu)先發(fā)展領域以及重大交叉領域，同時做好布局相應的動力學與控制學科國家基礎研究基地，規(guī)劃好研究隊伍和國際合作方向。 因此，將分為幾個層面對動力學與控制學科進行科學規(guī)劃和布局。 (1) 學科前沿研究層面， (2) 學科基礎研究層面， (3) 學科交叉方向研究層面， (4) 學科新興方向研究層面。,20,我國動力學與控制學科未來10年的重點發(fā)展方向： (1) 高維非線性系統(tǒng)復雜動力學的理論與應用研究， (2) 多體系統(tǒng)動力學與控制， (3) 隨機系統(tǒng)動力學與控制， (4) 分析動力學與控制， (5) 復雜網(wǎng)絡與神經(jīng)系統(tǒng)動力學與控制， (6) 未來飛行器的動力學與控制。,21,造就一支高水平的動力學與控制研究隊伍，培養(yǎng)一大批杰出的動力學與控制學科科研人才， 新建設2-3個以動力學與控制學科為主體的國家重點實驗室，新培育2-3個全國重點學科。 新建設2-3個以動力學與控制學科為主體的國家級工程研究中心。 加強國際合作與交流，爭取新創(chuàng)辦2-3份國際學術期刊。,我國動力學與控制學科未來10年發(fā)展需要采取的措施：,22,3.3 大型平臺建設計劃需求分析,未來10年里，動力學與控制學科需要國家進一步加大投入，加強大型實驗設備和實驗儀器的建設，為了使動力學與控制學科的發(fā)展能夠滿足國家的重大戰(zhàn)略需求、重大裝備的研制和大型復雜結構的建造，需要 多通道大型動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 50噸以上大型電磁振動實驗臺， 大型復雜結構動態(tài)加載裝置和系統(tǒng)， 大型流固耦合和氣動彈性實驗裝置和系統(tǒng)， 高速機車滾動實驗裝置， 高性能大型三維激光測振系統(tǒng)， 各種新型的高性能動態(tài)傳感器等。,23,四、優(yōu)先發(fā)展領域與重大交叉研究領域,高維非線性系統(tǒng)動力學與控制，隨機系統(tǒng)動力學與控制，多體系統(tǒng)動力學與控制， 變形體強度理論與破壞機理，多場耦合理論與智能材料及結構力學，超常環(huán)境下結構響應與爆炸沖擊力學，多尺度力學及跨尺度關聯(lián)， 可壓縮湍流與流動穩(wěn)定性，非定常流動/運動耦合及其控制，復雜相間作用的多相流，高速高壓水動力學， 人類健康與重大疾病的生物力學問題、空間生物力學基礎、生物材料力學與運動、仿生力學， 大規(guī)模數(shù)值模擬與高效算法， 力學實驗技術與儀器研制。,4.1 16個力學學科優(yōu)先發(fā)展領域：,24,4.2 重大交叉領域,重大裝備中的關鍵力學問題, 重大環(huán)境演化和突變中的關鍵力學問題, 新能源與綠色能源中的關鍵力學問題, 生命體的力學-生物學與力學-化學耦合, 航空航天領域的關鍵力學問題, 海洋工程中的關鍵力學問題, 微重力科學。,未來10年力學學科的重大交叉領域為：,25,五、力學學科發(fā)展的保障措施,1. 國家有關部門加大重視，始終將力學學科作為獨立的基礎學科 2. 加強力學學科實驗支撐平臺建設 加大自主研發(fā)力學實驗設備和儀器的支持力度 增設力學類國家重點實驗室和國家實驗室 3. 加強力學學科計算支撐平臺建設 4. 積極組織國家重大專項和重大項目，帶動力學學科的發(fā)展 科技部在973計劃的技術科學領域單列力學學科的相關項目，加大對力學學科的支持。 5. 重視學科交叉，培養(yǎng)交叉性、復合型力學人才 6. 重視后備人才培養(yǎng)，促進青年人快速成長,26,謝謝!,27,