力學(xué)學(xué)科十年規(guī)劃ppt課件

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力學(xué)-動力學(xué)與控制學(xué)科2011年-2020年十年發(fā)展戰(zhàn)略研究,1,提 綱,一、力學(xué)學(xué)科的分類、定義和特點(diǎn) 二、力學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 三、未來10年力學(xué)-動力學(xué)與控制學(xué)科發(fā)展布局 四、優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域與重大交叉研究領(lǐng)域 五、力學(xué)學(xué)科發(fā)展的保障措施,2,一、力學(xué)學(xué)科的分類、定義和特點(diǎn),力學(xué)學(xué)科的分類：（國家自然科學(xué)基金委員會學(xué)科分類方法）,3,1.1 力學(xué)的定義與內(nèi)涵,力學(xué)研究介質(zhì)運(yùn)動、變形、流動的宏微觀行為，揭示力學(xué)過程及其與物理、化學(xué)、生物學(xué)等過程的相互作用規(guī)律。,1.2 動力學(xué)與控制的定義,動力學(xué)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(guān)系及其調(diào)節(jié)的力學(xué)分支學(xué)科 。,4,1.3 力學(xué)研究的突出特點(diǎn),(1) 研究對象的多尺度差異，如從宏觀、細(xì)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(fù)雜性和非線性，將越來越多地涉及到大型機(jī)械系統(tǒng)、運(yùn)載系統(tǒng)、智能系統(tǒng)、微機(jī)電系統(tǒng)和生物系統(tǒng)等高維非線性系統(tǒng)多場耦合復(fù)雜動力學(xué)與控制； (4) 從簡單的機(jī)械運(yùn)動描述發(fā)展到揭示機(jī)械運(yùn)動及其與物理、化學(xué)、生物學(xué)過程的相互作用規(guī)律； (5) 與其它學(xué)科的廣泛交叉，一方面與物理、數(shù)學(xué)、生命、材料、信息等學(xué)科交叉，另一方面與重大需求相關(guān)的工程學(xué)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(zāi)害科技等。,5,1.4 動力學(xué)與控制學(xué)科的特征和特點(diǎn),動力學(xué)與控制學(xué)科的發(fā)展呈現(xiàn)出高維非線性、非光滑性、隨機(jī)性、不確定性、多場耦合和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等基本特征，具有以下幾方面特點(diǎn)：,動力學(xué)與控制學(xué)科輻射面廣、前沿和熱點(diǎn)研究問題多， 動力學(xué)與控制學(xué)科呈現(xiàn)出多學(xué)科交叉與融合的發(fā)展趨勢， 動力學(xué)與控制學(xué)科是力學(xué)中的經(jīng)典和快速發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科之一， 動力學(xué)與控制學(xué)科同樣是一門有著重要工程背景的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)。,6,二、力學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢,近年來，我國學(xué)者在動力學(xué)與控制學(xué)科的理論和方法研究方面取得了許多新進(jìn)展，縮小了與國外先進(jìn)研究水平的差距，體現(xiàn)在以下幾方面：,非線性動力學(xué) 分析力學(xué) 多體系統(tǒng)動力學(xué) 隨機(jī)動力學(xué) 復(fù)雜運(yùn)動控制 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)動力學(xué) 轉(zhuǎn)子動力學(xué) 未來飛行器動力學(xué) 航天器動力學(xué)與控制 鐵道車輛系統(tǒng)動力學(xué),7,2.1 國內(nèi)研究隊伍和研究條件,與動力學(xué)與控制學(xué)科研究領(lǐng)域的發(fā)展相適應(yīng)，國內(nèi)已形成一支具有相當(dāng)規(guī)模、老中青相結(jié)合、涉及領(lǐng)域和研究方向比較全面的研究隊伍。 粗略估計動力學(xué)與控制學(xué)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(xué)基金委員會數(shù)理科學(xué)部力學(xué)處的統(tǒng)計，動力學(xué)與控制學(xué)科的研究隊伍約占力學(xué)基礎(chǔ)研究隊伍總?cè)藬?shù)的19%-20%。,8,在一些高校中，動力學(xué)與控制學(xué)科的實驗條件和裝備與國際著名大學(xué)的動力學(xué)與控制實驗室已經(jīng)基本相當(dāng)，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(zhuǎn)子實驗平臺 機(jī)車車輛滾動振動試驗臺 等一系列大型實驗設(shè)備和裝置。,9,近二十年來，有多個動力學(xué)與控制領(lǐng)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(xué)二等獎， 五個項目分別獲得國家科技進(jìn)步一等獎和二等獎。 在學(xué)科建設(shè)方面，動力學(xué)與控制學(xué)科共有 3個重點(diǎn)學(xué)科(一般力學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ))。 如果按一級學(xué)科進(jìn)行分類，目前全國共有8個力學(xué)一級重點(diǎn)學(xué)科，覆蓋了32個二級重點(diǎn)學(xué)科。按照這樣分類，全國有 9個動力學(xué)與控制重點(diǎn)學(xué)科(一般力學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ))。,10,,與動力學(xué)學(xué)學(xué)科相關(guān)的國家重點(diǎn)實驗室,11,2.2 薄弱方向及存在的問題,分析我國力學(xué)學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，我國的力學(xué)研究存在如下一些具體的問題：,(1) 力學(xué)的各分支學(xué)科發(fā)展不平衡，在動力學(xué)與控制、固體力學(xué)、流體力學(xué)、生物力學(xué)等幾個主要學(xué)科中，其發(fā)展規(guī)模、研究前沿的把握、結(jié)合國家重大需求開展研究的能力、領(lǐng)軍人物的涌現(xiàn)、從事基礎(chǔ)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(xué)與其它基礎(chǔ)學(xué)科和工程科學(xué)的交叉還有待加強(qiáng)，表現(xiàn)為對被交叉的學(xué)科理解有限、難以提出雙方共同感興趣的前沿科學(xué)問題；對國家重大需求中力學(xué)問題的分析不足，限制了力學(xué)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(yīng)的傳統(tǒng)測試技術(shù)不再適用，導(dǎo)致在實驗加載和測量技術(shù)方面面臨技術(shù)瓶頸。另一個突出的嚴(yán)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(xué)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(xué)的評價體制，十分缺乏基于高效算法、先進(jìn)硬件和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)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(xué)軟件。普遍存在集成與系統(tǒng)升級維護(hù)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(zhì)量保障體系等問題。,13,2.3 動力學(xué)與控制學(xué)科存在的問題,(1) 較少涉足全新的領(lǐng)域，在與高新技術(shù)、新材料相關(guān)的某些領(lǐng)域中，動力學(xué)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(fù)。 (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(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)、航空航天動力學(xué)和車輛動力學(xué)等涉及真實工程系統(tǒng)的動力學(xué)分析和設(shè)計方面，我國學(xué)者提出的方法未能得到廣泛的應(yīng)用，缺少具有自主知識版權(quán)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(tuán)隊和計劃。 (4) 面向國家重大戰(zhàn)略需求的應(yīng)用基礎(chǔ)研究較為薄弱，在國家戰(zhàn)略需求和重大工程科學(xué)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(xué)-動力學(xué)與控制學(xué)科發(fā)展布局,3.1 總體發(fā)展戰(zhàn)略布局和發(fā)展目標(biāo),我國力學(xué)學(xué)科未來10年發(fā)展的指導(dǎo)思想和思路： (1) 立足于力學(xué)學(xué)科前沿的科技布局，突出重點(diǎn)，以實現(xiàn)科學(xué)原始創(chuàng)新、推動跨越式發(fā)展為目標(biāo)； (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(shù)、環(huán)境災(zāi)害、重大裝備、人體健康等領(lǐng)域的需求，不斷發(fā)展力學(xué)學(xué)科的新概念、新理論、新技術(shù)和新方法，著力發(fā)展支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防安全相關(guān)的力學(xué)學(xué)科生長點(diǎn)； (3) 努力促進(jìn)力學(xué)學(xué)科與其它學(xué)科的交叉，在基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究和與國家重大戰(zhàn)略需求相關(guān)的力學(xué)學(xué)科領(lǐng)域取得重要進(jìn)展乃至重大突破。,15,我國力學(xué)學(xué)科未來10年的發(fā)展目標(biāo)： (1) 全面提升力學(xué)學(xué)科的國家地位，充分發(fā)揮力學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科的引領(lǐng)作用，繼續(xù)保持在一些前沿領(lǐng)域研究中的優(yōu)勢和特色，加強(qiáng)學(xué)科交叉與融合； (2) 努力發(fā)揮力學(xué)學(xué)科支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全建設(shè)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(jì)建設(shè)和科技發(fā)展中所提出和遇到的關(guān)鍵力學(xué)問題； (3) 造就一支高水平的力學(xué)研究隊伍，培養(yǎng)一批杰出的力學(xué)領(lǐng)軍人才，為我國經(jīng)濟(jì)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(jìn)國家的差距，力爭躋身于世界力學(xué)強(qiáng)國的行列。,16,我國力學(xué)學(xué)科未來10年的發(fā)展布局： 1．學(xué)科點(diǎn)布局，目前我國力學(xué)學(xué)科布局和教育體系仍需不斷完善。需要加強(qiáng)學(xué)科統(tǒng)籌和布局，從國家層面統(tǒng)籌高等學(xué)校、研究機(jī)構(gòu)、工業(yè)部門研究機(jī)構(gòu)的學(xué)科點(diǎn)設(shè)置和分類。 2．學(xué)科發(fā)展方向布局，(1) 緊緊把握學(xué)科前沿領(lǐng)域，(2) 注重交叉學(xué)科領(lǐng)域和新興生長點(diǎn)，(3) 提升從國家重大戰(zhàn)略需求中提煉科學(xué)問題的能力。 3．平臺建設(shè)，推動力學(xué)的大型研究基地、大型實驗設(shè)施等建設(shè)，支撐原始創(chuàng)新的實驗，支撐未來關(guān)鍵和核心技術(shù)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(xué)國家重點(diǎn)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(shè)施，(3) 建議建立如美國橡樹嶺實驗室類似的力學(xué)國家實驗室和力學(xué)國家工程研究中心。,17,3.2 動力學(xué)與控制學(xué)科發(fā)展布局和重點(diǎn)發(fā)展方向,我國動力學(xué)與控制學(xué)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(xué)與振動問題的建模、分析、設(shè)計和控制的一般理論和方法是目前動力學(xué)與控制學(xué)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(jī)性、不確定性、多尺度和多場耦合系統(tǒng)動力學(xué)、振動與控制的理論研究與應(yīng)用方向發(fā)展。 今后所研究的工程系統(tǒng)將日益復(fù)雜，可能包括各種非線性因素，機(jī)、電、磁、熱和流等多場耦合因素，邊界與結(jié)合部效應(yīng)，微機(jī)電系統(tǒng)引起的多尺度效應(yīng)等。,18,因此，迫切需要發(fā)展新的非線性動力學(xué)理論、多體系統(tǒng)動力學(xué)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(shù)來研究工程系統(tǒng)的大范圍動力學(xué)與非線性振動特性。 要基于對工程系統(tǒng)動力學(xué)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(xué)設(shè)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(yùn)動規(guī)律和特性。 緊密結(jié)合國家重大戰(zhàn)略需求和工程實際對動力學(xué)與控制學(xué)科的發(fā)展將是至關(guān)重要的，只有加強(qiáng)結(jié)合國家重大戰(zhàn)略需求的動力學(xué)與控制基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，發(fā)揮其在建設(shè)創(chuàng)新型國家中的引領(lǐng)和支撐作用，才能在解決工程技術(shù)問題及與其它學(xué)科的交叉中找到自己的發(fā)展方向，才能不斷豐富學(xué)科內(nèi)涵、拓展學(xué)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(xué)與控制學(xué)科的重點(diǎn)發(fā)展方向、優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域以及重大交叉領(lǐng)域，同時做好布局相應(yīng)的動力學(xué)與控制學(xué)科國家基礎(chǔ)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(xué)與控制學(xué)科進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃和布局。 (1) 學(xué)科前沿研究層面， (2) 學(xué)科基礎(chǔ)研究層面， (3) 學(xué)科交叉方向研究層面， (4) 學(xué)科新興方向研究層面。,20,我國動力學(xué)與控制學(xué)科未來10年的重點(diǎn)發(fā)展方向： (1) 高維非線性系統(tǒng)復(fù)雜動力學(xué)的理論與應(yīng)用研究， (2) 多體系統(tǒng)動力學(xué)與控制， (3) 隨機(jī)系統(tǒng)動力學(xué)與控制， (4) 分析動力學(xué)與控制， (5) 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)與神經(jīng)系統(tǒng)動力學(xué)與控制， (6) 未來飛行器的動力學(xué)與控制。,21,造就一支高水平的動力學(xué)與控制研究隊伍，培養(yǎng)一大批杰出的動力學(xué)與控制學(xué)科科研人才， 新建設(shè)2-3個以動力學(xué)與控制學(xué)科為主體的國家重點(diǎn)實驗室，新培育2-3個全國重點(diǎn)學(xué)科。 新建設(shè)2-3個以動力學(xué)與控制學(xué)科為主體的國家級工程研究中心。 加強(qiáng)國際合作與交流，爭取新創(chuàng)辦2-3份國際學(xué)術(shù)期刊。,我國動力學(xué)與控制學(xué)科未來10年發(fā)展需要采取的措施：,22,3.3 大型平臺建設(shè)計劃需求分析,未來10年里，動力學(xué)與控制學(xué)科需要國家進(jìn)一步加大投入，加強(qiáng)大型實驗設(shè)備和實驗儀器的建設(shè)，為了使動力學(xué)與控制學(xué)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(fù)雜結(jié)構(gòu)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(fù)雜結(jié)構(gòu)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(jī)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(lǐng)域與重大交叉研究領(lǐng)域,高維非線性系統(tǒng)動力學(xué)與控制，隨機(jī)系統(tǒng)動力學(xué)與控制，多體系統(tǒng)動力學(xué)與控制， 變形體強(qiáng)度理論與破壞機(jī)理，多場耦合理論與智能材料及結(jié)構(gòu)力學(xué)，超常環(huán)境下結(jié)構(gòu)響應(yīng)與爆炸沖擊力學(xué)，多尺度力學(xué)及跨尺度關(guān)聯(lián)， 可壓縮湍流與流動穩(wěn)定性，非定常流動/運(yùn)動耦合及其控制，復(fù)雜相間作用的多相流，高速高壓水動力學(xué)， 人類健康與重大疾病的生物力學(xué)問題、空間生物力學(xué)基礎(chǔ)、生物材料力學(xué)與運(yùn)動、仿生力學(xué)， 大規(guī)模數(shù)值模擬與高效算法， 力學(xué)實驗技術(shù)與儀器研制。,4.1 16個力學(xué)學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域：,24,4.2 重大交叉領(lǐng)域,重大裝備中的關(guān)鍵力學(xué)問題, 重大環(huán)境演化和突變中的關(guān)鍵力學(xué)問題, 新能源與綠色能源中的關(guān)鍵力學(xué)問題, 生命體的力學(xué)-生物學(xué)與力學(xué)-化學(xué)耦合, 航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵力學(xué)問題, 海洋工程中的關(guān)鍵力學(xué)問題, 微重力科學(xué)。,未來10年力學(xué)學(xué)科的重大交叉領(lǐng)域為：,25,五、力學(xué)學(xué)科發(fā)展的保障措施,1. 國家有關(guān)部門加大重視，始終將力學(xué)學(xué)科作為獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)科 2. 加強(qiáng)力學(xué)學(xué)科實驗支撐平臺建設(shè) 加大自主研發(fā)力學(xué)實驗設(shè)備和儀器的支持力度 增設(shè)力學(xué)類國家重點(diǎn)實驗室和國家實驗室 3. 加強(qiáng)力學(xué)學(xué)科計算支撐平臺建設(shè) 4. 積極組織國家重大專項和重大項目，帶動力學(xué)學(xué)科的發(fā)展 科技部在973計劃的技術(shù)科學(xué)領(lǐng)域單列力學(xué)學(xué)科的相關(guān)項目，加大對力學(xué)學(xué)科的支持。 5. 重視學(xué)科交叉，培養(yǎng)交叉性、復(fù)合型力學(xué)人才 6. 重視后備人才培養(yǎng)，促進(jìn)青年人快速成長,26,謝謝!,27,