工程力学是以构件为研究对象，运用力学的一般规律分析和求解构件受力的情况及平衡问题，建立构件安全工作的力学条件的一门学科。同时，为了使设计符合经济原则，又要求少用材料或用廉价材料。工程力学的任务就是合理地解决这一矛盾，为实现既安全又经济的设计提供理论依据和计算方法。

工程力学包括理论力学（静力学部分）和材料力学两部分内容。

工程力学静力学

静力学部分主要研究受力物体平衡时作用力所应满足的条件，同时也研究物体受力的分析方法以及力系的简化的方法等。此外，工程力学研究的是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。理论力学所研究的是这种运动中最一般、最普通的规律，是各门力学分支的基础。静力学不仅是材料力学的基础，也是结构力学、弹性力学等许多课程的基础。

工程力学材料力学

材料力学部分研究构件在外力作用下的变形与破坏（或失效）的规律，为合理设计构件提供有关强度、刚度与稳定性分析的基本理论与方法。工程构件失效或破坏的形式很多，但工程力学范畴内的实效通常分为三种：强度、刚度、稳定性。为保障构件正常工作，对构件设计提出如下要求：

（1）构件应具备足够的强度（即抵抗破坏的能力），以保证在规定的使用条件下不发生意外断裂或显著塑性变形；

（2）构件应具备足够的刚度（即抵抗变形的能力），以保证在规定的使用条件下不发生过大变形；

（3）构件应具备足够的稳定性（即保持原有平衡形式的能力），以保证在规定的使用条件下不失稳。

任何正确的研究方法，一定要符合辩证唯物主义的认识论。工程力学也必须遵循这个正确的认识规律进行研究和发展。传统的力学研究方法有两种，即理论方法和试验方法。

在对事物观察和实验的基础上，经过抽象化建立力学模型，形成概念。客观事物都是具体的、复杂的。为找出其共同规律性，必须抓住主要因素，舍弃次要因素，建立抽象化的力学模型。例如：在研究物体受外力作用而平衡时，可以忽略物体形状的改变，采用刚体模型；但要分析物体内部的受力状态，必须考虑到物体的变形，建立弹性体的模型。这种抽象化、理想化的方法，不仅简化了所研究的问题，而且能够达到足够的计算精度，满足工程的需要。

工程力学成功地运用逻辑推理和|演绎的方法，由少量最基本的规律出发，得到了从多方面揭示机械运动规律的定理、定律和公式，建立了严密的完整的理论体系。数学方法在力学的发展中起到了重大的作用，近代计算机的发展和普及，不仅能完成力学问题中大量繁杂的数值计算，而且在逻辑推理、公式推导等方面也是极有效的工具。

将工程力学的理论用于实践，在解释世界、改造世界中不断得到了验证和发展。实践是检验真理的标准，实践中所遇到的新问题又是促进理论发展的源泉。力学解决问题没有完全依赖理论推导，而是充分发挥实践的作用。如由试验测得极限强度，加以技术处理，与构建的最大工作应力值加以比较，建立强度条件，确立了防止构建失效的机制，从而确保结构安全、正常、有效地工作。

在力学解决问题的过程中，既有理论又有实验，力学理论在现实生活和工程中，被大量实践验证为正确。如在实践中出现矛盾，必须修正原有的理论，建立新的概念，才能正确指导实践，改造世界，并进一步地发展力学理论。

力学知识最早起源于对自然现象的观察和在生产劳动中的经验。人们在建筑、灌溉等劳动中使用杠杆、斜面、汲水器具，逐渐积累起对平衡物体受力情况的认识。

古希腊的阿基米德对杠杆平衡、物体重心位置、物体在水中受到的浮力等作了系统研究，确定它们的基本规律，初步奠定了静力学即平衡理论的基础。但是对力和运动之间的关系，只是在欧洲文艺复兴时期以后才逐渐有了正确的认识。伽利略在实验研究和理论分析的基础上，最早阐明自由落体运动的规律，提出加速度的概念。牛顿继承和发展前人的研究成果，提出物体运动三定律。伽利略、牛顿奠定了动力学的基础。牛顿运动定律的建立标志着力学开始成为一门科学。16世纪以前力学发展较慢;中国虽然有很多水利、桥梁、土木等等的伟大工程，却没有发表过力学方面的文献;力学与数学关系紧密、力学的发展与工程的需要密不可分;现将相关文献记载的力学的里程碑式记载罗列：

托勒密（100-170）在《大汇编》中建立了太阳系运行的托勒密体系。

希罗在《气体力学》中设计了真空、水与空气的压力、虹吸管、玩具和一种用蒸汽驱动的旋转机械。

1022年，怕普斯(300-350)在《数学汇编第八卷》中汇集了古希腊对力学研究的成果。

1533年，约旦努在《重物的论述》中讨论了物体的平衡问题，包含了虚功原理的萌芽。

1543年，哥白尼在《天体运行论》中提出了太阳系的哥白尼系统。

1619年，开普勒在《宇宙的和谐》中总结了行星运行的三大定律。

1586年，斯梯芬的《静力学原理》是静力学体系标志性著作。

1627年，默森的《宇宙的和谐》是最早关于声音、音乐和乐器的著作。

1627年， 登玉函王徽在《远西奇器图说》中最早介绍了西方力学知识。

1632年，伽利略在《关于托勒密与哥白尼两大世界体系的对话》中系统地论证了哥白尼系统，提出惯性运动的概念。

1638年，《关于两门新科学的对话》总结了材料强度、自由落体和抛物体的运动规律。

1644年，托里拆利在《论重物的运动》中证明了孔口出流的速度与液高的平方根成比例，还指出位置最低时得好，是平衡稳定性的最早提法。

1909年，波义耳在《关于空气的弹性及其效果的物理力学新实验》中给出了能量正定性的不等式。

1909年，索维菲的《对流动转变为湍流的解释》是对层流稳定性的较早研究，得到了非自共轭的 Orr-Sommerfeld 偏微分方程。

1913年，冯 . 米赛斯在《塑性变形固体的力学》中提出固体在一定应力状态下的一种屈服 ，被称为米赛斯条件。

1915年，迦辽金在《在某些杆与板平衡问题中的级数》中提出直接离散的近似方法，被称为伽辽金方法。

1918年，诺特在《变分问题的不变量》中给出了两个关于动力系统的不变量定理，对20世纪力学和物理的发展产生了深刻的影响。

1920年，格里菲斯《固体的流动与断裂现象》是断裂力学的最早文献。 2100433B

1. Luan Xifu, Zhang Tao and Zhao Chunxiang. Theoretical Mechanics 理论力学.1st ed. 哈尔滨工业大学出版社, 2007.

2. Hibbeler RC. Engineering Mechanics (Statics), 10th ed. 高等教育出版社, 2004.

3. Hibbeler RC. Engineering Mechanics (Dynamics), 10th ed. 高等教育出版社, 2004.

4. Hibbeler RC. Mechanics of Materials, 5th ed. 高等教育出版社, 2004. 2100433B

Introduction

(Students are required to know the study objects, contents and methods of Theoretical Mechanics and Mechanics of Materials.)

Introduction

01 Reductions of force systems

(Students should be able to understand the Principles of statics, how to reduce a concurrent force system to a single equivalent force, how to calculate the moment of a force about a point/axis and the concepts of couples, how to draw free-body diagrams, how to reduce an arbitrary force system to a force and a couple)

1.1 Fundamental concepts of statics

1.2 Basic operations with force systems

1.3 Support reactions and free-body diagrams

1.4 Reductions and resultants of force systems

Tests for week 1

02 Equilibrium of force systems

( Students should be able to perform equilibrium analyses of composite bodies and determine the unknowns in the structure,understand the role of friction in equilibrium analysis and solve some simple problems involving friction)

2.1 Coplanar equilibrium equations

2.2 Equilibrium of composite bodies

2.3 Plane truss analysis

2.4 Center of gravity and centroid

2.5 Friction

Tests for week 2

03 Kinematics of a point

(Students should know how to determine the position, velocity and acceleration of a point by the method of rectangular coordinates and the method of normal and tangential coordinates.)

3.1 Kinematics of a point

04 Translation and rotation of rigid bodies

(Students should understand the fundamental concepts of translation and rotation of rigid bodies.)

4.1 Translation and rotation of rigid bodies

05 Composite motion of a point

(Students are required to know the definition of absolute, relative and transport velocities (accelerations), and should be able to solve problems using theorem of composition of velocities (accelerations).)

5.1 Composite motion of a point (I)

5.2 Composite motion of a point (II)

Tests for week 3

06 Plane motion of rigid bodies

(Students should be able to perform velocity analysis by the base point method, theorem for projection of velocities and instantaneous center for velocities, and also acceleration analysis by the based point method.)

6.1 Plane motion of rigid bodies

6.2 Plane motion analysis (I)

6.3 Plane motion analysis (II)

Tests for week 4

07 Kinetics of a particle

(Students should know how to determine the force, acceleration or velocity of a particle by differential equations of motion.)

7.1 Kinetics of a particle

08 Principle of impulse and momentum

(Students are required to know the concepts about impulse and momentum and be able to solve kinetic problems using the principle of linear impulse and momentum and motion of the mass center for a system of particles.)

8.1 Principle of impulse and momentum (I)

8.1 Principle of impulse and momentum (II)

Test for week 5

09 Principle of angular impulse and momentum

(Students are required to know the concepts about angular impulse and angular momentum and be able to solve kinetic problems using the principle of angular impulse and momentum.)

9.1 Mass moment of inertia

9.2. Principle of angular impulse and momentum

10 Principle of work and kinetic energy

(Students should be able to solve kinetic problems using the principle of work and kinetic energy.)

10.1 Principle of work and kinetic energy

Test for week 6

11 D'Alembert's principle

(Students should know how to determine the inertial forces and inertial moments and be able to solve kinetic problems using D’Alembert’s principle.)

11.1 D'Alembert's principle

Test for week 7

12 Stress

(Students should be able to understand the method of section for internal force determination, the concepts of stress, gerneral stress state, average normal and shear stresses, and safety factor, the method to determine required cross section area or dimensions.)

12.1 Equilibrium of a deformable body

12.2 Stress

12.3 Average normal stress in an axially loaded bar

12.4 Average shear stress

12.5 Allowable stress

13 Strain

(Students should be able to understand the concepts of strain, normal strain, shear strain, general strain state and the assumpations for small strain analysis.)

13 Strain

Test for week 8

14 Mechanical properties of materials

(Students should understand the concepts related to stress-strain diagram, brittle and ductile materials, and Hooke's law.)

14.1 The tension and compression test

14.2 The stress-strain diagram

14.3 Stress-strain behavior of ductile and brittle materials

14.4 Hooke's law, Poisson's ratio, the shear stress- strain diagram

15 Axial load

(Students should be able to understand the concept of Saint-Venant's Principle, know how to determine the elastic deformation of an axially loaded bar and how to solve statically indeterminate problems.)

15.1 Saint-Venant's Principle, Elastic deformation of an axially loaded member

15.2 Elastic deformation of an axially loaded member (continued)

15.3 Principle of superposition, Statically indeterminate axially loaded member

15.4 Thermal stress, the stress on the inclined surface

15.5 Stress concentration

Test for week 9

17 Bending

(Students should be able to draw shear force and bending moment diagrams, know the sign conventions for shear force and bending moment, know the derivation of normal stress on the cross section of beam bending and the flexure formula.)

17.1 Shear and moment diagrams

17.2 Graphical method for constructing shear and moment diagrams

17.3 Bending deformation of a straight member

17.4 The flexure formula

Test for week 10

16 Torsion

(Students should know the shear stress distribution of a circular shaft and how to solve statically indeterminate problems for torque-loaded members.)

16.1 Torsional deformation of a circular shaft

16.2 The torsion formula

16.3 Angle of twist

16.4 Statically indeterminate torque-loaded members

18 Transverse shear

(Students should know the shear stress distribution in a beam with prismatic cross seection and the method to determine the shear stress and shear flow for beams or thin-walled members.)

18.1 Shear in straight members, the shear formula

18.2 Shear stresses in beams

19 Combined loadings

(Students should know how to determine the critical section and critical point of member under combined deformation.)

19.1 Thin-walled pressure vessels

19.2 State of stresses caused by combined loadings

test for week 11

20 Stress transformation

(Students should be familiar with the concepts of stress state, know how to perform plane-stress transformation, know how to perform stress state analysis by graphical method.)

20.1 Plane-stress transformation

20.2 Principal stresses and maximum in-plane shear stress

20.3 Mohr's circle-plane stress

20.4 Absolute maximum shear stress

21 Deflections of beams and shafts

(Students should be able to determine the deflection and slope of beams by the integration method and the superposition method, know to to solve statically indeterminate problems.)

12.1 The elastic curve

12.2 Slope and displacement by integration

12.3 Method of superposition, statically indeterminate beams and shafts

Test for Week 12

在海岸工程建设中，对现场和建筑物进行的测验。用以探索海岸工程设施的可能性和合理性，探索有关海洋动力因素运动特征和岸滩演变规律，以及它们同海岸工程建筑物或其他设施之间相互作用的规律，为海岸工程的实施提供科学依据。这是研究海岸工程的一种重要方法。

海岸工程的建筑物的结构，可分为斜坡式、直墙式、透空式和浮式等4种。无论哪一种结构，都需要先经过室内的模拟试验、数学模型和现场测验等手段进行研究论证。在海岸带建造各种工程设施时，常需进行工程前期的环境调查、理论分析研究和模型试验研究，确定各种动力因素对工程设施的作用，搞清工程设施对岸滩演变和环境、生态的影响。此外，对重要的或有代表性的海岸工程还需进行单项或局部工程设施的现场试验，以提供必要的科学论证。有些海岸工程建成后，仍要进行长期的现场测验。为此在工程施工阶段，需将有关量测传感器预装在建筑物的测试部位，工程竣工后就能开始测试。理论分析和模型试验的成果，常需通过现场原型的测验进行验证，而海岸工程现场测验又常为海岸工程的理论研究和模型试验提出新的课题和提供论证资料。

海岸工程海岸动力因素及其对岸滩的影响

在现场量测波浪、潮汐、水流、泥沙在近岸带运动的基本特征资料，以及这些动力因素同各种类型的岸段(平直海岸、海湾、河口、泻湖通道、岛屿等)各种岸滩（沙质、砾质、淤泥质等）相互作用的基本资料。根据上述资料，进一步分析研究浅海区的波浪谱、波浪变形，破波带的波浪、水流与泥沙运动规律，以及岸滩的演变规律等。

海岸工程海岸动力因素与海岸工程建筑物

如关于、波浪对斜坡堤的作用、直墙堤和采油(气)平台桩柱上的波压力、丁坝和顺坝的平面布置及其尺度对于保滩促淤效果的现场测验。海岸工程建筑结构型式、工程材料、地基基础问题 　通常需要在现场测定新型海岸工程建筑物和新型材料的使用特性，天然地基和人工地基的承载能力，材料防腐耐久性能和防止生物附着的技术措施等。还包括在现场进行新技术和新材料的中间试验，如钢柱防腐技术的现场测验、聚烯烃材料在海水中老化的试验等。在现场量测波浪、水流等因素同直墙式、斜坡式、透空式和浮式等海岸工程建筑物相互作用的基本资料，根据这些资料分析各种动力因素对建筑物的作用荷载,建筑物附近的水位变化、流速场，建筑物的平面布置及其结构型式对波浪、水流、泥沙运动的影响等。

海岸工程海岸工程施工方法、施工技术及施工机械

如中堵口合龙的程序、筑堤、堵口技术以及机具的试验，新型打桩、挖泥机具的试验等。

海岸工程海岸工程观测仪器及装置

现场测验用的仪器、装置的性能和精度直接影响研究成果。新仪器研制成后，为了确保其精度和稳定度，往往需要经过一定时期的现场测试考验。

海岸工程为了某些特定的目标

如水产养殖、能源开发、环境保护等需要，进行专门的工程设施现场测验，作为大面积推广前的中间试验。

欧洲北海沿岸、美国东西两岸、苏联黑海、日本沿海建立的试验站，对浅水区风浪谱、破波带水流和泥沙运动规律、波浪对直墙式防波堤和透空式建筑物作用力等方面进行了大量的测验和研究。中国在20世纪50年代以来，先后在塘沽新港、长江口、福建莆田、浙江慈溪和海盐、渤海及山东沿海，建立了海港淤积研究站、海堤试验站、丁坝保滩促淤观测站、网坝促淤现场试验点、直墙上和孤立柱上波压力现场观测点、钢桩防腐现场观测点等现场测验台站。海岸工程现场测验常需设置专门的台站进行工作，按其测验内容和范围的不同，可分为单项试验站和综合试验站；按其观测期限又可分为临时试验站和长期试验站。