(4) 动力学与控制学科同样是一门有着重要工程背景的应用基
础科学。 6
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二、力学学科的发展现状和趋势
近年来，我国学者在动力学与控制学科的理论和方法研究 方面取得了许多新进展，缩小了与国外先进研究水平的差距， 体现在以下几方面： 1. 非线性动力学 2. 分析力学 3. 多体系统动力学 4. 随机动力学 5. 复杂运动控制 6. 复杂网络系统动力学 7. 转子动力学 8. 未来飞行器动力学 9. 航天器动力学与控制 10. 铁道车辆系统动力学 7
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我国力学学科未来10年的发展布局： 1．学科点布局，目前我国力学学科布局和教育体系仍需 不断完善。需要加强学科统筹和布局，从国家层面统筹高等 学校、研究机构、工业部门研究机构的学科点设置和分类。 2．学科发展方向布局，(1) 紧紧把握学科前沿领域，(2) 注重交叉学科领域和新兴生长点，(3) 提升从国家重大战略需 求中提炼科学问题的能力。 3．平台建设，推动力学的大型研究基地、大型实验设施 等建设，支撑原始创新的实验，支撑未来关键和核心技术的 发展。这方面的布局涉及三个方面：(1) 建议科技部建立一些 新兴力学国家重点实验室，(2) 布局能够支撑国家重大战略需 求的大型实验设施，(3) 建议建立如美国橡树岭实验室类似的 力学国家实验室和力学国家工程研究中心。 17
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与动力学学学科相关的国家重点实验室
实验室名称 所属学科 工程
工程
依托单位 上海交通大学
南京航空航天大学
机械系统与振动国家重点实验室
机械结构振动与强度国家重点实验室
机械结构振动与强度国家重点实验室
非线性力学国家重点实验室 工业装备结构分析国家重点实验室 汽车车身先进设计制造国家重点实验室 湍流与复杂系统国家重点实验室
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2.1 国内研究队伍和研究条件
与动力学与控制学科研究领域的发展相适应，国内已形成
一支具有相当规模、老中青相结合、涉及领域和研究方向比较 全面的研究队伍。
• 粗略估计动力学与控制学科的固定研究人员约在1500-1800人
左右，
• 流动研究人员约在1000人左右， • 根据国家自然科学基金委员会数理科学部力学处的统计，动
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三、未来10年力学-动力学与控制学科发展布局 3.1 总体发展战略布局和发展目标
我国力学学科未来10年发展的指导思想和思路： (1) 立足于力学学科前沿的科技布局，突出重点，以实现科 学原始创新、推动跨越式发展为目标； (2) 针对国家重大需求，根据我国航空航天、 海洋工程、能 源技术、环境灾害、重大装备、人体健康等领域的需求，不断发 展力学学科的新概念、新理论、新技术和新方法，着力发展支撑 经济发展和国防安全相关的力学学科生长点； (3) 努力促进力学学科与其它学科的交叉，在基础前沿科学 研究和与国家重大战略需求相关的力学学科领域取得重要进展乃 至重大突破。 15
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3.2 动力学与控制学科发展布局和重点发展方向
我国动力学与控制学科未来10年发展布局： 从国内外的发展趋势来看，工程系统动力学与振动问题 的建模、分析、设计和控制的一般理论和方法是目前动力学 与控制学科的主要研究范畴，在今后 10 年至 20 年里，其总体 发展趋势是向高维和无限维、非线性、随机性、不确定性、 多尺度和多场耦合系统动力学、振动与控制的理论研究与应 用方向发展。 今后所研究的工程系统将日益复杂，可能包括各种非线 性因素，机、电、磁、热和流等多场耦合因素，边界与结合 部效应，微机电系统引起的多尺度效应等。 18
(4) 学科新兴方向研究层面。
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我国动力学与控制学科未来10年的重点发展方向： (1) 高维非线性系统复杂动力学的理论与应用研究， (2) 多体系统动力学与控制，
(3) 随机系统动力学与控制，
(4) 分析动力学与控制， (5) 复杂网络与神经系统动力学与控制，
(6) 未来飞行器的动力学与控制。
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我国力学学科未来10年的发引领作用，继续保持在一些前沿领域研究中的优势和 特色，加强学科交叉与融合； (2) 努力发挥力学学科支撑国民经济发展和国家安全建设 的主力军作用，针对国家发展的重大战略需求，着力解决国家 经济建设和科技发展中所提出和遇到的关键力学问题； (3) 造就一支高水平的力学研究队伍，培养一批杰出的力 学领军人才，为我国经济社会发展与国家安全的源头创新和面 对激烈国际科技竞争提供高层次人才支撑； (4) 经过10年的努力，缩小同美、俄、欧等先进国家的差 距，力争跻身于世界力学强国的行列。 16
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力学-动力学与控制学科2011年-2020年 十年发展战略研究
张伟 北京工业大学机电学院
2012年7月9日 1
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提
纲
一、力学学科的分类、定义和特点
二、力学学科的发展现状和趋势
三、未来10年力学-动力学与控制学科发
展布局 四、优先发展领域与重大交叉研究领域 五、力学学科发展的保障措施
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50吨以上大型电磁振动实验台，
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近二十年来，有多个动力学与控制领域的研究成果获得 了国家级科技奖励，包括 • 三个项目获得国家自然科学二等奖， • 五个项目分别获得国家科技进步一等奖和二等奖。 在学科建设方面，动力学与控制学科共有 • 3个重点学科(一般力学与力学基础)。 如果按一级学科进行分类，目前全国共有 8个力学一级重 点学科，覆盖了32个二级重点学科。按照这样分类，全国有 • 9个动力学与控制重点学科(一般力学与力学基础)。
工程
数理 工程 工程 数理
西安交通大学
中国科学院力学研究所 大连理工大学 湖南大学 北京大学
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2.2 薄弱方向及存在的问题
分析我国力学学科的发展现状，我国的力学研究存在如下 一些具体的问题：
(1) 力学的各分支学科发展不平衡，在动力学与控制、固体 力学、流体力学、生物力学等几个主要学科中，其发展规模、 研究前沿的把握、结合国家重大需求开展研究的能力、领军人 物的涌现、从事基础研究的青年骨干队伍等方面都各自存在改 善的空间。
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1.4 动力学与控制学科的特征和特点
动力学与控制学科的发展呈现出高维非线性、非光滑性、
随机性、不确定性、多场耦合和复杂网络等基本特征，具有以
下几方面特点： (1) 动力学与控制学科辐射面广、前沿和热点研究问题多， (2) 动力学与控制学科呈现出多学科交叉与融合的发展趋势， (3) 动力学与控制学科是力学中的经典和快速发展的基础学科 之一，
加强国际合作与交流，争取新创办2-3份国际学术期刊。
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3.3 大型平台建设计划需求分析
未来10年里，动力学与控制学科需要国家进一步加大投 入，加强大型实验设备和实验仪器的建设，为了使动力学与 控制学科的发展能够满足国家的重大战略需求、重大装备的 研制和大型复杂结构的建造，需要 多通道大型动态数据采集系统，
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基于以上分析和考虑，在今后10年内，规划并遴选出动
力学与控制学科的重点发展方向、优先发展领域以及重大交
叉领域，同时做好布局相应的动力学与控制学科国家基础研 究基地，规划好研究队伍和国际合作方向。 因此，将分为几个层面对动力学与控制学科进行科学规 划和布局。 (1) 学科前沿研究层面， (2) 学科基础研究层面， (3) 学科交叉方向研究层面，
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2.3 动力学与控制学科存在的问题
(1) 较少涉足全新的领域，在与高新技术、新材料相关的某 些领域中，动力学与控制的研究还基本处于空白。因此，原创性 研究较少，不少项目以跟踪性研究为主，有些项目甚至与国外已 有研究相重复。 (2) 大部分项目以理论和方法的研究为主，以通过简单算例 验证而告终，没有形成可以工程化的软件。因此，在大型转子系 统动力学、航空航天动力学和车辆动力学等涉及真实工程系统的 动力学分析和设计方面，我国学者提出的方法未能得到广泛的应 用，缺少具有自主知识版权的大型工程化软件。 (3) 研究力量比较分散，没有多少国家级层面上的研究团队 和计划。 (4) 面向国家重大战略需求的应用基础研究较为薄弱，在国 家战略需求和重大工程科学研究过程中所发挥的作用还不是十分 显著。 14
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一、力学学科的分类、定义和特点
力学
力学学科的分类：（国家自然科学基金委员会学科分类方法）
力 学 中 的 基 本 问 题 和 方 法
动 力 学 与 控 制
固 体 力 学
流 体 力 学
生 物 力 学
爆 炸 与 冲 击 力 学
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1.1 力学的定义与内涵
力学研究介质运动、变形、流动的宏微观行为， 揭示力学过程及其与物理、化学、生物学等过程的相 互作用规律。
(2) 力学与其它基础学科和工程科学的交叉还有待加强，表 现为对被交叉的学科理解有限、难以提出双方共同感兴趣的前 沿科学问题；对国家重大需求中力学问题的分析不足，限制了 力学在国家战略需求中发挥更大的作用。 12
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(3) 实验方面，一方面，相应的传统测试技术不再适用， 导致在实验加载和测量技术方面面临技术瓶颈。另一个突出的 严重挑战是理论与实验脱节，造成实验分析方法与表征方法的 匮乏。 (4) 计算软件，我国计算力学软件由于缺少持续的资金资 助、高效的核心算法、有效的管理体制和科学的评价体制，十 分缺乏基于高效算法、先进硬件和网络体系结构下的高性能、 大规模、多尺度、多场耦合的通用和专用计算力学软件。普遍 存在集成与系统升级维护能力弱，有核心功能但缺乏辅助功能 ，缺乏开放性和二次开发能力，缺乏完善的质量保障体系等问 题。
力学与控制学科的研究队伍约占力学基础研究队伍总人数的
19%-20%。
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在一些高校中，动力学与控制学科的实验条件和装备与国 际著名大学的动力学与控制实验室已经基本相当，例如，目前 我国高校已经拥有： Polytec激光测振仪 6吨和16吨电磁振动台 LMS振动数据采集系统 气浮平台 大型转子实验平台 机车车辆滚动振动试验台 等一系列大型实验设备和装置。