土木/結構工程專業的人需不需要深入掌握斷裂力學和損傷力學？

01-23

或者說斷裂力學和損傷力學在土木工程領域有沒有什麼深度或廣泛應用？（像彈塑性力學那樣）

看到這個問題無人回答，實在不忍擱置。斗膽拋磚引玉。見笑。

本人在美國念本科，獲土木工程學士學位。研究生期間主要從事固體力學的學習和研究，掛著土木系學生的名號遊走於機械、航天、材料等系，不務正業。對於結構工程行業的理解我或許也只停留在皮毛。由於專業學習皆在國外完成，盡量用蹩腳的中文翻譯來回答，偶爾夾雜英文，見諒。

坦誠地講，我身邊主攻結構工程的同學中大概有90%以上都沒有特別學習過斷裂力學。畢竟在結構設計過程中只要按照AISC或ACI等章程上規定的公式，根據對材料斷裂的考慮計算出承重，選擇適宜尺寸的section, 鋼筋中的connection，混凝土中的鋼筋云云耳，滿足規定的要求即可。相信國內的code也應當有類似的章節，介紹有關斷裂方面的要求。按照流程完成設計，普通的民用結構也通常出不了什麼大問題。

然而，土木工程教育中（至少我在過去幾年所接受的這個系統）往往不會提及一個很重要的概念：材料的微觀結構本身就不是完美的，因此建築材料的強度並不一定能到達我們通常定義的平均值（譬如，混凝土可以承受3-5MPa的張應力）。實際上隨著結構大小的增大，材料的平均強度普遍是減弱的。從概率學角度上講，當結構變大，材料微觀結構中擁有一個較大裂紋的可能性也變大，因此在很小的應力下產生斷裂的概率也會變高。這個概念早在文藝復興時期就被達芬奇和伽利略等大牛討論過（「一個長繩子沒有一個短繩子結實」）。在此推薦一個乾貨，當今理論力學界的大牛Bazant所著的文章，有興趣可以拜讀一下：

http://www.civil.northwestern.edu/people/bazant/PDFs/Papers/464.pdf

現代斷裂力學的研究最初也是因為某些大型結構莫名其妙在很小的應力下坍塌，令工程師們費解，於是歐美的船舶業請了數學能力高強的學者們來研究這個問題，然後格里菲斯之類的大神逐漸推導出各種奇形怪狀的裂紋附近產生的應力分布(stress field)與結構所受外力(farfield stress/loading)之間關係。大家發現裂紋可以讓應力增大許多許多倍，於是材料的世界也像人間一樣不存在生而平等的假象，有些傢伙就是需要比其他小夥伴承受更多壓力。

附上一些例子：

斷掉的船 ME480 Lecture Notes: Case Study

裂開的壩 Millennium Ark: Hot News

塌掉的橋 35W bridge collapse in Minneapolis

??信馬由韁地跑題說了很多，我的大致觀點是，學學斷裂力學、損傷力學肯定有助於更加全面地理解土木結構以及材料的真正強度。至少，理解了背後的力學原理之後，設計結構就不會只知其然不知其所以然了。由於土木結構終歸是一個很大規模的東西，也不可能完完全全通過力學理論來預測，還需要進行很多假設，根據實驗以及觀察經驗做出許多判斷。但不管怎樣，若有機會還是多學習一點力學，肯定有益無害。

@誅紙人你們本科及研究生階段開了些什麼課，用的誰寫的教材能否給大致說說。其實題主的問題可以從力學的發展歷史說說。力學主要是為了解決工程遇到的實際問題而一步一步發展來的。就像答主提到的那個例子，因為裂縫的產生導致原有的三大力學難以解釋和處理工程實際問題了，所以把學材料的和搞船舶的找來，從更微觀的角度出發去尋找答案。為解決實際問題，忽略次要因素，抽象出力學模型--遇到新問題，原有的理論遇到難以解釋----突破舊框架，修改原有理論的假設和前提--提出新模型，驗證應用---大致就是這樣一個發展歷程。建築結構的絕大多數問題還不需要深入到材料的破壞機理上去，這個問題完全可以忽略，所以也就沒人重視了。在航天航空領域，這些因素無法忽略了，所以覺得學