Вычислительная механика — это дисциплина, изучающая использование вычислительных методов для изучения явлений, подчиняющихся принципам механики. До появления вычислительной науки (также называемой научными вычислениями) как «третьего пути» помимо теоретических и экспериментальных наук, вычислительная механика широко считалась поддисциплиной прикладной механики. Сейчас это считается субдисциплиной вычислительной науки.
Вычислительная механика (ВМ) является междисциплинарной. Три ее столпа — это механика, математика и информатика.
Вычислительная гидродинамика, вычислительная термодинамика, вычислительная электромагнетика, вычислительная механика твердого тела — вот лишь некоторые из многих специализаций в рамках КМ.
Областями математики, наиболее связанными с вычислительной механикой, являются уравнения в частных производных, линейная алгебра и численный анализ. Наиболее популярными используемыми численными методами являются методы конечных элементов, конечных разностей и методы граничных элементов в порядке доминирования. В механике твердого тела методы конечных элементов гораздо более распространены, чем методы конечных разностей, тогда как в механике жидкости, термодинамике и электромагнетизме методы конечных разностей применимы почти в равной степени. Метод граничных элементов в целом менее популярен, но имеет свою нишу в определенных областях, включая, например, акустическую технику.
Что касается вычислений, то компьютерное программирование, алгоритмы и параллельные вычисления играют важную роль в CM. Наиболее широко используемый язык программирования в научном сообществе, включая вычислительную механику, — это Fortran. В последнее время возросла популярность C++. Научное вычислительное сообщество медленно принимает C++ в качестве lingua franca. Благодаря своему очень естественному способу выражения математических вычислений и встроенным возможностям визуализации, фирменный язык/среда MATLAB также широко используется, особенно для быстрой разработки приложений и проверки моделей.
Ученые в области вычислительной механики следуют списку задач для анализа целевого механического процесса:
Некоторыми примерами практического использования вычислительной механики являются моделирование аварий транспортных средств, моделирование нефтяных резервуаров, биомеханика, производство стекла и моделирование полупроводников.
Сложные системы, которые было бы очень трудно или невозможно рассматривать с помощью аналитических методов, были успешно смоделированы с использованием инструментов вычислительной механики.