材料力學在工程實際中的應用

1、材料力學在工程實際中的應用 材料力學是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應變、應力、強度、穩(wěn)定和導致各種材料破壞的極限。而研究材料力學在工程實際中的應用，將會直接給我們在進一步的學習中提供一個現(xiàn)實的模型。 材料力學在生活中的應用十分廣泛。大到機械中的各種機器建筑中的各個結(jié)構(gòu)小到生活中的塑料食品包裝很小的日用品。各種物件都要符合它的強度、剛度、穩(wěn)定性要求才能夠安全、正常工作所以材料力學就顯得尤為重要。生活中機械常用的連接件如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形在設計時應主要考慮其剪切應力。汽車的傳動軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機的主軸等發(fā)生的變形屬于扭轉(zhuǎn)變形?；疖囕S、起重機大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件

2、在設計時必須同時考慮幾個方面的變形如車床主軸工作時同時發(fā)生扭轉(zhuǎn)，彎曲及壓縮三種基本變形鉆穿立柱同時發(fā)生拉伸與彎曲兩張變形。 說到材料力學，我們首先應該了解它的屬性。材料力學在工程中常用的屬性主要有： 1.密度：密度與結(jié)構(gòu)自重和地震荷載有關。 2.彈性模量e：指的是材料在在單位長度、單位截面面積下受到單位軸向力時的軸向變形量。 3.強度f：材料的承受能力。 4.泊松比v：指的是材料在受軸向力時，材料的橫向變形或材料的軸向變形。 5.剪切模量g：指的是材料在單位長度、單位截面面積下受到單位剪切力時的側(cè)向變形量。 材料力學研究的主要問題是桿件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題，因此，制成桿件的物體就應該是變性

3、固體，而不能像理論力學中那樣認為是鋼體。變形固體中的變形就成為它的主要基本性質(zhì)之一，必須予以重視。 例如，在土建、水利工程中，組成水閘閘門或橋梁的個別桿件的變形會影響到整個閘門或橋梁的穩(wěn)固，基礎的剛度會影響到大型壩體內(nèi)的應力分布；在機電設備中，機床主軸的變形過大就不能保證機床對工作的加工精度，電機軸的變形過大就會使電機的轉(zhuǎn)子與定子相撞，使電機不能正常運轉(zhuǎn)，甚至損壞等等。因此，在材料力學中我們必須把組成桿件的各種固體看做是變性固體，固體之所以發(fā)生變形，是由于在外力作用下，組成固體的各微粒的相對位置會發(fā)生改變的緣故。在材料力學中，我們要著重研究這種外力和變形之間的關系。大多數(shù)變形固體具有在外力作用

4、下發(fā)生變形，但在外力除去后又能立刻恢復其原有形狀和尺寸大小的特性，我們把變形固體的這種基本性質(zhì)成為彈性，把具有這種彈性性質(zhì)的變形固體成為完全彈性體。若變性固體的變形在外力除去后只能恢復其中一部分，這樣的固體成為部分彈性體，部分彈性體的形變可分為兩部分；一部分是隨著外力除去而消失的變形，成為彈性變形；而另一部分是在外力除去后仍不能消失的變形成為塑性變形。嚴格的說，自然界中并沒有完全彈性體，一般的變性固體在外力作用下，總會是既有彈性變形也有塑性變形。不過，實驗指出，像金屬、木材等常用建筑材料，當所受的外力不超過某一限度時，可看成是完全彈性體。為了能采用理論的方法對變形固體進行分析和研究，從而得到比

5、較通用的結(jié)論。 總而言之，桿件要能正常工作，必須同時滿足以下三方面的要求： （1）不會發(fā)生破壞，即桿件必須具有足夠的強度。 （2）不產(chǎn)生過大變形，發(fā)生的變形能限制在正常工作許可的范圍以內(nèi)。即桿件必須具有足夠的強度 （3）不失穩(wěn)，桿件在其原有形狀下的平衡應保持為穩(wěn)定的平衡，即桿件必須具有足夠的穩(wěn)定性。 這三方面的要求統(tǒng)稱為構(gòu)件的承載能力。一般來說，在設計每一桿件時，應同時考慮到以上三方面的要求，但對某些具體的桿件來說，有事往往只需考慮其中的某一主要方面的要求（例如穩(wěn)定性為主），當這些主要方面的要求滿足了，其它兩個次要方面的要求也就自動地得到滿足。當設計的桿件能滿足上述三方面的要求時，就可認為設計

6、是安全的，桿件能夠正常工作。 其次，材料力學在工程實際中的應用時非常多的，例如在鐵路和橋梁等等上。 1976年7月28日發(fā)生在中國唐山，震級為m7.8級的地震，造成了大面積公路、鐵路、橋梁普遍倒塌或者嚴重損壞，據(jù)有關部門專家對這次地震的分析，橋梁破壞主要集中在新進建造的橋梁，主要原因有岸坡滑移、地基失效、橋墩斷裂橋墩損傷積累、支座破壞、梁體相撞、相鄰墩發(fā)生過太相對位移或錯位，與之相比較，位于震中的許多單孔石拱橋、雙曲拱橋卻具有良好的抗震能力，大多基本完好或僅有輕微的損失，從而暴露出了近代橋梁設計中的薄弱環(huán)節(jié)，上述事實及工程實踐推動了力學在材料工程中的應用。 中國數(shù)千年來一直有著木構(gòu)建筑的傳統(tǒng)，

7、我國著名建筑學家梁思成、林徽因夫婦，在山西五臺山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了中國現(xiàn)存最早的木結(jié)構(gòu)大殿。木結(jié)構(gòu)建筑的應用和推廣，對于我國低碳減排、城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義。目前，木結(jié)構(gòu)建筑在中國適用于各種建筑形式。 不僅僅在房屋鐵路和橋梁上材料力學發(fā)揮了很大的作用，在我國火箭上面也少不了它。 由以上例子可以看出，在工程實際中材料力學起了很大的作用，萬萬少不了它，因為它很多事情東西才可以如此完善甚至完美。選取合適節(jié)省材料的結(jié)構(gòu)方式完成工程很重要，尤其要考慮到安全因素，從整體的靜力分析種種，從材料的性能可以分析出使用那種材料合適，節(jié)約安全甚至完美，從受力方面可以讓工程更加完善和安全，一個都不能少，例如火箭，火箭的材料是獨一無二的，不是什么都能代替，它既要承受的了高壓還要能承受高溫，不能變形。發(fā)射火箭時，火箭向下噴出氣體，因為力的作用是相互的，氣體又給火箭施加向上的作用力，使火箭升空，所以它運用了力的作用是相互的。 材料力學讓我們明白了很多以前生活不能明白的問題，我們受益匪淺，而它也是學習機械方面的基礎，是關鍵的一門學科，以后學習工作的一種工具。現(xiàn)實生活中結(jié)構(gòu)體的應用無處不存在像建筑、橋梁、汽車、日常的用具都是由不同的結(jié)構(gòu)組成讓他們的設計都離不開材料力學理論，材料力學的應用不