材料力學(xué)小論文

1、 材料力學(xué)小論文院系：機(jī)電工程系 班級(jí)：機(jī)制 1104 姓名： X X X 學(xué)號(hào)：1109331183 導(dǎo)師： X X X 2013.6生活中的材料力學(xué) 材料力學(xué)在生活中的應(yīng)用十分廣泛。大到機(jī)械中的各種機(jī)器，建筑中的各個(gè)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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性要求才能夠安全、正常工作，所以材料力學(xué)就顯得尤為重要。 材料力學(xué)是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定和導(dǎo)致各種材料破壞的極限。拉伸與壓縮變形；液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的活塞桿在油壓和工作阻力作用下受拉：內(nèi)燃機(jī)的連桿在燃?xì)獗l(fā)沖程中受壓；起重機(jī)鋼索在吊重物時(shí)，拉床的拉刀在拉削工件時(shí)，

2、都承受拉伸；千斤頂?shù)穆輻U在頂起重物時(shí)，則承受壓縮；桁架中的桿件不是受拉便是受壓。剪切變形? 生活中機(jī)械常用的連接件，如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等在連接中出現(xiàn)的變形屬于剪切擠壓變形，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮其剪切應(yīng)力。扭轉(zhuǎn)變形? 汽車的傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機(jī)的主軸等 軸類變形屬于扭轉(zhuǎn)變形。扭轉(zhuǎn)變形的其他應(yīng)用實(shí)例彎曲變形? 火車軸、起重機(jī)大梁 等的變形屬于彎曲變形。其他彎曲變形實(shí)例組合變形? 車床主軸、電動(dòng)機(jī)主軸工作時(shí)同時(shí)發(fā)生扭 轉(zhuǎn)、彎曲及壓縮三種變形.鉆床立柱同時(shí)發(fā)生拉伸與彎曲兩種變形。應(yīng)力集中? 應(yīng)力集中發(fā)生在切口、切槽、油孔、螺紋軸肩等這些尺寸突然改變處的橫截面上。 材料力學(xué)通常包括兩大部分：一部分是材

3、料的機(jī)械性能，材料的力學(xué)性能參量不僅可用于材料力學(xué)的計(jì)算，而且也是固體力學(xué)其他分支的計(jì)算中必不可少的依據(jù)；另一部分是桿件力學(xué)分析。桿件按受 力和變形可分為拉桿,壓桿受彎曲的粱和受扭轉(zhuǎn)軸。桿中的內(nèi)力有軸 （桿件） 力、剪力、彎矩和扭矩。桿的變形可分為伸長(zhǎng)、縮短、撓曲和扭轉(zhuǎn)。在處理具體的桿件問(wèn)題時(shí)，根據(jù)材料性質(zhì)和變形情況的不同，可將問(wèn)題分為線彈性問(wèn)題、幾何非線性問(wèn)題、物理非線性問(wèn)題三類。 生活中機(jī)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)主要考慮其剪切應(yīng)力。汽車的傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機(jī)的主軸等發(fā)生的變形屬于扭轉(zhuǎn)變形?；疖囕S、起重機(jī)大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件在設(shè)計(jì)

4、時(shí)必須同時(shí)考慮幾個(gè)方面的變形，如車床主軸工作時(shí)同時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)、彎曲及壓縮三種基本變形；鉆床立柱同時(shí)發(fā)生拉伸與彎曲兩種變形。 利用材料力學(xué)中卸載與在加載規(guī)律 得出冷作硬化現(xiàn)象，工程中常利用其原理以提高材料的承載能力，例如建筑用的鋼筋與起重的鏈 （扭轉(zhuǎn)機(jī)） 條，但冷作硬化使材料變硬、變脆，是加工發(fā)生困難，且易產(chǎn)生裂紋，這時(shí)應(yīng)采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應(yīng)。在生活中我們用的很多包裝袋上都會(huì)剪出一個(gè)小口，其原理就用到了材料力學(xué)的應(yīng)力集中，使里面的食品便于撕開(kāi)。但是工程設(shè)計(jì)中要特別注意減少構(gòu)件的應(yīng)力集中。在工程中，靜不定結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，如桁架結(jié)構(gòu)。靜不定問(wèn)題的另一重要特征是，溫度的變化以及

5、制造誤差也會(huì)在靜不定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應(yīng)力，這些應(yīng)力稱為熱應(yīng)力與預(yù)應(yīng)力。為了避免出現(xiàn)過(guò)高的熱應(yīng)力，蒸汽管道中有時(shí)設(shè)置伸縮節(jié)，鋼軌在兩段接頭之間預(yù)留一定量的縫隙等等，以削弱熱膨脹所受的限制，降低溫度應(yīng)力。在工程中實(shí)際中，常利用預(yù)應(yīng)力進(jìn)行某些構(gòu)件的裝配，例如將輪圈套裝在輪轂上，或提高某些構(gòu)件承載能力，例如預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件。螺旋彈簧是工程中常用的機(jī)械零件，多用于緩沖裝置、控制機(jī)構(gòu)及儀表中，如車輛上的緩沖彈簧，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣閥與高壓容器安全閥中的控制彈簧彈簧稱中的 （螺旋彈簧）測(cè)力彈簧等。生活中很多結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在工作時(shí)，對(duì)于彎曲變形都有一定的要求。一類是要求構(gòu)件的位移不得超過(guò)一定的數(shù)值。例如行車大量在起吊重物時(shí)，

6、若其彎曲變形過(guò)大，則小車行駛時(shí)就要發(fā)生振動(dòng)；若傳動(dòng)軸的彎曲變形過(guò)大，不僅會(huì)使齒輪很好地嚙合，還會(huì)使軸頸與軸承產(chǎn)生不均勻的磨損；輸送管道的彎曲變形過(guò)大，會(huì)影響管道內(nèi)物料的正常輸送，還會(huì)出現(xiàn)積液、沉淀和法蘭結(jié)合不密等現(xiàn)象；造紙機(jī)的軋輥，若彎曲變形過(guò)大，會(huì)生產(chǎn)出來(lái)的紙張薄厚不均勻，稱為廢品。另一類是要求構(gòu)件能產(chǎn)生足夠大的變形。例如車輛鋼板彈簧，變形大可減緩車輛所受到的沖擊；又如繼電器中的簧片，為了有效地接通和斷開(kāi)電源，在電磁力作用下必須保證觸電處有足夠大的位移。 材料力學(xué)不僅在復(fù)雜機(jī)械工程中有重要的作用，在生活中也很常見(jiàn)。比如隨處可見(jiàn)的橋梁，橋是一種用來(lái)跨越障礙的大型構(gòu)造物。確切的說(shuō)是用來(lái)將交通路線

7、 (如道路、鐵路、水道等)或者其他設(shè)施 (如管道、電纜等)跨越天然障礙 (如河流、海峽、峽谷等)或人工障礙 (高速公路、鐵路線)的構(gòu)造物。（橋梁受壓）橋的目的是允許人、車輛、火車或船舶穿過(guò)障礙。橋可以打橫搭著谷河或者海峽兩邊，又或者起在地上升高，檻過(guò)下面的河或者路，讓下面交通暢通無(wú)阻。生活中處處都是材料力學(xué)的應(yīng)用，它與我們的生活密切相關(guān)。而我們需要一雙發(fā)現(xiàn)的眼睛，處處留心皆學(xué)問(wèn)，我們需要熟練掌握材料力學(xué)的知識(shí)才能明白其中的奧秘。材料力學(xué)讓我們明白了很多以前生活不能明白的問(wèn)題。我們受益匪淺，而它也是學(xué)習(xí)機(jī)械方面的基礎(chǔ)，是最關(guān)鍵的一門(mén)學(xué)科，再者利用材料力學(xué)的知識(shí)對(duì)我們身邊的事物進(jìn)行分析并加以改進(jìn)，

8、對(duì)我們的生活和社會(huì)的發(fā)展能起到積極的促進(jìn)作用。實(shí)例：壓桿穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算 在實(shí)際計(jì)算中，對(duì)壓桿的穩(wěn)定采用折減系數(shù)法，即把材料的許用應(yīng)力乘上一個(gè)折減系數(shù)，作為壓桿的穩(wěn)定許用應(yīng)力：那么，用折減系數(shù)法計(jì)算壓桿穩(wěn)定的條件為：壓桿截面設(shè)計(jì)是在滿足穩(wěn)定條件的前提下，確定壓桿所需要的最小截面尺寸。由壓桿的穩(wěn)定條件得知，要確定截面尺寸，必須先知道折減系數(shù)。但是，折減系數(shù)與柔度有關(guān)，而柔度又要通過(guò)慣性矩I、截面面積A及慣性半徑i求得。所以只能采用逐次逼近法進(jìn)行反復(fù)試算。通常，用逐次逼近法確定截面積的大小，一般要23次才可獲得滿意的結(jié)果。壓桿穩(wěn)定一些生活實(shí)際研究當(dāng)細(xì)長(zhǎng)桿件受壓時(shí)，卻表現(xiàn)出與強(qiáng)度失效全然不同的 （圖一

9、·挺桿受壓） 性質(zhì)。例如一根細(xì)長(zhǎng)的竹片受壓時(shí)，開(kāi)始軸線為直線，接著必然是被壓彎，發(fā)生頗大的彎曲變形，最后折斷。與此類似，工程結(jié)構(gòu)中也有很多受壓的細(xì)長(zhǎng)1桿。例如內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的挺桿（圖一），在它推動(dòng)搖臂打開(kāi)氣閥時(shí)，就受壓力作用。又如磨床液壓裝置的活塞桿（圖二）當(dāng)驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)向右移動(dòng)時(shí)，油缸活塞上的壓力和工作臺(tái)的阻力使 （圖二·油缸活塞上的壓力） 活塞桿受到壓縮。同樣，內(nèi)燃機(jī)(圖三)、空氣壓縮機(jī)、蒸汽機(jī)的連桿也是受壓桿件。還有,桁架結(jié)構(gòu)中的抗壓桿、建筑物中的柱也都是壓桿?，F(xiàn)以圖四所示兩端鉸支的細(xì)長(zhǎng)壓桿來(lái)說(shuō)明這類問(wèn)題。設(shè)壓力與桿件軸線重合，當(dāng)壓力逐漸增加，但小于某一極限值時(shí)，桿件

10、一直保持直線形狀的平衡，即使用微小的側(cè)向干擾力使其暫時(shí)發(fā)生輕微彎曲(圖四a)，干擾力解除后，它仍將恢復(fù)直線 形狀(圖四b)。這表明壓桿直線形狀的平衡是穩(wěn)定的。當(dāng)壓力逐漸增加到一極限值 時(shí)，壓桿的直線平衡變。為不穩(wěn)定，將轉(zhuǎn)變?yōu)榍€形狀的平衡。這時(shí)如再用微， （圖三·內(nèi)燃機(jī)受壓） (圖四·受壓無(wú)變形) (圖 四c),不能恢復(fù)原有的直線形狀。上述壓力的極限值稱為臨界壓力或臨界力，記為Fcr。壓桿喪失其直線形狀的平衡而過(guò)渡為曲線平衡，稱為喪失穩(wěn)定，簡(jiǎn)稱失穩(wěn)，也稱為屈曲。桿件失穩(wěn)后，壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，桿件已喪失了承載能力。這是因失穩(wěn)造成的失效，可以導(dǎo)致整個(gè)機(jī)器或

11、結(jié)構(gòu)的損壞。但細(xì)長(zhǎng)壓桿失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)力并不一定很高，有時(shí)甚至低于比例極限。可見(jiàn)這種形式的失失效效，并非強(qiáng)度不足，而是穩(wěn)定性不夠。 （圖五·板條側(cè)向彎曲） 構(gòu)件也存在穩(wěn)定失效問(wèn)題 除壓桿外，其他構(gòu)件也存在穩(wěn)定失效問(wèn)題。例如在內(nèi)壓作用下的圓柱形薄殼，壁內(nèi)應(yīng)力這就是一個(gè)強(qiáng)度問(wèn)題。蒸汽鍋爐、圓柱形薄壁容器就是這種情況；但如圓柱形薄殼在均勻外壓作用下，壁內(nèi)應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力(圖五)，則當(dāng)外壓到達(dá)臨界值時(shí)，薄殼的圓形平衡就變?yōu)椴环€(wěn)定，會(huì)突然變成由虛線表示的長(zhǎng)圓形。與此相似，板條或工字梁在最大抗彎剛度平面內(nèi)彎曲時(shí)，會(huì)因載荷達(dá)到臨界值而發(fā)生側(cè)向彎曲(圖五)。薄殼在軸向壓力或扭矩作用下，會(huì)出現(xiàn)局部折皺。這些都是穩(wěn)定性問(wèn)題。 生活中處處都