工程力學(xué)論文

工程力學(xué)在材料中的應(yīng)用摘要:工程力學(xué)一般包括理論力學(xué)的靜力學(xué)和材料力學(xué)的有關(guān)內(nèi)容，是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的一般規(guī)律和有關(guān)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性理論的科學(xué)，是一門理論性和實(shí)際性都較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課。材料力學(xué)主要研究構(gòu)件在外力作用下的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性問題，在保證既安全又經(jīng)濟(jì)的條件下，為構(gòu)件設(shè)計(jì)和材料使用提供理論依據(jù)。工程力學(xué)在材料中的應(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，所以工程力學(xué)在材料中的應(yīng)用就顯得尤為重要。關(guān)鍵詞工程力學(xué)材料應(yīng)用引言工程力學(xué)在材料中的應(yīng)用十分廣泛，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)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。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)。靜不定問題的另一重要特征是，溫度的變化以及制造誤差也會(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)件的位移不得超過一定的數(shù)值。例如行車大量在起吊重物時(shí)，若其彎曲變形過大，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，若彎曲變形過大，會(huì)生產(chǎn)出來的紙張薄厚不均勻，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電源，在電磁力作用下必須保證觸電處有足夠大的位移。生活中處處都是工程力學(xué)在材料中的應(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，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題。我們受益匪淺，而它也是學(xué)習(xí)材料方面的基礎(chǔ)，是最關(guān)鍵的一門學(xué)科，以后學(xué)習(xí)工作的一種工具。

實(shí)例1）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。現(xiàn)以圖四所示兩端鉸支的細(xì)長壓桿來說明這類問題。設(shè)壓力與桿件軸線重合，當(dāng)壓力逐漸增加，（圖二?油缸活塞上的壓力）但小于某一極限值時(shí)，桿件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)如再用微力，(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渡為曲線平衡，稱為喪失穩(wěn)定，簡稱失穩(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