材料力學(xué)在工程實際中的應(yīng)用

1、,11附件1: gceAGBT19011-2Q08標準主要差異性分析 材料力學(xué)在工程實院中的應(yīng)用材料力學(xué)是研究材料在各種外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變、應(yīng)力、強度、穩(wěn)定和 導(dǎo)致各種材料破壞的極限。而研究材料力學(xué)在工程實際中的應(yīng)用，將會直接給 我們在進一步的學(xué)習(xí)中提供一個現(xiàn)實的模型。材料力學(xué)在生活中的應(yīng)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(xué)就顯得尤為重要。生活中機械常用 的連接件如釧釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形在設(shè)計時應(yīng)主要考慮其 剪切應(yīng)力。汽車的傳動軸、轉(zhuǎn)向軸、水輪機的

2、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。有些桿件在設(shè)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(xué)，我們首先應(yīng)該了解它的屬性。材料力學(xué)在工程中常用的屬性主要 有：密度p:密度與結(jié)構(gòu)自重和地震荷載有關(guān)。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。強度f：材料的承受能力。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。Id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(xué)研究的主要問題是桿

3、件的強度、剛度和穩(wěn)定性問題，因此，制成桿件的 物體就應(yīng)該是變性固體，而不能像理論力學(xué)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)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(chǔ)的剛度會影響到大型壩體內(nèi)的應(yīng)力分布；在機電設(shè)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(xué)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(xué)中，我

4、們要著重研究這種外力和變形之間的關(guān)系。大多數(shù)變形 固體具有在外力作用下發(fā)生變形，但在外力除去后又能立刻恢復(fù)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(fù)其中 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(dāng)所受的外力不超過某一限

5、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，從而得到比較通用的 結(jié)論?？偠灾瑮U件要能正常工作，必須同時滿足以下三方面的要求：不會發(fā)生破壞，即桿件必須具有足夠的強度。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不失穩(wěn)，桿件在其原有形狀下的平衡應(yīng)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(shè)計每一桿件時，應(yīng)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(dāng)這些主要方面的要求滿足 了，其它兩個次要方面的要求也

6、就自動地得到滿足。當(dāng)設(shè)計的桿件能滿足上述 三方面的要求時，就可認為設(shè)計是安全的，桿件能夠正常工作。其次，材料力學(xué)在工程實際中的應(yīng)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(guān)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(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)，上述事實 及

7、工程實踐推動了力學(xué)在材料工程中的應(yīng)用。中國數(shù)千年來一直有著木構(gòu)建筑的傳統(tǒng)，我國著名建筑學(xué)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(yīng)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(xué)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(xué)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

8、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(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)機械方面的基礎(chǔ)，是關(guān)鍵的一門學(xué)科，以后學(xué)習(xí)工作的一種工具?，F(xiàn)實生活51中結(jié)構(gòu)體的應(yīng)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(shè)計都離不開材料力學(xué)理論，材料力學(xué)的應(yīng)用不管是在安全和保 護環(huán)境上還是在經(jīng)濟