工程力學論文

HefeiUniversity論文題目： 工程力學論文年級專業(yè)： 13級化工卓越工程師之班姓名： 王俊學號： 1303022043老師姓名： 胡淼摘要：工程力學是力學的一個分支，它主要涉及機械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各種工程與力學結(jié)合的領(lǐng)域，分為六大研究方向：非線性力學與工程、工程穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)、應力與變形測量理論和破壞檢測技術(shù)、數(shù)值分析方法與工程應用、工程材料物理力學性質(zhì)、工程動力學與工程爆破。學制一般為四年，畢業(yè)后授予工學學士。就業(yè)面相當廣泛，可以繼續(xù)讀博、從事科學研究、教師、公務(wù)員，或到國防單位工作，去外企等等?？偟膩碚f，工程力學專業(yè)具有現(xiàn)代工程與理論相結(jié)合的的特點，有很大的知識面和靈活性，對國家現(xiàn)代化建設(shè)具有重大意義。關(guān)鍵字：歷史、研究方向、應用、學習心得一、工程力學簡介工程力學是研究有關(guān)物質(zhì)宏觀運動規(guī)律，及其應用的科學。工程給力學提出問題，力學的研究成果改進工程設(shè)計思想。從工程上的應用來說，工程力學包括：質(zhì)點及剛體力學，固體力學，流體力學，流變學，土力學，巖體力學等。人類對力學的一些基本原理的認識，一直可以追溯到史前時代。在中國古代及古希臘的著作中，已有關(guān)于力學的敘述。但在中世紀以前的建筑物是靠經(jīng)驗建造的。1638年3月伽利略出版的著作《關(guān)于兩門新科學的談話和數(shù)學證明》被認為是世界上第一本材料力學著作，但他對于粱內(nèi)應力分布的研究還是很不成熟的。納維于1819年提出了關(guān)于粱的強度及撓度的完整解法。1821年5月14日，納維在巴黎科學院宣讀的論文《在一物體的表面及其內(nèi)部各點均應成立的平衡及運動的一般方程式》，這被認為是彈性理論的創(chuàng)始。其后，1870年圣維南又發(fā)表了關(guān)于塑性理論的論文水力學也是一門古老的學科。早在中國春秋戰(zhàn)國時期（公元前5?前4世紀），墨翟就在《墨經(jīng)》中敘述過物體所受浮力與其排開的液體體積之間的關(guān)系。歐拉提出了理想流體的運動方程式。物體流變學是研究較廣義的力學運動的一個新學科。1929年，美國的賓厄姆倡議設(shè)立流變學學會，這門學科才受到了普遍的重視。理論力學的理論基礎(chǔ)是牛頓定律，它是研究工程技術(shù)科學的力學基礎(chǔ)。二、工程力學的應用1、材料力學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(shè)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。火車軸、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；鉆床立柱同時發(fā)生拉伸與彎曲兩種變形。利用材料力學中卸載與在加載規(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，這時應采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應。在生活中我們用的很多包裝袋上都會剪出一個小口，其原理就用到了材料力學的應力集中，使里面的食品便于撕開。但是工程設(shè)計中要特別注意減少構(gòu)件的應力集中。在工程中，靜不定結(jié)構(gòu)得到廣泛應用，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在靜不定結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生應力，這些應力稱為熱應力與預應力。為了避免出現(xiàn)過高的熱應力，蒸汽管道中有時設(shè)置伸縮節(jié)，鋼軌在兩段接頭之間預留一定量的縫隙等等，以削弱熱膨脹所受的限制，降低溫度應力。在工程中實際中，常利用預應力進行某些構(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，例如預應力混凝土構(gòu)件。[2]螺旋彈簧是工程中常用的機械零件，多用于緩沖裝置、控制機構(gòu)及儀表中，如車輛上的緩沖彈簧，發(fā)動機進排氣閥與高壓容器安全閥中的控制彈簧，彈簧稱中的測力彈簧等。生活中很多結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在工作時，對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，若其彎曲變形過大，則小車行駛時就要發(fā)生振動；若傳動軸的彎曲變形過大，不僅會使齒輪很好地嚙合，還會使軸頸與軸承產(chǎn)生不均勻的磨損；輸送管道的彎曲變形過大，會影響管道內(nèi)物料的正常輸送，還會出現(xiàn)積液、沉淀和法蘭結(jié)合不密等現(xiàn)象；造紙機的軋輥，若彎曲變形過大，會生產(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。生活中處處都是材料力學的應用，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，處處留心皆學問，我們需要熟練掌握材料力學的知識才能明白其中的奧秘。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(chǔ)，是最關(guān)鍵的一門學科，以后學習工作的一種工具。2、流體力學流體力學中研究得最多的流體是水和空氣。它的主要基礎(chǔ)是牛頓運動定理和質(zhì)量守恒定理，常常還要用到熱力學知識，有時還用到宏觀電動力學的基本定律、本構(gòu)方程和高等數(shù)學、物理學、化學的基礎(chǔ)知識。除水和空氣以外，流體還指作為汽輪機工作介質(zhì)的水蒸氣、潤滑油、地下石油、含泥沙的江水、血液、超高壓作用下的金屬和燃燒后產(chǎn)生成分復雜的氣體、高溫條件下的等離子體等等。氣象、水利的研究，船舶、飛行器、葉輪機械和核電站的設(shè)計及其運行，可燃氣體或炸藥的爆炸，汽車制造（聯(lián)眾集群），以及天體物理的若干問題等等，都廣泛地用到流體力學知識。許多現(xiàn)代科學技術(shù)所關(guān)心的問題既受流體力學的指導，同時也促進了它不斷地發(fā)展。20世紀50年代開始的航天飛行，使人類的活動范圍擴展到其他星球和銀河系。航空航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展是同流體力學的分支學科一一空氣動力學和氣體動力學的發(fā)展緊密相連的。這些學科都屬于流體力學。石油和天然氣的開采，地下水的開發(fā)利用，要求人們了解流體在多孔或縫隙介質(zhì)中的運動，這是流體力學分支之一——滲流力學研究的主要對象。滲流力學還涉及土壤鹽堿化的防治，化工中的濃縮、分離和多孔過濾，燃燒室的冷卻等技術(shù)問題。燃燒離不開氣體，這是有化學反應和熱能變化的流體力學問題；爆炸是猛烈的瞬間能量變化和傳遞過程，涉及氣體動力學；沙漠遷移、河流泥沙運動、管道中煤粉輸送、化工中氣體催化劑的運動等，都涉及流體中帶有固體顆粒或液體中帶有氣泡等問題；在受控熱核反應、磁流體發(fā)電、宇宙氣體運動等方面都有流體力學的廣泛應用。風對建筑物、橋梁、電纜等的作用使它們承受載荷和激發(fā)振動；廢氣和廢水的排放造成環(huán)境污染；河床沖刷遷移和海岸遭受侵蝕；研究這些流體本身的運動及其同人類、動植物間的相互作用的學科稱為環(huán)境流體力學。[4]3、結(jié)構(gòu)力學經(jīng)典的結(jié)構(gòu)力學也稱狹義結(jié)構(gòu)力學，主要研究由杠桿組成的體系，更多涉及平面杠桿系。廣義結(jié)構(gòu)力學除了研究可變形的杠桿體系外，還包括可變形的連續(xù)體，如平板、殼體、塊體等等?，F(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，它們的設(shè)計都離不開結(jié)構(gòu)力學理論。結(jié)構(gòu)力學的應用不管是在安全和保護環(huán)境上，還是在經(jīng)濟效益和穩(wěn)固上往往能給我們帶來意想不到的效果。在原始時代就已經(jīng)出現(xiàn)了橋梁，那時跨越水道和峽谷是利用自然倒下的樹木，自然形成的石梁或石拱。在17世紀以前，橋梁一般是用的木、石材料建造的，并按建橋材料分為石橋和木橋。19世紀50年代以后，隨著酸性轉(zhuǎn)爐煉鋼和平爐煉鋼技術(shù)的發(fā)展，鋼材成為重要的造橋材料，鋼的抗拉強度大，抗沖擊性能好，尤其是19世紀70年代出現(xiàn)鋼板和矩形軋制斷面鋼材，為橋的部件在廠內(nèi)組裝創(chuàng)造了條件，石橋的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。因為只是憑經(jīng)驗修橋，曾使19世紀80-90年代得許多鐵路橋發(fā)生重大事故;從那時起，正在發(fā)展中的結(jié)構(gòu)力學理論得到了重視，在它的靜力分析理論完全確立并廣泛普及之后，橋梁因強度不足而造成的事故大為減少。到了現(xiàn)代，橋梁按建橋材料可分為預應力鋼筋混凝土橋、鋼筋混凝土橋?；炷量估瓘姸群艿停鋬r格卻遠低于鋼材，為了增加其抗拉能力，設(shè)計了鋼筋混凝土這類復合建筑材料，使其既能承受拉力，又能承受壓力，但限于混凝土材料本身所具有的力學性能，將其作為梁式橋結(jié)構(gòu)用材，跨度仍遠遜色于傳統(tǒng)的拱橋結(jié)構(gòu)。而預應力鋼筋混凝土桁架拱橋：盡管有受力鋼筋在承載，但在受拉區(qū)仍然不可避免地會出現(xiàn)一些裂縫，若對鋼筋施加一定的張力作用，可以克服此弊端，即通過張拉預應力筋，使得受拉區(qū)事先儲備一定數(shù)值的壓應力，當外荷載作用時，混凝土可不出現(xiàn)拉應力或不超過某個臨界值的拉應力，從而極大地提高了混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能，剛度和承載能力，進而導致了預應力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)。眾所周知一輛普通的小橋車，從側(cè)面看上去，兩個輪子的位置既不在最邊上，也不在非常靠中間，這是為什么呢？平常我們都認為這是理所當然的，卻不知其原理。其實這就是結(jié)構(gòu)力學內(nèi)力分析在生活中的應用。當輪子分別位于車左右四分之一處時，這樣可以使車身在同樣的荷載下的車身的彎矩最小，也就是內(nèi)矩最小，可以使車身材料得到充分的利用，同時也更加安全。同樣的原理在現(xiàn)實生活中也有很多的應用，如對于自重較大的杠件式物件采用兩點起吊時，兩點應該選在杠件兩端四分之一處。三、研究方向（一） 非線性力學與工程主要研究非線性力學的基礎(chǔ)理論和工程實用技術(shù)。研究土木建筑、水利水電、采礦、交通等部門中的地下峒室、采場、隧道、井巷、高層建筑基礎(chǔ)、橋梁與基礎(chǔ)、公路邊坡、礦山邊坡、水利水電壩基與邊坡等工程在普通力場和耦合力作用下發(fā)生變形、位移和破壞的規(guī)律。通過現(xiàn)場監(jiān)測、實驗室模擬及計算機數(shù)值分析等綜合研究，為工程設(shè)計和施工、實現(xiàn)工程設(shè)計優(yōu)化、保證生產(chǎn)和施工安全提供科學依據(jù)。本研究方向致力于將現(xiàn)代前沿科學技術(shù)，如人工智能技術(shù)、灰色理論、數(shù)值模擬、非線性力學和不確定性分析技術(shù)等應用到巖土、結(jié)構(gòu)材料力學分析和工程應用研究中來，不斷提高工程設(shè)計和施工的科學水平。（二） 工程穩(wěn)定性分析及控制技術(shù)主要研究建筑結(jié)構(gòu)、建筑地基、地下鐵道、地下隧道、地下峒室、礦山井巷和巖土邊坡、壩坡等結(jié)構(gòu)和巖土工程的穩(wěn)定性和可靠性分析、預測及其控制技術(shù)。通過現(xiàn)場監(jiān)測、物理模擬及數(shù)值法計算，研究各種因素及其耦合作用對工程穩(wěn)定性的影響，研究符合靜、動力學和耦合特征的穩(wěn)定性控制技術(shù)，特別是研究巖土體加固的作用機理、參數(shù)確定和新技術(shù)開發(fā)，新奧法在巖土工程中的應用。（三） 應力與變形測量理論和破壞檢測技術(shù)應力和變形狀態(tài)及其分布規(guī)律是一切工程穩(wěn)定性的最基本方法。應力和應變測量是了解工程中應力、變形與破壞狀態(tài)及其分布規(guī)律的重要手段。本方向研究重點為以下列兩個方面：（1） 地應力測量理論和技術(shù)。研究地應力測量的原理和方法，特別對目前國內(nèi)外應用最廣泛的應力解除法和水壓致裂法在不連續(xù)、非均質(zhì)、各相異性和非線性巖體中的工作性能進行系統(tǒng)的試驗和研究。發(fā)展實用的測量和分析技術(shù)、儀器，以提高應力解除法和水壓致裂法在復雜巖體和地質(zhì)條件下的測量精度和可靠性。同時，發(fā)展新的地應力測量理論和監(jiān)測技術(shù)、儀器。（2） 在無損檢測技術(shù)。現(xiàn)代無損檢測技術(shù)、巖土材料和工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷、破壞、壽命評估、反分析理論和技術(shù)方法。（四） 數(shù)值分析方法與工程應用數(shù)值分析已經(jīng)成為巖土工程開挖與結(jié)構(gòu)建造動態(tài)過程模擬、工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和穩(wěn)定性分析的最有利手段。本研究方向主要研究各種數(shù)值分析方法，包括有限元法、邊界單元法、離散單元法、不連續(xù)變形分析法和問題反分析方法和優(yōu)化設(shè)計等在巖土和結(jié)構(gòu)工程中的應用。重點在于應用上述方法合理、準確地模擬和分析、解決巖土和結(jié)構(gòu)工程中的實際問題。要求培養(yǎng)的人才必須具有堅實的數(shù)學、力學基礎(chǔ)，通曉數(shù)值分析的基本原理和方法，有不斷發(fā)展現(xiàn)有的分析理論和技術(shù)，使之具有更加廣泛的實用性和更高的精度的能力。同時還應具有編制實用程序軟件的能力。（五） 工程材料物理力學性質(zhì)此研究方向以固體力學為基礎(chǔ)，運用斷裂力學、損傷力學和流變力學的新成就，研究巖土材料和建筑材料的力學性能。研究完整巖石的力學性質(zhì)，在室內(nèi)試驗基礎(chǔ)上研究巖石的應力應變關(guān)系、巖石破壞類型及破壞機制、巖石強度準則；研究節(jié)理巖體的力學特性，研究結(jié)構(gòu)面對巖石強度、變形的影響；研究巖石流變力學，巖石和巖體的流變特性；研究軟巖的力學特性，研究膨脹巖的力學特性、膨脹機制，研究軟巖、膨脹巖穩(wěn)定性的控制。研究混凝土及人工復合材料的細觀破壞機理與宏觀斷裂與強度，徐變、疲勞以及環(huán)境因素對材料性能和壽命的影響。根據(jù)現(xiàn)場試驗和實驗室試驗的結(jié)果，運用相關(guān)的力學理論，以及概論統(tǒng)計、模糊數(shù)學、灰色理論、人工智能理論和不確定性分析理論等建立巖石、巖體和混凝土等材料的本構(gòu)模型也是本方向的重要研究內(nèi)容。四、學習心得學習工程力學這門課不知不覺已經(jīng)快一學期了，首先我想淺談我學到了什么：工程力學理論性強且與專業(yè)課、工程實際緊密聯(lián)系，是科學、合理選擇或設(shè)計結(jié)構(gòu)（或構(gòu)件）的尺寸、形狀、強度校核的理論依據(jù)。具有承上啟下的作用。也就是說，學好工程力學，為后續(xù)專業(yè)課的應用和拓展奠定了很強的理論基礎(chǔ)。學習到的主要內(nèi)容：靜力學：主要研究物體（剛體模型）的受力和平衡規(guī)律，主要包括三方面內(nèi)容：1）物體的受力分析（基礎(chǔ)重點與難點）2）力系的簡化3）剛體的平衡條件。材料力學——研究物體（變形體模型）在外力作用下的內(nèi)力、應力、變形及失效規(guī)律。材料力學的任務(wù)一一要求構(gòu)件在外力作用下安全（正常工作），必須滿足：1）強度條件：2）剛度條件：3）穩(wěn)定性條件：學習工程力學的目的是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的要求下，為工程構(gòu)件的力學設(shè)計提供必要的理論基礎(chǔ)和分析方法，以便設(shè)計出既安全又經(jīng)濟的構(gòu)件。學習心得：這學期我們開了工程力學的課，我開始試著調(diào)整自己的心態(tài)，不管它多難，都得學，最起碼上課先認真聽好老師講的課。抱著想學、要學的心理，我試著聽好每一節(jié)課。自己最大的弱點就是畏難，害怕做難題！這也許才是真正導致我工程力學學不好的原因。上課聽不懂，到了下課，空余時間，因為覺得難，所以也就不想碰它，這樣惡性循環(huán)下去。就自身而言，要想學好這門課，最主要的就是要克服我的畏難心理，否則我永遠得不到提高。凡事都是說起來容易做起來難，我不可能一下子就能完全克服我的毛病，總得有個變化的過程，但我會盡自己最大的努力縮短這個過程的！不得不說聽顧老師的課是一種享受。顧老師以自己豐富的人生經(jīng)歷告訴我們該怎么樣學會工程力學，不