材料力學(xué)在生活中的應(yīng)用

_材料力學(xué)理論在生活中的應(yīng)用這篇論文選取了三個(gè)生活實(shí)例，運(yùn)用材料力學(xué)所學(xué)的知識(shí)，通過受力分析，感謝閱讀應(yīng)力分析，強(qiáng)度校核回答了三個(gè)基本問題：鋁合金封的廊子窗格是否可以無限高；精品文檔放心下載千斤頂?shù)某休d重量是否可以任意大小和橋梁。關(guān)鍵詞材料力學(xué)拉壓強(qiáng)度撓度剪切壓桿穩(wěn)定組合變形受力單元體鋁合金感謝閱讀千斤頂1．鋁合金封的廊子窗格是否可以無限高圖一鋁合金門窗、廊子走在大街上，我們可以看到各式各樣的廊子樣式，可以看到大小不一的窗格感謝閱讀布置，學(xué)了材料力學(xué)這門課程，我們不禁要提問了，窗格尺寸的極限是多么大才精品文檔放心下載能保證支撐它的鋁合金材料安全，不會(huì)變形？現(xiàn)在就將這個(gè)模型抽象出來，假設(shè)鋁合金材料是空心鋁管，厚度可以任意選感謝閱讀擇，屈服強(qiáng)度取σ，只受玻璃給的壓力（設(shè)玻璃居中，由于給定一段鋁合金，主感謝閱讀要承載件是玻璃，而且玻璃的相對總質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于承載的鋁合金的質(zhì)量），外力感謝閱讀是均勻分布力，設(shè)普通玻璃的密度是ρkg?mm（忽略玻璃的寬度），玻璃高度為精品文檔放心下載H，取長度amm的鋁合金材料，寬度為bmm，高為hmm，如圖二所示：感謝閱讀_玻璃h鋁合金ba圖二玻璃安裝示意圖該結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)在鋁合金與玻璃接觸處，并且中間部位有一定的撓度（只要有謝謝閱讀承載，就一定有撓度），當(dāng)承載到一定極限時(shí)，撓度太大不滿足裝配要求了，或精品文檔放心下載者承載到一定極限就會(huì)使鋁合金破壞。情形（一）：撓度w不滿足裝配要求——將圖二簡化為圖三(a)所示的力學(xué)簡圖，裝配要求撓度值為[w]，只要w≤[w]謝謝閱讀即可。首先，做外力矩M，單位力力矩圖M?，如圖三(b)所示。謝謝閱讀ρHρH?1/4hbMF圖三(a)簡化模型圖三(b)彎矩圖運(yùn)用圖乘法可以求的w=1×b×ρH×2×1×2=bρH，進(jìn)而，bρH≤[w]，可謝謝閱讀 以滿足裝配要求。如果給定了最大允許裝配誤差[w]，知道鋁合金管的寬b，還謝謝閱讀知道所使用的玻璃的密度ρ，那么H≤48[w]，也就是玻璃不可能無限高，是有一感謝閱讀_個(gè)極限值的。情形（二）：剪切破壞——因?yàn)椴Ａ怯幸欢ǖ暮穸鹊模O(shè)厚為δ在玻璃與鋁合金接觸的地方，有剪切精品文檔放心下載力存在，考慮剪切面是矩形面，最大的剪切應(yīng)力τ=3×FQ，力學(xué)簡圖如圖四所示。謝謝閱讀 玻璃鋁合金圖四鋁合金側(cè)面示意圖每個(gè)截面上，剪力FQ=12ρδaH，切面面積A=at,(t為鋁合金厚度)，最大剪謝謝閱讀力為τ=3ρδH，可見，最大剪力是一個(gè)跟鋁合金長度a，寬度b，高h(yuǎn)無關(guān)的量。精品文檔放心下載如果使之滿足τ≤[τ]，可以得到H?4t[τ]，或者t?3ρδH，從這個(gè)結(jié)果我們可以看精品文檔放心下載 到，可以通過增加鋁合金的厚度提高承載玻璃重量，也可以通過降低玻璃的高度，感謝閱讀從而使結(jié)果安全。以上的討論是將鋁合金結(jié)構(gòu)與玻璃理想化了的，在實(shí)際應(yīng)用中，玻璃不是直謝謝閱讀接與鋁合金接觸，中間會(huì)有玻璃緊固條，相當(dāng)于加寬了玻璃的寬度，還要考慮安謝謝閱讀裝工藝，如果玻璃緊固條與鋁合金是通過螺釘固定的，那么會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，玻謝謝閱讀璃是脆性材料，應(yīng)力集中是非常危險(xiǎn)的。所以盡量避免使用螺釘固定，如果非用感謝閱讀不可，可以在螺釘與玻璃之間加上松軟的墊。采用規(guī)格厚的鋁合金，盡量減小窗謝謝閱讀格的高度可以有效地提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與穩(wěn)定。雖然鋁鎂合金在最近幾年得到了廣泛的應(yīng)用，但是鋁鎂合金的使用量仍然不精品文檔放心下載能跟鋼鐵相提并論。自從幾千年前我們進(jìn)入鐵器時(shí)代，鐵這種金屬材料一直都扮感謝閱讀_演著人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚牟牧现?，直到今天，甚至更久的將來。鐵的絕對優(yōu)勢首先源于鐵礦石的價(jià)格相對其他金屬要便宜，其次就是鋼鐵的熱處理簡單，技術(shù)成熟，可以制造出強(qiáng)度，剛度，韌性要求不同的材料，以滿足人類某一方面的需求。在我們的日常生活中，鐵或者鋼處處可見，家里的拖拉機(jī)幾乎就是一堆鋼鐵的組合，各種田間勞作的工具，各種交通工具……感謝閱讀2.千斤頂?shù)某休d重量是否可以任意大小下面，就以我們常見的機(jī)械式千斤頂為例，利用材料力學(xué)的知識(shí)，分析它的規(guī)格參數(shù)與強(qiáng)度要求。感謝閱讀機(jī)械式千斤頂（如圖五(a)示），設(shè)其絲杠長度為l,有效直徑為d，彈性模量感謝閱讀E，材料抗壓強(qiáng)度為σ，承載力大小為F，規(guī)定穩(wěn)定安全因數(shù)為n。精品文檔放心下載cFB BlAA圖五(a)千斤頂示意圖 圖五(b)千斤頂絲杠簡化圖精品文檔放心下載首先，計(jì)算絲桿柔度，判斷千斤頂絲桿為短粗桿，中等柔度桿，還是細(xì)長桿。精品文檔放心下載絲桿可以簡化為一端固定，另一端自由的壓桿（如圖五(b)所示），長度因數(shù)μ=2。感謝閱讀圓截面的慣性半徑為=√I=d，可計(jì)算柔度λ= ，查閱千斤頂這種材料的柔謝謝閱讀A 4度表，將得到的λ與之比較，確定千斤頂絲桿的性質(zhì)（一般千斤頂絲桿為中等柔謝謝閱讀度桿，但是針對具體千斤頂，應(yīng)該具體分析），最后計(jì)算臨界力F。謝謝閱讀cr如果千斤頂絲桿是細(xì)長桿，臨界力用歐拉公式F =π2EA計(jì)算，其中E是絲謝謝閱讀 λ_桿的彈性模量；如果千斤頂絲桿是中等柔度桿，還要查閱絲桿材料數(shù)據(jù)手冊，利感謝閱讀用經(jīng)驗(yàn)公式Fcr=(a?bλ)×A，其中a，b都是常數(shù)，可以從表里查閱到；如果千斤頂?shù)慕z桿是短粗桿，它只會(huì)發(fā)生強(qiáng)度破壞，不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。謝謝閱讀計(jì)算所得的F是臨界力，實(shí)際生活中，我們是不能直接加載到這個(gè)力大小謝謝閱讀的，因?yàn)樯晕⒁粋€(gè)小的擾動(dòng)，或者材料的不均勻，都會(huì)使千斤頂失穩(wěn)，嚴(yán)重的可謝謝閱讀能造成千斤頂?shù)钠茐模蛘呤侵挝锏膿p壞，也就是我們還要人為加進(jìn)去一個(gè)安精品文檔放心下載全因數(shù)n（大于1的常數(shù)），使加載力F?Fcr，確定好最大的安全加載力后，還nw要校正一下絲桿的強(qiáng)度，先假設(shè)力F作用在圓心處，且與軸線平行，此時(shí)只要滿精品文檔放心下載足F?[σ]就可以認(rèn)為加載力安全。 考慮實(shí)際生活中，千斤頂使用時(shí)承載力并不是集中力，即使將所有的力向圓精品文檔放心下載心處等效，由于力作用面可能不對稱，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等效的力偶作用，假設(shè)等效謝謝閱讀力大小為F′，等效力偶為M’，受力簡圖如圖六所示。謝謝閱讀M’ F’A A圖六實(shí)際千斤頂受力向圓心簡化結(jié)果此時(shí)，千斤頂?shù)慕z杠發(fā)生拉伸與扭轉(zhuǎn)的組合變形，危險(xiǎn)截面在在絲杠邊緣上感謝閱讀各個(gè)位置。A-A截面截開，在最靠近我們的點(diǎn)處取應(yīng)力單元體，受力分析如圖，其中σ是壓應(yīng)力，τ是切應(yīng)力。謝謝閱讀_στ圖七A-A截面邊緣單元體受力情況=F′，τ=M′，W是截面的抗扭截面系數(shù)，對于千斤頂絲杠來說，A=πd2，謝謝閱讀A Wt t 4Wt=16t最后校核這種受力狀態(tài)下的絲杠強(qiáng)度。如果采用第三強(qiáng)度理論校核，則第一謝謝閱讀主應(yīng)力（最大應(yīng)力）σ =√σ2+4τ2，如果采用第四強(qiáng)度理論校核，則第一主精品文檔放心下載應(yīng)力σ=σ，則r4r等效后合力與合力偶滿足強(qiáng)度要求，如果不滿足這個(gè)不等式，則要想法減小σ，謝謝閱讀r有兩個(gè)途徑，第一，可以減小σ，通過減小承載力F或者增大絲杠的直徑d可以謝謝閱讀達(dá)到減小壓應(yīng)力的要求；第二，可以減小τ，可以通過合理分布載荷F，使分布精品文檔放心下載載荷對圓心的合力偶盡量小達(dá)到要求。從這個(gè)實(shí)例的討論中，我們不難得出這樣的結(jié)論，使用千斤頂時(shí)，盡量使載精品文檔放心下載荷對稱分布，合理擺放千斤頂?shù)奈恢?，可以有效地提高千斤頂?shù)姆€(wěn)定性，保證千感謝閱讀斤頂?shù)陌踩褂谩?.橋梁橋是一種用來跨越障礙的大型構(gòu)造物。確切的說是用來將交通路謝謝閱讀線(如道路、鐵路、水道等)或者其他設(shè)施(如管道、電纜等)跨感謝閱讀_越天然障礙 (如河流、海峽、峽谷等)或人工障礙 (高速公路、鐵謝謝閱讀路線)的構(gòu)造物。橋的目的是允許人、車輛、火車或船舶穿過障謝謝閱讀礙。橋可以打橫搭著谷河或者海峽兩邊，又或者起在地上升高，感謝閱讀檻過下面的河或者路，讓下面交通暢通無阻。三分析_如果在安全的前提下，將原來的四個(gè)橋墩和三個(gè)拱形拉索變謝謝閱讀為三個(gè)橋墩和兩個(gè)拱形拉索。不僅可以節(jié)約大量的材料，降低成精品文檔放心下載本，而且有美觀。當(dāng)我們討論完這兩個(gè)實(shí)例后，回頭再想想我們材料力學(xué)課程的幾大知識(shí)點(diǎn)，謝謝閱讀發(fā)現(xiàn)它們之間的聯(lián)系是那么的密切，實(shí)際生活中我們遇到的承載材料一般都不是謝謝閱讀絕對的拉壓桿，軸或者梁，它們往往是幾種基本變形的組合，在分