材料力学小论文.doc

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材料力学小论文

院系：

机电工程系

班级：

机制1104

姓名：

XXX

学号：

1109331183

导师：

XXX

2013.6

生活中的材料力学

材料力学在生活中的应用十分广泛。

大到机械中的各种机器，建筑中的各个结构，小到生活中的塑料食品包装，很小的日用品。

各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作，所以材料力学就显得尤为重要。

材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。

拉伸与压缩变形；液压传动机构中的活塞杆在油压和工作阻力作用下受拉：

内燃机的连杆在燃气爆发冲程中受压；起重机钢索在吊重物时，拉床的拉刀在拉削工件时，都承受拉伸；千斤顶的螺杆在顶起重物时，则承受压缩；桁架中的杆件不是受拉便是受压。

剪切变形?

生活中机械常用的连接件，如铆钉、键、销钉、螺栓等在连接中出现的变形属于剪切挤压变形，在设计时主要考虑其剪切应力。

扭转变形?

汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等轴类变形属于扭转变形。

扭转变形的其他应用实例弯曲变形?

火车轴、起重机大梁等的变形属于弯曲变形。

其他弯曲变形实例组合变形?

车床主轴、电动机主轴工作时同时发生扭转、弯曲及压缩三种变形.钻床立柱同时发生拉伸与弯曲两种变形。

应力集中?

应力集中发生在切口、切槽、油孔、螺纹轴肩等这些尺寸突然改变处的横截面上。

材料力学通常包括两大部分：

一部分是材料的机械性能，材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可少的依据；另一部分是杆件力学分析。

杆件按受力和变形可分为拉杆,压杆受弯曲的粱和受扭转轴。

杆中的内力有轴

（杆件）

力、剪力、弯矩和扭矩。

杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。

在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同，可将问题分为线弹性问题、几何非线性问题、物理非线性问题三类。

生活中机械常用的连接件，如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形，在设计时应主要考虑其剪切应力。

汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。

火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。

有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形，如车床主轴工作时同时发生扭转、弯曲及压缩三种基本变形；钻床立柱同时发生拉伸与弯曲两种变形。

利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象，工程中常利用其原理以提高材料的承载能力，例如建筑用的钢筋与起重的链（扭转机）

条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，是加工发生困难，且易产生裂纹，这时应采用退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。

在生活中我们用的很多包装袋上都会剪出一个小口，其原理就用到了材料力学的应力集中，使里面的食品便于撕开。

但是工程设计中要特别注意减少构件的应力集中。

在工程中，静不定结构得到广泛应用，如桁架结构。

静不定问题的另一重要特征是，温度的变化以及制造误差也会在静不定结构中产生应力，这些应力称为热应力与预应力。

为了避免出现过高的热应力，蒸汽管道中有时设置伸缩节，钢轨在两段接头之间预留一定量的缝隙等等，以削弱热膨胀所受的限制，降低温度应力。

在工程中实际中，常利用预应力进行某些构件的装配，例如将轮圈套装在轮毂上，或提高某些构件承载能力，例如预应力混凝土构件。

螺旋弹簧是工程中常用的机械零件，多用于缓冲装置、控制机构及仪表中，如车辆上的缓冲弹簧，发动机进排气阀与高压容器安全阀中的控制弹簧弹簧称中的

（螺旋弹簧）

测力弹簧等。

生活中很多结构或构件在工作时，对于弯曲变形都有一定的要求。

一类是要求构件的位移不得超过一定的数值。

例如行车大量在起吊重物时，若其弯曲变形过大，则小车行驶时就要发生振动；若传动轴的弯曲变形过大，不仅会使齿轮很好地啮合，还会使轴颈与轴承产生不均匀的磨损；输送管道的弯曲变形过大，会影响管道内物料的正常输送，还会出现积液、沉淀和法兰结合不密等现象；造纸机的轧辊，若弯曲变形过大，会生产出来的纸张薄厚不均匀，称为废品。

另一类是要求构件能产生足够大的变形。

例如车辆钢板弹簧，变形大可减缓车辆所受到的冲击；又如继电器中的簧片，为了有效地接通和断开电源，在电磁力作用下必须保证触电处有足够大的位移。

材料力学不仅在复杂机械工程中有重要的作用，在生活中也很常见。

比如随处可见的桥梁，桥是一种用来跨越障碍的大型构造物。

确切的说是用来将交通路线（如道路、铁路、水道等）或者其他设施（如管道、电缆等）跨越天然障碍（如河流、海峡、峡谷等）或人工障碍（高速公路、铁路线）的构造物。

（桥梁受压）

桥的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。

桥可以打横搭着谷河或者海峡两边，又或者起在地上升高，槛过下面的河或者路，让下面交通畅通无阻。

生活中处处都是材料力学的应用，它与我们的生活密切相关。

而我们需要一双发现的眼睛，处处留心皆学问，我们需要熟练掌握材料力学的知识才能明白其中的奥秘。

材料力学让我们明白了很多以前生活不能明白的问题。

我们受益匪浅，而它也是学习机械方面的基础，是最关键的一门学科，再者利用材料力学的知识对我们身边的事物进行分析并加以改进，对我们的生活和社会的发展能起到积极的促进作用。

实例：

压杆稳定的实用计算

在实际计算中，对压杆的稳定采用折减系数法，即把材料的许用应力[σ]乘上一个折减系数φ，作为压杆的稳定许用应力：

那么，用折减系数法计算压杆稳定的条件为：

压杆截面设计是在满足稳定条件的前提下，确定压杆所需要的最小截面尺寸。

由压杆的稳定条件得知，要确定截面尺寸，必须先知道折减系数φ。

但是，折减系数φ与柔度λ有关，而柔度λ又要通过惯性矩I、截面面积A及惯性半径i求得。

所以只能采用逐次逼近法进行反复试算。

通常，用逐次逼近法确定截面积的大小，一般要2~3次才可获得满意的结果。

压杆稳定一些生活实际研究当细长杆件受压时，却表现出与强度失效全然不同的

（图一·挺杆受压）

性质。

例如一根细长的竹片受压时，开始轴线为直线，接着必然是被压弯，发生颇大的弯曲变形，最后折断。

与此类似，工程结构中也有很多受压的细长[1]杆。

例如内燃机配气机构中的挺杆（图一），在它推动摇臂打开气阀时，就受压力作用。

又如磨床液压装置的活塞杆（图

二）当驱动工作台向右移动时，油缸活塞上的压力和工作台的阻力使（图二·油缸活塞上的压力）

活塞杆受到压缩。

同样，内燃机（图三）、空气压缩机、蒸汽机的连杆也是受压杆件。

还有,桁架结构中的抗压杆、建筑物中的柱也都是压杆。

现以图四所示两端铰支的细长压杆来说明这类问题。

设压力与杆件轴线重合，当压力逐渐增加，但小于某一极限值时，杆件一直保持直线形状的平衡，即使用微小的侧向干扰力使其暂时发生轻微弯曲（图四a），干扰力解除后，它仍将恢复直线形状（图四b）。

这表明压杆直线形状的平衡是稳定的。

当压力逐渐增加到一极限值时，压杆的直线平衡变。

为不稳定，将转变为曲线形状的平衡。

这时如再用微，

（图三·内燃机受压）（图四·受压无变形）

（图四c）,不能恢复原有的直线形状。

上述压力的极限值称为临界压力或临界力，记为Fcr。

压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡，称为丧失稳定，简称失稳，也称为屈曲。

杆件失稳后，压力的微小增加将引起弯曲变形的显著增大，杆件已丧失了承载能力。

这是因失稳造成的失效，可以导致整个机器或结构的损坏。

但细长压杆失稳时，应力并不一定很高，有时甚至低于比例极限。

可见这种形式的失失效效，并非强度不足，而是稳定性不够。

（图五·板条侧向弯曲）

构件也存在稳定失效问题除压杆外，其他构件也存在稳定失效问题。

例如在内压作用下的圆柱形薄壳，壁内应力这就是一个强度问题。

蒸汽锅炉、圆柱形薄壁容器就是这种情况；但如圆柱形薄壳在均匀外压作用下，壁内应力变为压应力（图五），则当外压到达临界值时，薄壳的圆形平衡就变为不稳定，会突然变成由虚线表示的长圆形。

与此相似，板条或工字梁在最大抗弯刚度平面内弯曲时，会因载荷达到临界值而发生侧向弯曲（图五）。

薄壳在轴向压力或扭矩作用下，会出现局部折皱。

这些都是稳定性问题。

生活中处处都是材料力学的应用，它与我们的生活密切相关。

而我们需要一双发现的眼睛，处处留心皆学问，我们需要熟练掌握材料力学的知识才能明白其中的奥秘。

材料力学让我们明白了很多以前生活不能明白的问题。

我们受益匪浅，而它也是学习机械方面的基础，是最关键的一门学科，再者利用材料力学的知识对我们身边的事物进行分析并加以改进，对我们的生活和社会的发展能起到积极的促进作用。