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1、 姓名:图尔荪江斯拉吉 学号： 理论力学、材料力学以及构造力学的关系摘要 通过学习一种学期的构造力学课程对构造力学分析及计算有了一定的基本。为了更好的巩固对构造力学的知识，全面加强力学计算的能力进而为了精确计算实际工程中遇到的多种问题我觉得很有必要结识清晰构造力学、理论力学以及材料力学的联系及区别。引言 为了深刻结识三大力学之间的关系先要对各个力学的基本意义、研究方向、研究任务、发展简史及目前工程应用当中的不可忽视的作用进行进一步研究正文 一 ， 三大力学的基本定义:理论力学：理论力学是机械运动及物体间互相机械作用的一般规律的学科，也称典型力学。是力学的一部分,也是大部分工程技术科学理论力学的
2、基本。其理论基本是牛顿运动定律,故又称牛顿力学。20世纪初建立起来的量子力学和相对论,表白牛顿力学所表述的是相对论力学在物体速度远不不小于光速时的极限状况,也是量子力学在量子数为无限大时的极限状况。对于速度远不不小于光速的宏观物体的运动，涉及超音速喷气飞机及宇宙飞行器的运动,都可以用典型力学进行分析。材料力学:研究材料在多种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度和导致多种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科,是设计工业设施必须掌握的知识。学习材料力学一般规定学生先修高等数学和理论力学。构造力学：构造力学是固体力学的一种分支,它重要研究工程构造受力和传力的规律,以及如何进行构造优化的
3、学科。所谓工程构造是指可以承受和传递外载荷的系统，涉及杆、板、壳以及它们的组合体,如飞机机身和机翼、桥梁、屋架和承力墙等。二， 研究方向：理论力学：理论力学重要研究刚体系的平衡条件和运动的基本规律。它的研究对象是刚体，与物体形变无关,重要是单纯的力与力,力与物体之间的关系，是承上启下的一门力学基本课。同步理论力学是一门理论性较强的技术基本课，随着科学技术的发展,工程专业中许多课程均以理论力学为基本。理论力学遵循对的的结识规律进行研究和发展。人们通过观测生活和生产实践中的多种现象，进行多次的科学实验，通过度析、综合和归纳，总结出力学的最基本的理论规律。材料力学:材料力学重要是研究单个材料的力学性
4、能，形变与力的关系。它重要研究单根杆件的强度、刚度、和稳定性。构造力学：构造力学的研究对象重要是杆件构造。三,研究任务理论力学:理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。理论力学所研究的对象(即所采用的力学模型)为质点或质点系时,称为质点力学或质点系力学；如为刚体时,称为刚体力学。因所研究问题的不同,理论力学又可分为静力学、运动学和动力学三部分。静力学研究物体在力作用下处在平衡的规律。运动学研究物体运动的几何性质。动力学研究物体在力作用下的运动规律。 理论力学的重要分支有振动理论、运动稳定性理论、陀螺仪理论、变质量体力学、刚体系统动力学、自动控制理论等。这些内容,有时总称为一般力学。 理论力学
5、与许多技术学科直接有关，如水力学、材料力学、构造力学、机器与机构理论、外弹道学、飞行力学等,是这些学科的基本。材料力学:研究材料在外力作用下破坏的规律、为受力构件提供强度,刚度和稳定性计算的理论基本条件、解决构造设计安全可靠与经济合理的矛盾。 材料力学基本假设1持续性假设构成固体的物质内毫无空隙地布满了固体的体积。2均匀性假设-在固体内任何部分力学性能完全同样3各向同性假设材料沿各个不同方向力学性能均相似4 小变形假设变形远不不小于构件尺寸，便于用变形前的尺寸和几何形状进行计算研究内容在人们运用材料进行建筑、工业生产的过程中,需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究,这就催生了材料力学。运用
6、材料力学知识可以分析材料的强度、刚度和稳定性。材料力学还用于机械设计使材料在相似的强度下可以减少材料用量，优化机构设计,以达到减少成本、减轻重量等目的。在材料力学中,将研究对象被看作均匀、持续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不也许会有符合这些条件的材料，因此须要多种理论与实际措施对材料进行实验比较。材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律,在弹性限度内，物体的应力与应变成线性关系。构造力学:研究在工程构造在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程构造,为工程设计提供分析措施和计算公式;拟定工程构造承受和传递外力的能力；研究和发
7、展新型工程构造。 观测自然界中的天然构造，如植物的根、茎和叶，动物的骨骼,蛋类的外壳,可以发现它们的强度和刚度不仅与材料有关，并且和它们的造型有密切的关系,诸多工程构造就是受到天然构造的启发而创制出来的。构造设计不仅要考虑构造的强度和刚度,还要做到用料省、重量轻.减轻重量对某些工程尤为重要，如减轻飞机的重量就可以使飞机航程远、上升快、速度大、能耗低。从她们的研究方向和研究对象容易看出 材料力学重要是从理论力学的静力学发展而来，由于刚体是不会变形的，材料力学就是研究物体在发生形变后来的某些问题，例如说刚度,强度,稳定性等等。理论力学无法解答超静定问题，但是在材料力学中可以根据变形协调方程或者某些
8、边界约束条件可以解答超静定问题，这是材料力学比理论力学更丰富的地方。并且材料力学在解释实际生活中的问题时时把问题工程化。此外动载荷和疲劳失效问题材料力学中也有波及但不是重点。而理论力学和材料力学不能解决的问题构造力学有效的解决了。构造力学就更加深化了，研究的是多种杆件的组合构造,扩展到了空间，各加复杂化,实际化。四, 发展简史理论力学:力学是最古老的科学之一，它是社会生产和科学实践长期发展的成果。随着古代建筑技术的发展,简朴机械的应用，静力学逐渐发展完善。公元前5前4世纪，在中国的墨经中已有有关水力学的论述。古希腊的数学家阿基米德(公元前3世纪）提出了杠杆平衡公式(限于平行力）及重心公式，奠定
9、了静力学基本。荷兰学者斯蒂文（1世纪)解决了非平行力状况下的杠杆问题,发现了力的平行四边形法则。她还提出了出名的“黄金定则”,是虚位移原理的萌芽。这一原理的现代提法是瑞士学者约翰第一伯努利于1提出的。 动力学的科学基本以及整个力学的奠定期期在1世纪。意大利物理学家伽利略创立了惯性定律，初次提出了加速度的概念。她应用了运动的合成原理,与静力学中力的平行四边形法则相相应，并把力学建立在科学实验的基本上。英国物理学家牛顿推广了力的概念,引入了质量的概念,总结出了机械运动的三定律(17年),奠定了典型力学的基本。她发现的万有引力定律，是天体力学的基本。以牛顿和德国人G.W.莱布尼兹所发明的微积分为工具
10、,瑞士数学家L.欧拉系统地研究了质点动力学问题,并奠定了刚体力学的基本。材料力学：1 独立学科的标志及杆件的拉伸问题 一般觉得,意大利科学家伽利略有关力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明书的刊登(168年）是材料力学开始形成一门独立学科的标志。在该书中这位科学巨匠尝试用科学的解析措施拟定构件的尺寸，讨论的第问题是直杆轴向拉伸问题,得到承载能力与横截面积成正比而与长度无关的对的结论。2梁的弯曲问题 在有关力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明一书中,伽利略讨论的第二个问题是梁的弯曲强度问题。按今天的科学结论,当时作者所得的弯曲正应力公式并不完全对的,但该公式已反映了矩形截面梁的承载能力
11、和h2(b、h分别为截面的宽度和高度)成正比,圆截面梁承载能力和d3（d为横截面直径）成正比的对的结论。对于空心梁承载能力的论述则更为精彩，她说，空心梁“能大大提高强度而无需增长重量,因此在技术上得到广泛的应用。在自然界就更为普遍了。这样的例子在鸟类的骨骼和多种芦苇中可以看到,它们既轻巧，而又对弯曲和断裂具有相称高的抵御能力”。 梁在弯曲变形时,沿长度方向的纤维中有一层既不伸长也不缩短者，称为中性层。早在1荷兰物理学家和力学家比克门发现,梁弯曲时一侧纤维伸长、另一侧纤维缩短，必然存在既不伸长也不缩短的中性层。英国科学家胡克（oke）于1678年也论述了同样的现象，但她们都没有述及中性层位置问题
12、。一方面论及中性层位置的是法国科学家马略特。其后莱布尼兹、雅科布伯努利、伐里农等人及其她学者的研究工作尽管都波及了这一问题,但都没有得出对的的结论。18世纪初,法国学者帕伦对这一问题的研究获得了突破性的进展。直到1826年纳维才在她的材料力学讲义中给出对的的结论：中性层过横截面的形心。 平截面假设是材料力学计算理论的重要基本之一。雅科布伯努利于1695年提出了梁弯曲的平截面假设，由此可以证明梁（中性层）的曲率和弯矩成正比。此外她还得到了梁的挠曲线微分方程。但由于没有采用曲率的简化式,且当潮流无弹性模量的定量成果，致使该理论并没有得到广泛的应用。 梁的变形计算问题,早在3世纪纳莫尔已经提出,此后
13、雅科布伯努利、丹尼尔伯努利、欧拉等人都曾经研究过这一问题。826年纳维在她材料力学讲义中得出了对的的挠曲线微分方程式及梁的弯曲强度的对的公式,为梁的变形与强度计算问题奠定了对的的理论基本。 俄罗斯铁路工程师儒拉夫斯基于855年得到横力弯曲时的切应力公式。30年后，她的同胞别斯帕罗夫开始使用弯矩图，被觉得是历史上第一种使用弯矩图的人。3有关杆件扭转问题 对于圆轴扭转问题,可以觉得法国科学家库仑分别于17年和184年刊登的两篇论文是具有开创意义的工作。其后英国科学家杨在18得到了横截面上切应力与到轴心距离成正比的对的结论。此后，法国力学家圣维南于1世纪中叶运用弹性力学措施奠定了柱体扭转理论研究的基
14、本,因而学术界习惯将柱体扭转问题称为圣维南问题。闭口薄壁杆件的切应力公式是布莱特于189年得到的;而铁摩辛柯、符拉索夫和乌曼斯基则对求解开口薄壁杆件扭转问题做出了杰出的奉献。 有关压杆稳定问题 压杆在工程实际中到处可见,第11章已经述及压杆的失稳现象。早在文艺复兴时期，伟大的艺术家、科学家和工程师达芬奇对压杆做了某些开拓性的研究工作。荷兰物理学专家穆申布罗克于179年通过对于木杆的受压实验，得出“压曲载荷与杆长的平方成反比的重要结论”。众所周知，细长杆压曲载荷公式是数学家欧拉一方面导出的。她在1744年出版的变分法专著中,曾得到细长压杆失稳后弹性曲线的精确描述及压曲载荷的计算公式。57年她又出
15、版了有关柱的承载能力的论著(工程中习惯将压杆称为柱），纠正了在4年专著中有关矩形截面抗弯刚度计算中的错误。而人们熟知的两端铰支压杆压曲载荷公式是拉格朗日在欧拉近似微分方程的基本上于70年左右得到的。18英国自然哲学专家杨、18年纳维先后指出欧拉公式只合用于细长压杆。184年拉马尔具体讨论了欧拉公式的合用范畴,并提出超过此范畴的压杆要依实验研究方可解决问题的对的见解。有关人们熟知的非细长杆压曲载荷经验公式的提出者,则众说纷云，难于考证。一种说法是瑞士的台特迈尔和俄罗斯的雅辛斯基都曾提出过有关压杆临界力与柔度关系的经验公式，雅辛斯基还用过许可应力折减系数计算稳定许可应力。 疲劳强度问题 随时间作周期性变化的应力,称为交变应力。构件在交变应力作用下,经一定循环次数发生的破坏，称为疲劳破坏。189年巴黎大学专家庞赛洛特在授课中一方面使用了金属疲劳的概念。19世纪中期,随着铁路运送的发展,断轴的事故常有发生，引起人们对疲劳破坏现象的研究爱好。当时沃勒一方面在旋转弯曲疲劳实验机上进行开创性的实验研究，提出了应力一寿命图和疲劳极限的概念。为纪念她对疲劳强度研究工作所做的杰出奉献，人们将应力与疲劳破坏循环次数的关系曲线(即曲线)称为沃勒曲线，尽管在她当时的研究工作中并没有使用这种曲线。 其后,盖帕尔和古德曼)分别研究了平均应力对寿命的影响，后者还提出了考虑平均应力影响的简朴理论
