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1、材料力学小论文院系：机电工程系 班级：机制1104 姓名：X X X 学号：1109331183 导师：X X X2013.6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，
2、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
3、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
4、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图L工ft査莹箔构（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
5、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测力弹簧等。（螺旋弹簧）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
6、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
7、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
8、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o 乘上一个折减系数e，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P。但是，折减系数P与柔度 入有关，而柔度入又要通过惯性矩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
9、23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性质。例如一根细长的竹片受压时（图一挺杆受压）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）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（图三内燃机受压）（图四受压无变形）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
10、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
11、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 圆柱形薄売，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；但如圆柱形薄売在均匀外压作用下，壁内应力变 为压应力（图五），则当外压到达临界值时，薄売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）。薄売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。
