工程力学在生活中的应用

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　　工程力学分为理论力学和材料力学，我们的生活中最简单的东西也与工程力学息息相关。

　　一、理论力学在生活中的应用

　　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于平衡的规律;

　　· 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、刚体系统动力学以及自动控制理论等，这些内容有时总称为一般力学。

　　理论力学与许多技术学科直接有关，如水力学、材料力学、结构力学、机器与机构理论、外弹道学、飞行力学等，是这些学科的基础。

　　在生活中，理论力学经常应用于三角形支架稳定(野外烧锅架)、千斤顶、加油站的屋顶桁架结构、吊车滑轮组结构等;各种机械零件和建筑物结构应用最广泛，如铰链连接、塔吊、二力杆等等。同时，在我们生活中最意想不到的简单的东西也涉及到理论力学，如指甲刀、剪子、钳子、板子、滑轮，这些都是杠杆原理。有一种可以粘在墙上的粘钩，那是用的大气压强。

　　二、材料力学在生活中的应用

　　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。

　　生活中机械常用的连接件，如铆钉、键、销钉、螺栓等变形属于剪切变形，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条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，加工困难且易产生裂纹，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。在实际工程中，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，弹簧称重的测力弹簧等。

　　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，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，会生产出的纸张薄厚不均匀，成为废品。

　　  · 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。

　　生活中处处都是工程力学的应用，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，熟练掌握力学的知识才能明白其中的奥秘。

　　来源：河大建工微信公众号(ID：hedajiangong)，作者：胖伞兵。