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淺析力學(xué)在機(jī)械中的應(yīng)用
工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域，是一門理論性較強(qiáng)、與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，下面是小編搜集整理的一篇探究力學(xué)在機(jī)械應(yīng)用的論文范文，供大家閱讀參考。
[摘 要]力學(xué)是力與運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，它既是一門基礎(chǔ)科學(xué)， 又是一門應(yīng)用眾多且廣泛的科學(xué)。本文立足于力學(xué)，簡(jiǎn)要論述了力學(xué)的內(nèi)涵及其發(fā)展歷程，并對(duì)力學(xué)在機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的探討與分析。
[關(guān)鍵詞]力學(xué) 彈性力學(xué) 斷裂力學(xué) 工程力學(xué) 機(jī)械
力學(xué)是力與運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，它的研究對(duì)象主要是物質(zhì)的宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它既是一門基礎(chǔ)科學(xué)，又是一門應(yīng)用眾多且廣泛的科學(xué)。力學(xué)與天文學(xué)和微積分學(xué)幾乎同時(shí)誕生，在經(jīng)典物理的發(fā)展中起關(guān)鍵作用，推動(dòng)了地球科學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，如大氣物理、海洋科學(xué)等，同時(shí)力學(xué)也在機(jī)械中起著越來(lái)越重要的作用，且應(yīng)用廣泛。
一、力學(xué)
力學(xué)是一門獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)科，主要研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，可粗分為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分。
力學(xué)的發(fā)展歷史悠久，古希臘時(shí)代力學(xué)附屬于自然哲學(xué)，后來(lái)成為物理學(xué)的一個(gè)大分支，1687年，牛頓三大定律的提出標(biāo)志著力學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科開(kāi)始形成。此后，隨著資本主義生產(chǎn)的發(fā)展，到18世紀(jì)末，以動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)為主要特征的經(jīng)典力學(xué)日益完善。19世紀(jì)，大機(jī)器生產(chǎn)促進(jìn)了力學(xué)在工程技術(shù)和應(yīng)用方面的發(fā)展，推動(dòng)了結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性固體力學(xué)和流體力學(xué)等主要分支的建立。19世紀(jì)末，力學(xué)已是一門相當(dāng)發(fā)展并自成體系的獨(dú)立學(xué)科。
二、力學(xué)在機(jī)械中的應(yīng)用
力學(xué)在機(jī)械中的應(yīng)用廣泛，其典型應(yīng)用主要有以下幾種：
1.彈性力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
彈性力學(xué)也稱彈性理論，是固體力學(xué)的重要分支，主要研究彈性體在外力作用或溫度變化等外界因素下所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，從而解決結(jié)構(gòu)或機(jī)械設(shè)計(jì)中所提出的強(qiáng)度和剛度問(wèn)題。機(jī)械運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，許多機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高、承載很大，機(jī)械的彈性變形對(duì)系統(tǒng)的影響不容忽視，必須將機(jī)械系統(tǒng)按彈性系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。由此可見(jiàn)，彈性力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。一般情況下，彈性力學(xué)在凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、軸設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為廣泛。
齒輪機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)運(yùn)用了彈性力學(xué)的知識(shí)，漸開(kāi)線作為齒廓曲線存在諸多優(yōu)點(diǎn)，但用彈性力學(xué)知識(shí)加以分析便可得出它存在的一些固有缺陷，即當(dāng)兩齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，根據(jù)彈性力學(xué)中的赫茲公式分析可得，在其它條件相同的情況下，要想降低兩齒輪在接觸處的最大接觸力，就必須增大兩輪齒廓在接觸點(diǎn)處的綜合曲率半徑，對(duì)于漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于要增大兩輪齒廓在接觸點(diǎn)處的綜合曲率半徑，就需要增大齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸，而兩輪齒廓在接觸點(diǎn)處的綜合曲率半徑增大的范圍是有限的，所以難以進(jìn)一步達(dá)到齒輪機(jī)構(gòu)尺寸小、而承載能力大幅度提高的目的。同時(shí)，彈性力學(xué)在軸設(shè)計(jì)中也有眾多應(yīng)用。為避免共振現(xiàn)象，對(duì)高轉(zhuǎn)速的軸，如汽輪機(jī)主軸、發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等設(shè)計(jì)時(shí)振動(dòng)計(jì)算尤其重要，此時(shí)必須運(yùn)用彈性力學(xué)知識(shí)。
2.斷裂力學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用
斷裂力學(xué)，是固體力學(xué)的一門新分支，主要研究含裂紋構(gòu)件的強(qiáng)度與壽命，是結(jié)構(gòu)損傷容限設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。斷裂力學(xué)主要可分為線彈性斷裂力學(xué)與彈塑性斷裂力學(xué)兩大類，前者適用于裂紋尖端附近小范圍屈服的情況;而后者適用于裂紋尖端附近大范圍屈服的情況。斷裂力學(xué)發(fā)展迅速，在機(jī)械工程中應(yīng)用廣泛，并占據(jù)重要地位。斷裂力學(xué)在機(jī)械工程中的有效應(yīng)用，不僅可以提高機(jī)械的性能與功效，更能防止工程設(shè)備發(fā)生災(zāi)難性的斷裂事故，以確保機(jī)械、設(shè)備的安全可靠與良好運(yùn)行。
首先，我國(guó)在采用斷裂力學(xué)方法制訂結(jié)構(gòu)缺陷評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及安全設(shè)計(jì)規(guī)范方面已取得了較好的成績(jī)，如壓力容器、小型但用量大的液化石油氣鋼瓶及汽輪一發(fā)電機(jī)組等。
其次，概率斷裂力學(xué)在可靠性設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多。概率斷裂力學(xué)在可靠性設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用推動(dòng)了可靠性設(shè)計(jì)的快速發(fā)展。運(yùn)用參量的分布及安全余度來(lái)反映常規(guī)設(shè)計(jì)中不能準(zhǔn)確反映的客觀實(shí)際和常規(guī)設(shè)計(jì)安全評(píng)定中用安全系數(shù)不能準(zhǔn)確反映的真實(shí)安全性。由于安全余度考慮了應(yīng)力和強(qiáng)度的二階矩，較好地反映了結(jié)構(gòu)可靠度的實(shí)質(zhì)，既考慮了變異特性又考慮了平均值，因而與失效分布有較直接的關(guān)系，使安全設(shè)計(jì)更可靠。國(guó)外已較完整地應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)，如概率損傷容限分析、飛機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性和事故分析、飛機(jī)結(jié)構(gòu)的耐久性分析等方面。我國(guó)在這方面開(kāi)展的典型性研究則是海洋石油平臺(tái)導(dǎo)管架焊接管節(jié)點(diǎn)的疲勞強(qiáng)度分析。
再者，可用斷裂力學(xué)方法進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品的失效分析。失效分析是指事故或故障發(fā)生后所進(jìn)行的檢側(cè)和分析，目的在于找到失效的部位、失效原因和機(jī)理，從而掌握產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)改進(jìn)的方向及修復(fù)的方法，防止同類問(wèn)題再次發(fā)生，以推進(jìn)技術(shù)不斷前進(jìn)。因此，失效分析技術(shù)受到了社會(huì)各界的重視。斷裂力學(xué)在機(jī)械產(chǎn)品失效分析中具有著重要作用。機(jī)械產(chǎn)品的主要失效模式有： 斷裂、蠕變、疲勞、腐蝕、磨損及熱損傷等，它們都可以借助斷裂力學(xué)方法及斷裂分析技術(shù)予以解決，斷裂力學(xué)方法是失效分析的有力工具。
最后，運(yùn)用斷裂力學(xué)可以指導(dǎo)改進(jìn)工藝及合理選材，如模具、焊接工藝等方面，可以減少工人的勞動(dòng)量。
3.工程力學(xué)在機(jī)械修理中的應(yīng)用
工程力學(xué)涉及眾多的力學(xué)學(xué)科分支與廣泛的工程技術(shù)領(lǐng)域，是一門理論性較強(qiáng)、與工程技術(shù)聯(lián)系極為密切的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科，工程力學(xué)的定理、定律和結(jié)論廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的工程技術(shù)中，是解決工程實(shí)際問(wèn)題的重要基礎(chǔ)。處理機(jī)械工程出現(xiàn)的大量破壞問(wèn)題，絕大多數(shù)是根據(jù)力學(xué)方面的知識(shí)作出判斷和分析的。例如，汽車修理中汽車零部件的破壞分析與修理也是如此，其中，判斷汽車半軸套管斷裂的原因與確定修復(fù)方案等，全部流程無(wú)一不體現(xiàn)著工程力學(xué)知識(shí)在汽修中的應(yīng)用。
三、結(jié)語(yǔ)
當(dāng)今社會(huì)，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，力學(xué)也一定會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展與進(jìn)步，且在機(jī)械中獲得更廣更深的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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