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標(biāo)題: 材料力學(xué)漫談-轉(zhuǎn)載 [打印本頁]
作者: kisqin2010 時間: 2012-11-27 10:21
標(biāo)題: 材料力學(xué)漫談-轉(zhuǎn)載
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材料力學(xué)漫談
任何一種材料,，不論是金屬或非金屬,，在外力的作用下或多或少都會引起外形上的改變,。物理學(xué)上所假設(shè)的剛體（註一）實(shí)際上是不存在的,。物體所受的外力越大,，其形狀的改變量也越大,。在相同的外力作用之下,，其變量的大小就要看材料的性質(zhì)而定了,。根據(jù)力的平衡原理,，作用的外力會以種種不同的方式傳達(dá)到物體的內(nèi)部，而產(chǎn)生所謂的「應(yīng)力」分佈,，以致於引起內(nèi)部的變形,。這就是通常所謂的「應(yīng)變」。平常我們所看到的物體外形上的改變,，只不過是內(nèi)部變形的累積表現(xiàn)而已,。材料內(nèi)部任何一處應(yīng)力的大小如果超過了一定的限度，該處的材料就無法負(fù)此重荷而產(chǎn)生了材料破損的現(xiàn)象,，材料力學(xué)所研究的是如何根據(jù)物體的形狀與所受外力的狀況,，去決定材料內(nèi)部應(yīng)力與應(yīng)變的分佈，從而設(shè)法避免材料的破損,，以保持物品的堪用性,。
早在希臘時代，阿基米得就發(fā)現(xiàn)了物體靜力平衡的原理,，而有了所謂力臂與力矩的觀念,。那時的人們已經(jīng)知道了如何運(yùn)用靜力學(xué)的原理去從事房舍橋樑的建築,。文藝復(fù)興時期，藝壇三傑之一的達(dá)文西曾經(jīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn),，估量過一些材料的強(qiáng)度問題,。十七世紀(jì)時，伽利略才較有系統(tǒng)的去觀察材料強(qiáng)度,、物體外形與作用位置三者間的相互關(guān)係,。譬如說他曾做過一個直柱的拉伸實(shí)驗(yàn)。如圖一所示,，直柱A 的一端固結(jié)於一支頂,，另一端勾懸一重物C，當(dāng)重物C的重量逐漸增加到某個限度時,，直柱A就會因?yàn)槌惺懿涣酥睾啥鴶嗔�,。根�?jù)他的觀察，直柱斷裂時的荷重量與直柱的長短無關(guān),，而與直柱的截面積成正比,。譬如他又做過一個懸樑的實(shí)驗(yàn)如圖二所示。橫樑A的一頭懸一重物C,，另一頭則固定於壁間,。他發(fā)現(xiàn)由於固定端承受著最大的力矩，因此橫樑A總是由固定端開始斷裂,。我們都知道,，承受外力的任何固體材料，在沒有破壞以的,，都會產(chǎn)生相當(dāng)程度的變形,，當(dāng)外力消失後，物體隨
恢復(fù)原先的形狀,。這種所謂材料的「彈性」,，一直到公元一六七八年才為英人虎克所注意。根據(jù)彈簧的實(shí)驗(yàn),，他歸納出了下述的結(jié)論──任何彈性物體所生變形的大小與其所受外力成正比,，這個虎克定律就成為以後材料力學(xué)最基本的依據(jù)。稍後,，數(shù)學(xué)家埃勒,，柏努利等人，根據(jù)虎克定律,，在計算繩索,，彈性薄膜及橫樑的變形上，陸續(xù)有了許多基本上的貢獻(xiàn),，而奠定了材料力學(xué)上的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),。 日常所見到的材料結(jié)構(gòu),，如飛機(jī)，車輛,，房舍橋樑等,，外觀上雖然極端的複雜，可是如果我們留心的觀察,，則可發(fā)現(xiàn)他們
正承受負(fù)荷的主體不外是些直柱,，橫樑，平板,，曲板,，曲軸之類的東西。如圖三所示,，他們在外力的作用下,，有些會伸展，有些會彎曲,，有些會扭轉(zhuǎn),，有些是這幾種變形的組合。變形越劇烈的部分,，自然是應(yīng)力強(qiáng)度最大的部分,，也是最易破損的部分,。想要了解複雜的結(jié)構(gòu),，當(dāng)然先要了解這些主件的力學(xué)分析原理。 就力學(xué)的觀點(diǎn)來看,，如何去求得內(nèi)部應(yīng)力的分佈情形,，雖然只是靜力平衡原理與虎克定律的反覆應(yīng)用，實(shí)際上並不是個簡單的問題,。材料力學(xué)之成為有系統(tǒng)而實(shí)用的一門科學(xué),，實(shí)不得不歸功於應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展與電子計算機(jī)的發(fā)明。除開應(yīng)力分佈的計算外,，在設(shè)計及材料選擇時,，還得顧及下述一些重要而有趣的問題。
一,、應(yīng)力集中
我們知道,，材料內(nèi)部的應(yīng)力分佈並不是均勻的，有些地方應(yīng)力強(qiáng)度大,，有些地方應(yīng)力強(qiáng)度小,。試舉一簡單的錐體為例。如圖四所示,，一錐體兩端各受一大小相等,，方向相反的作用力P,。為了保持靜力的平衡，該錐體的任一截面上都必須承受
同樣大小的反作用力P,，由於截面1,2,3,4的面積各不相同,，各個截面上所受的應(yīng)力強(qiáng)度（單位面積上所受的力）也不相同。顯而易見的,，截面受最大的應(yīng)力強(qiáng)度,，因此也是最先破損的地方。通常材料體內(nèi)形狀越不規(guī)則的地方應(yīng)力的強(qiáng)度就越大,，如圖五虛線所圈部位就是應(yīng)力高度集中的部位,。譬如說材料裂縫的尖端，理論上其應(yīng)力的強(qiáng)度甚至可以大至無窮,。為著增加材料的適用範(fàn)圍,，提高材料的耐用性，在設(shè)計時應(yīng)儘量避免不規(guī)則部位的存在,，以減少應(yīng)力集中的現(xiàn)象,。 二、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性
根據(jù)虎克定律,，一般的材枓結(jié)構(gòu),，其外形的改變量應(yīng)與所受的外力成正比。外力逐漸增加,，外形也逐漸改變,。可是在某些情況下,，當(dāng)外力的大小到達(dá)一個臨界數(shù)值時,，結(jié)構(gòu)體的本身就不再遵循正比例的定律而失去了它的穩(wěn)定性。也就是說,，外力稍一改變,，結(jié)構(gòu)的外形會突如其來的產(chǎn)生巨幅的改變，因而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的崩潰（圖六）,。直桿的座曲就是個很通俗的例子,。如圖七所示，如我們逐漸加壓於一直立地面的桿子,，開始的時候,，直桿除了逐漸縮短其長度外，肉眼看不出有何顯著的改變,�,？墒且坏┧訅毫Φ竭_(dá)了所謂臨界壓力時，直桿就會突然彎曲而失去它原先的穩(wěn)定性。其他如我們彎曲圓管時,，圓管內(nèi)端突然下陷的現(xiàn)象,，也是材料穩(wěn)定性的一個例子（圖八）。
三,、結(jié)構(gòu)的振動
材料結(jié)構(gòu)受力後隨產(chǎn)生變形,。根據(jù)功之原理，材料本身由於形狀改變所增加的位能應(yīng)當(dāng)恰好等於外力所做的功,。當(dāng)外力一旦消失,，材料本身所具有的彈性就會逼使結(jié)構(gòu)
復(fù)它原先的形狀而減低它的位能。所減低的位能立即轉(zhuǎn)變成材料的動能,。位能與動能間的相互轉(zhuǎn)換,，遂引起材料的振動。任何材料結(jié)構(gòu)振動時,，就如同繩索的振動一樣,，有著固定的頻率與波形。當(dāng)外力作用的頻率恰巧等於物體的固有頻率時,，物體就發(fā)生了所謂共振的現(xiàn)象,，加速了材料的疲勞，影響材料的壽命,。 四,、材料的塑性
如果作用的外力超過了材料的彈性限度，虎克定律不再適用,，材料會喪失其彈性而產(chǎn)生永久變形,，也就是所謂的塑性變形。許多金屬用具就是利用金屬加工時的可塑性而製成的,。
五,、材料的破壞
除了物質(zhì)本身的物性外，材料內(nèi)部的瑕疵常會降低材料固有的強(qiáng)度,。在製造過程中，材料內(nèi)部常含有許多肉眼不易察覺的瑕疵,，如雜質(zhì),，氣泡，裂縫等而引起應(yīng)力集中的現(xiàn)象,。由於應(yīng)力的局部集中,，小氣泡極易互相黏合而形成更大的氣泡，小裂縫也會逐漸蔓延至材料的全部而導(dǎo)致材料的斷裂,。
為了解決上述種種問題,，因此有研究各種結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力分佈現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)力學(xué)，有研究材料穩(wěn)定性的彈性穩(wěn)定理論,，有研究材料動力現(xiàn)象的振動學(xué),，有研究材料塑性變形的塑性力學(xué),，有研究材料破壞現(xiàn)象的破壞力學(xué)；如是種種,，就構(gòu)成了今日材料力學(xué)的範(fàn)圍,。（作者通訊處：本刊轉(zhuǎn)）
註一：剛體是在外力作用下形狀大小不變的物體。
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作者: kisqin2010 時間: 2012-11-27 10:35
推薦各位兩本關(guān)于材料力學(xué)的書,，
# Y9 _ H7 l# V; w: l1 }0 n《材料力學(xué)史》--鐵木辛柯
0 H+ K6 A- }; P* H* b# M7 y" w' Q《材料力學(xué)史漫話》
3 C( }5 r) g+ L a4 W8 C對材料力學(xué)的整體把握很有幫助
作者: 十年一夢 時間: 2012-11-27 11:18
這篇文章有不少似是而非,，或者說不專業(yè)的地方。變形就是“應(yīng)變”,？人們?yōu)檎业揭粋�合適的應(yīng)變定義也摸索了很長時間,。。,。
作者: 天天工作室 時間: 2012-11-27 11:23
學(xué)習(xí)了,，謝謝樓主的分享
作者: cfl806900014 時間: 2012-11-27 11:36
挺好的，就是繁體有點(diǎn)難看
作者: zhonglongwang 時間: 2012-11-27 12:07
不錯奧 看了對材料力學(xué)的了解又加深了一點(diǎn)點(diǎn),。
作者: 阿金465 時間: 2012-11-27 12:15
略看了一下,，寫得比較易懂
作者: feng959688 時間: 2012-11-27 13:02
繁體啊
作者: 老鷹 時間: 2012-11-27 13:53
樓主請編輯一下，上傳圖,。
作者: 青甲魚 時間: 2012-11-27 20:09
看了一下,，對各個力學(xué)概念有了一個通俗易懂的解釋，就是繁體字看著很不習(xí)慣,！
作者: oО斷ヤ點(diǎn)oО 時間: 2014-8-18 20:47
kisqin2010 發(fā)表于 2012-11-27 10:35 
* g, p- d p$ P" B* x. i+ }: p$ h推薦各位兩本關(guān)于材料力學(xué)的書,，) D$ M8 N* U$ r+ e5 `: b$ J
《材料力學(xué)史》--鐵木辛柯
7 J. r+ k* m1 W2 V) _《材料力學(xué)史漫話》
4 t2 ^3 U' h) u2 y第一部可以找得到，但是第二本下不到啊
" \5 n/ D( |- w. }, n/ k& W
作者: bravess 時間: 2021-3-13 10:02
; f+ T! t% c y' Y% b# L# i現(xiàn)在網(wǎng)上很難在找到那兩本書下載了,！8 q4 S$ X. _' Y: |+ b9 h
作者: 西門吹牛2016 時間: 2021-4-16 22:39
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