材料力學 結構力學與理論力學的區別與聯絡

2022-09-10 11:33:05 字數 4734 閱讀 8505

結構力學科技名詞定義

中文名稱:結構力學英文名稱:structural mechanics 定義:

研究工程結構在外來因素作用下的強度、剛度和穩定性的學科。 應用學科:水利科技(一級學科);工程力學、工程結構、建築材料(二級學科);工程力學(水利)(二級學科)

《結構力學》是固體力學的乙個分支,它主要研究工程結構受力和傳力的規律,以及如何進行結構優化的學科。結構力學研究的內容包括結構的組成規則,結構在各種效應(外力,溫度效應,施工誤差及支座變形等)作用下的響應,包括內力(軸力,剪力,彎矩,扭矩)的計算,位移(線位移,角位移)計算,以及結構在動力荷載作用下的動力響應(自振週期,振型)的計算等。 結構力學通常有三種分析的方法:

能量法,力法,位移法,由位移法衍生出的矩陣位移法後來發展出有限元法 ,成為利用計算機進行結構計算的理論基礎。

工作任務研究在工程結構(所謂工程結構是指能夠承受和傳遞外載荷的系統,包括杆、板、殼以及它們的組合體,如飛機機身和機翼、橋梁、屋架和承力牆等。)在外載荷作用下的應力、應變和位移等的規律;分析不同形式和不同材料的工程結構,為工程設計提供分析方法和計算公式;確定工程結構承受和傳遞外力的能力;研究和發展新型工程結構。

觀察自然界中的天然結構,如植物的根、莖和葉,動物的骨骼,蛋類的外殼,可以發現它們的強度和剛度不僅與材料有關,而且和它們的造型有密切的關係,很多任務程結構就是受到天然結構的啟發而創制出來的。結構設計不僅要考慮結構的強度和剛度,還要做到用料省、重量輕.減輕重量對某些工程尤為重要,如減輕飛機的重量就可以使飛機航程遠、上公升快、速度大、能耗低。

學科體系一般對結構力學可根據其研究性質和物件的不同分為結構靜力學、結構動力學、結構穩定理論、結構斷裂、疲勞理論和杆繫結構理論、薄壁結構理論和整體結構理論等。

結構靜力學

結構靜力學是結構力學中首先發展起來的分支,它主要研究工程結構在靜載荷作用下的彈塑性變形和應力狀態,以及結構優化問題。靜載荷是指不隨時間變化的外加載荷,變化較慢的載荷,也可近似地看作靜載荷。結構靜力學是結構力學其他分支學科的基礎。

結構動力學

結構動力學是研究工程結構在動載荷作用下的響應和效能的分支學科。動載荷是指隨時間而改變的載荷。在動載荷作用下,結構內部的應力、應變及位移也必然是時間的函式。

由於涉及時間因素,結構動力學的研究內容一般比結構靜力學複雜的多。

結構穩定理論

結構穩定理論是研究工程結構穩定性的分支。現代工程中大量使用細長型和薄型結構,如細杆、薄板和薄殼。它們受壓時,會在內部應力小於屈服極限的情況下發生失穩(皺損或曲屈),即結構產生過大的變形,從而降低以至完全喪失承載能力。

大變形還會影響結構設計的其他要求,例如影響飛行器的空氣動力學效能。結構穩定理論中最重要的內容是確定結構的失穩臨界載荷。

結構斷裂和疲勞理論

結構斷裂和疲勞理論是研究因工程結構內部不可避免地存在裂紋,裂紋會在外載荷作用下擴充套件而引起斷裂破壞,也會在幅值較小的交變載荷作用下擴充套件而引起疲勞破壞的學科。現在我們對斷裂和疲勞的研究歷史還不長,還不完善,但斷裂和疲勞理論目前得發展很快。

在固體力學領域中,材料力學為結構力學的發展提供了必要的基本知識,彈性力學和塑性力學又是結構力學的理論基礎,另外結構力學還與其它物理學科結合形成許多邊緣學科,比如流體彈性力學等。

材料力學科技名詞定義

中文名稱:材料力學英文名稱:mechanics of materials 定義:

研究工程結構中材料的強度和構件承載力、剛度、穩定的學科。 應用學科:水利科技(一級學科);工程力學、工程結構、建築材料(二級學科);工程力學(水利)(二級學科)

材料力學實驗材料力學(mechanics of materials)是研究材料在各種外力作用下產生的應變、應力、強度、剛度、穩定和導致各種材料破壞的極限。材料力學是所有工科學生必修的學科,是設計工業設施必須掌握的知識。學習材料力學一般要求學生先修高等數學和理論力學。

材料力學與理論力學、結構力學並稱三大力學.

研究內容

在人們運用材料進行建築、工業生產的過程中,需要對材料的實際承受能力和內部變化進行研究,這就催生了材料力學。運用材料力學知識可以分析材料的強度、剛度和穩定性。材料力學還用於機械設計使材料在相同的強度下可以減少材料用量,優化結構設計,以達到降低成本、減輕重量等目的。

在材料力學中,將研究物件被看作均勻、連續且具有各向同性的線性彈性物體。但在實際研究中不可能會有符合這些條件的材料,所以須要各種理論與實際方法對材料進行實驗比較。

包括兩大部分:一部分是材料的力學效能(或稱機械效能)的研究,材料的力學效能參量不僅可用於材料力學的計算,而且也是固體力學其他分支的計算中必不可缺少的依據;另一部分是對桿件進行力學分析。桿件按受力和變形可分為拉桿、壓桿(見柱和拱)、受彎曲(有時還應考慮剪下)的梁和受扭轉的軸等幾大類。

杆中的內力有軸力、剪力、彎矩和扭矩。杆的變形可分為伸長、縮短、撓曲和扭轉。在處理具體的桿件問題時,根據材料性質和變形情況的不同,可將問題分為三類:

①線彈性問題。在杆變形很小,而且材料服從胡克定律的前提下,對杆列出的所有方程都是線性方程,相應的問題就稱為線性問題。對這類問題可使用疊加原理,即為求桿件在多種外力共同作用下的變形(或內力),可先分別求出各外力單獨作用下桿件的變形(或內力),然後將這些變形(或內力)疊加,從而得到最終結果。

②幾何非線性問題。若桿件變形較大,就不能在原有幾何形狀的基礎上分析力的平衡,而應在變形後的幾何形狀的基礎上進行分析。這樣,力和變形之間就會出現非線性關係,這類問題稱為幾何非線性問題。

③物理非線性問題。在這類問題中,材料內的變形和內力之間(如應變和應力之間)不滿足線性關係,即材料不服從胡克定律。在幾何非線性問題和物理非線性問題中,疊加原理失效。

解決這類問題可利用卡氏第一定理、克羅蒂-恩蓋塞定理或採用單位載荷法等。

在許多任務程結構中,桿件往往在複雜載荷的作用或複雜環境的影響下發生破壞。例如,桿件在交變載荷作用下發生疲勞破壞,在高溫恆載條件下因蠕變而破壞,或受高速動載荷的衝擊而破壞等。這些破壞是使機械和工程結構喪失工作能力的主要原因。

所以,材料力學還研究材料的疲勞效能、蠕變效能和衝擊效能。

學科任務

1. 研究材料在外力作用下破壞的規律 ;

2. 為受力構件提供強度,剛度和穩定性計算的理論基礎條件;

3. 解決結構設計安全可靠與經濟合理的矛盾。

基本假設

1、連續性假設——組成固體的物質內毫無空隙地充滿了固體的體積:

2、均勻性假設--在固體內任何部分力學效能完全一樣:

3、各向同性假設——材料沿各個不同方向力學效能均相同:

4、小變形假設——變形遠小於構件尺寸,便於用變形前的尺寸和幾何形狀進行計算研究。

在人們運用材料進行建築、工業生產的過程中,需要對材料的實際承受能力和內部變化進行研究,這就催生了材料力學。運用材料力學知識可以分析材料的強度、剛度和穩定性。材料力學還用於機械設計使材料在相同的強度下可以減少材料用量,優化機構設計,以達到降低成本、減輕重量等目的。

在材料力學中,將研究物件被看作均勻、連續且具有各向同性的線性彈性物體,但在實際研究中不可能會有符合這些條件的材料,所以須要各種理論與實際方法對材料進行實驗比較。材料在機構中會受到拉伸或壓縮、彎曲、剪下、扭轉及其組合等變形。根據胡克定律(hooke's law),在彈性限度內,材料的應力與應變成線性關係。

彈性力學科技名詞定義

中文名稱:彈性力學英文名稱:theory of elasticity 其他名稱:

彈性理論定義:研究彈性體在荷載等外來因素作用下所產生的應力、應變、位移和穩定性的學科。 應用學科:

水利科技(一級學科);工程力學、工程結構、建築材料(二級學科);工程力學(水利)(二級學科)

彈性力學也稱彈性理論,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生的應力、應變和位移,從而解決結構或機械設計中所提出的強度和剛度問題。在研究物件上,彈性力學同材料力學和結構力學之間有一定的分工。材料力學基本上只研究桿狀構件;結構力學主要是在材料力學的基礎上研究桿狀構件所組成的結構,即所謂桿件系統;而彈性力學研究包括桿狀構件在內的各種形狀的彈性體。

彈性力學 elasticity

彈性力學是固體力學的重要分支,它研究彈性物體在外力和其它外界因素作用下產生的變形和內力,也稱為彈性理論。它是材料力學、結構力學、塑性力學和某些交叉學科的基礎,廣泛應用於建築、機械、化工、航天等工程領域。 彈性力學

彈性體是變形體的一種,它的特徵為:在外力作用下物體變形,當外力不超過某一限度時,除去外力後物體即恢復原狀。絕對彈性體是不存在的。

物體在外力除去後的殘餘變形很小時,一般就把它當作彈性體處理。

基本內容彈性力學所依據的基本規律有三個:變形連續規律、應力-應變關係和運動(或平衡)規律,它們有時被稱為彈性力學三大基本規律。彈性力學中許多定理、公式和結論等,都可以從三大基本規律推導出來。

連續變形規律是指彈性力學在考慮物體的變形時,只考慮經過連續變形後仍為連續的物體,如果物體中本來就有裂紋,則只考慮裂紋不擴充套件的情況。這裡主要使用數學中的幾何方程和位移邊界條件等方面的知識。

求解乙個彈性力學問題,就是設法確定彈性體中各點的位移、應變和應力共15 相關

個函式。從理論上講,只有15個函式全部確定後,問題才算解決。但在各種實際問題中,起主要作用的常常只是其中的幾個函式,有時甚至只是物體的某些部位的某幾個函式。

所以常常用實驗和數學相結合的方法,就可求解。

數學彈性力學的典型問題主要有一般性理論、柱體扭轉和彎曲、平面問題、變截面軸扭轉,迴轉體軸對稱變形等方面。

在近代,經典的彈性理論得到了新的發展。例如,把切應力的成對性發展為極性物質彈性力學;把協調方程(保證物體變形後連續,各應變分量必須滿足的關係)發展為非協調彈性力學;推廣胡克定律,除機械運動本身外,還考慮其他運動形式和各種材科的物理方程稱為本構方程。對於彈性體的某一點的本構方程,除考慮該點本身外還要考慮彈性體其他點對該點的影響,發展為非區域性彈性力學等。

彈性力學中的基本假定

1.假定物體是連續的,就是假定整個物體的體積都被組成這個物體的介質所填滿,不留下任何空隙。

材料力學與結構力學

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