大学文科专业材料力学在生活中的应用

材料力学在生活中的应用

摘

要：

在高 新技术的迅速发展的今天，

各种土木建筑工程行业的迅速产

生及壮大，< /p>

使得材料力学知识在生活中得到广泛的运用。

尤其在机械

器 材的装载和运载过程的相关运用，

以及在土木建筑工程中材料的强

度、刚 度、稳定性等知识得到广泛的运用。以及各种机械元件工作许

用应力的确定，机械可运载 的最大载荷的确定等。

关键词：

材料力学、强度、刚度、稳定性、变形、弯曲、千斤顶

在实际生活中，

有许多地方都要用到材料力学 。

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。

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 。

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

不仅会使齿轮很好地啮合，

还会使轴颈与轴承产生不均

1

/

7

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，

< br>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。

1.

千斤顶的承载重量是否可以任意大小

下面，

就以我们常见的机械式千斤顶为例，

利用材料力学的知识，

分析它的规格参数与强度要求。

机械式千斤顶

（如图一

(a)

示）

，

设其丝杠长度为

l

,

有效直径为

d

，

弹性模量

E

，材料抗压强度为，承载力大小为

F

，规定稳定安全因数

为。

F

B

B

l

A

A

图一

(a)

千斤顶示意图

图一

(b)

千斤顶丝杠简化图

首先，计算丝杆柔度，判断千斤顶丝 杆为短粗杆，中等柔度杆，

还是细长杆。

丝杆 可以简化为一端固定，另一端自由的压杆（如图一

(b)

所示）

， 长

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度因数 。圆截面的惯性半径为，可计算柔度，查阅千斤顶这种材料的

柔度表，将得到的与之比较 ，确定千斤顶丝杆的性质（一般千斤顶丝

杆为中等柔度杆，但是针对具体千斤顶，应该具 体分析）

，最后计算

临界力。

如果千斤顶丝杆是细长杆，

临界力用欧拉公式计算，

其中

E

是丝

杆的弹性模量；

如果千斤顶丝杆是中等柔度杆，

据手册，利用经验公式，其中

a

，

b

都是常数，可以从表里查阅到；

如果千斤顶的丝杆是 短粗杆，它只会发生强度破坏，不会发生失稳。

计算所得的是临界力，

实际生活中，

我们是不能直接加载到这个

力大小的，因为 稍微一个小的扰动，或者材料的不均匀，都会使千斤

顶失稳，严重的可能造成千斤顶的破 坏，或者是支撑物的损坏，也就

是我们还要人为加进去一个安全因数（大于

1

的常数）

，使加载力，

确定好最大的安全加载力后， 还要校正一下丝杆的强度，先假设力

F

作用在圆心处，

且 与轴线平行，

此时只要满足就可以认为加载力安全。

考 虑实际生活中，

千斤顶使用时承载力并不是集中力，

即使将所

有的力向圆心处等效，

由于力作用面可能不对称，

也会产生一个等效