機械行業(yè)中的力學應(yīng)用分析

摘 要：在我國的機械行業(yè)中，有很多的問題研發(fā)需要通過相應(yīng)的力學分析來闡述和處理。機械依托力學的模式現(xiàn)在已經(jīng)是非常的常見。很多的機械設(shè)計在設(shè)計之初，一般都會進行相應(yīng)的力學計算以及力學建模等，這樣能夠為機械設(shè)計的設(shè)計過程提供必要的理論基礎(chǔ)保障。文章主要從機械行業(yè)的力學應(yīng)用進行簡要分析以及闡述，希望通過文章的闡述以及分析能為我國的力學發(fā)展以及機械發(fā)展貢獻力量。

關(guān)鍵詞：機械；力學；工程力學；彈性力學；斷裂力學；分析

力學通俗的講就是力和運動結(jié)合的科學，作為一種基礎(chǔ)學科，力學在很多方面都有非常廣泛的應(yīng)用。力學的主要研究對象就是機械運動的物質(zhì)宏觀體現(xiàn)。力學這門學科的誕生時間非常早，和力學同時誕生的還有天文學以及微積分學，這些學科在我國的各個行業(yè)的發(fā)展過程中都有較為廣泛地應(yīng)用和促進。力學在一定程度上促進了我國很多行業(yè)的發(fā)展。文章闡述的機械領(lǐng)域就是由于有了力學的滲透才能夠不斷地發(fā)展以及創(chuàng)新。

1 簡要敘述力學的主要內(nèi)容

力學是一門獨立的基礎(chǔ)學科，主要研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關(guān)系，可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分。

力學的發(fā)展歷史悠久，古希臘時代力學附屬于自然哲學，后來成為物理學的一個大分支，1687年，牛頓三大定律的提出標志著力學作為一門獨立的學科開始形成。此后，隨著資本主義生產(chǎn)的發(fā)展，到18世紀末，以動力學和運動學為主要特征的經(jīng)典力學日益完善。19世紀，大機器生產(chǎn)促進了力學在工程技術(shù)和應(yīng)用方面的發(fā)展，推動了結(jié)構(gòu)力學、彈性固體力學和流體力學等主要分支的建立。19世紀末，力學已是一門相當發(fā)展并自成體系的獨立學科。

2 簡要敘述力學在我國機械設(shè)計過程中的主要應(yīng)用

文章主要從三個方面闡述以及分析力學在我國的機械設(shè)計過程中的主要應(yīng)用。第一個方面是在機械設(shè)計過程中彈性力學的具體應(yīng)用。第二個方面是在機械設(shè)計過程中斷裂力學的主要應(yīng)用。第三個方面是在機械設(shè)計過程中工程力學的主要應(yīng)用。下面進行詳細的分析以及闡述。

2.1 在機械設(shè)計過程中彈性力學的具體應(yīng)用

在我國機械力學領(lǐng)域，彈性力學還有一個別稱叫做彈性理論。彈性力學是我國固體力學的一個重要分支。彈性力學的研究對象是彈性體在外部壓力的干擾下或者是在外部溫度變化的情況下發(fā)生的一系列應(yīng)力、位移以及變形，這樣能夠有效的滿足機械設(shè)計領(lǐng)域中要求的結(jié)構(gòu)強度以及相應(yīng)的剛度問題。很多的機械在運行過程中都會存在三種狀態(tài)。第一種狀態(tài)是機械在運行的過程中運行速度較快；第二種狀態(tài)是機械在運行過程中內(nèi)部的承載力較大；第三種狀態(tài)是機械在運行過程中容易發(fā)生彈性變形。上述的三種狀態(tài)都會在一定程度上影響著機械系統(tǒng)的正常運行，因此我們在機械設(shè)計過程中一定要對機械設(shè)計的有關(guān)彈性的問題進行力學分析。在我國的機械設(shè)計中，對于力學中的彈性力學非常的重視。彈性力學在機械設(shè)計中的主要涉獵面有三個。第一個是機械設(shè)計中的凸輪結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計；第二個是機械設(shè)計中齒輪機構(gòu)的相關(guān)設(shè)計；第三個是機械設(shè)計中的軸的相關(guān)設(shè)計。

在機械設(shè)計過程中的齒輪機構(gòu)設(shè)計在應(yīng)用彈性力學知識進行設(shè)計的過程中，漸開線的存在是機械設(shè)計齒輪曲線的一個非常大的優(yōu)點，但是在設(shè)計的過程中能夠有效的利用彈性力學進行相應(yīng)的分析以及確認，這樣能夠很好地發(fā)現(xiàn)齒輪漸開線存在的設(shè)計缺陷。通過彈性力學的相關(guān)理論能夠發(fā)現(xiàn)，這種缺陷主要體現(xiàn)在兩個齒輪在相互嚙合運行的過程中。赫茲公式表明在兩個齒輪的外部條件相同的時候，如果我們要最先限度的降低兩個齒輪的基礎(chǔ)面的最大受力，就必須將兩個齒輪的相交處的曲率半徑變大。這樣的要求對于齒輪的漸開線來講存在困難。因為對于漸開線齒輪，想要增加兩個齒輪的接觸點之間的曲率半徑，就必須要適當?shù)膶X輪的外部輪廓變大，但是在實際的設(shè)計過程中，齒輪的漸開線曲率半徑增大是非常有限的，因此我們在設(shè)計過程中很難對齒輪的外部尺寸進行加大，同時也不能有效的提升齒輪的外部承載力。力學中的彈性力學在軸設(shè)計過程中的應(yīng)用也是非常廣泛的。為了有效的保障軸的共振問題，在設(shè)計高速轉(zhuǎn)動軸時，一定要應(yīng)用彈性力學的相關(guān)理論或者公式來驗算并且確定軸的直徑大小以及相應(yīng)的設(shè)計材質(zhì)等。在設(shè)計汽輪機或者發(fā)動機主軸的過程中，其共振計算必須要應(yīng)用彈性力學知識進行計算并且確定。

2.2 在機械設(shè)計過程中斷裂力學的主要應(yīng)用

力學中的斷裂力學也是固體力學中的一個重要分支。斷裂力學主要的研究對象有兩個。第一個是機械結(jié)構(gòu)的裂紋強度；第二個是機械結(jié)構(gòu)的裂紋壽命。斷裂力學是我們在機械設(shè)計中結(jié)構(gòu)損傷設(shè)計的一個非常重要的理論。在機械設(shè)計過程中，斷裂力學分為兩種類別。第一種是彈性斷裂力學；第二種是彈塑性斷裂力學。彈性斷裂力學主要是研究裂紋的尖端位置小范圍的屈服設(shè)計；彈塑性斷裂力學主要是研究裂紋的尖端位置大范圍的屈服設(shè)計。在機械設(shè)計中，應(yīng)用斷裂力學分析能夠有效地提升機械性能以及機械功效，更重要的是能夠有效的防治機械設(shè)備出現(xiàn)毀滅性的斷裂問題，這樣能夠有效的保障機械部件以及相關(guān)的機械設(shè)備運行可靠，穩(wěn)定。我國現(xiàn)階段在結(jié)構(gòu)缺陷的評定以及處理過程中應(yīng)用了斷裂力學，起到了非常好的效果。例如我國現(xiàn)階段在壓力容器設(shè)備中應(yīng)用了斷裂力學能夠有效的保障壓力容器的使用和運行。在機械設(shè)計過程中，設(shè)計的可靠性設(shè)計通常是應(yīng)用了概率斷裂力學。概率斷裂力學的應(yīng)用有效的提升了我國機械設(shè)計的可靠性發(fā)展以及創(chuàng)新。在應(yīng)用斷裂力學的過程中，我們要正確合理地應(yīng)用設(shè)計參量以及相應(yīng)的余度分布來進行機械設(shè)計，通過上面兩個參數(shù)的計算和校驗?zāi)軌蛟诳陀^問題上反應(yīng)機械設(shè)計的安全系數(shù)以及相應(yīng)的常規(guī)設(shè)計問題。斷裂力學為了更加有效地反應(yīng)機械設(shè)計中的安全性，還能夠應(yīng)用應(yīng)力二階矩以及強度二階矩，這樣能夠更加直觀地對機械設(shè)計中的安全性能給予體現(xiàn)。斷裂力學在機械設(shè)計過程中設(shè)備材質(zhì)的選擇問題上也有一定地應(yīng)用。應(yīng)用斷裂力學的知識還能夠?qū)庸すに囘M行改進，能夠有效地節(jié)約勞動生產(chǎn)力，能夠提升機械設(shè)備的生產(chǎn)效率以及對機械設(shè)備的運行失效進行判斷。斷裂力學能夠?qū)υO(shè)備的斷裂故障進行科學系統(tǒng)的分析和監(jiān)測，能夠最有效的找出設(shè)備的斷裂位置以及相應(yīng)的失效原因，這樣能夠有效的提升設(shè)備失效的維修。

2.3 在機械設(shè)計過程中工程力學的主要應(yīng)用

在機械領(lǐng)域的工程力學是非常系統(tǒng)的一門學科，現(xiàn)階段工程力學的相關(guān)定理、定律以及工程力學在實踐過程中得出的一系列結(jié)論都能夠有效地應(yīng)用到機械設(shè)計以及相應(yīng)的機械維修過程中。工程力學在機械設(shè)計的現(xiàn)場問題處理中也起到了非常重要的推動作用。當機械設(shè)備在現(xiàn)場出現(xiàn)破壞的時候，最常用的判斷以及分析的方法就是應(yīng)用工程力學的相關(guān)知識以及理論來進行分析及處理。

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