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理论力学分为静力学和动力学,顾名思义,这是打基础的纯理论;材料力学里面很多东西比较微观,经常会讲到到某个截面上某个微小部分的力学分析,基本上就是对某个杆件的某些截面和节点进行分析;结构力学主要涉及体系分析,分析中会忽略一些不必要的条件,比如杆件的轴向变形,而这部分在材料力学里面还专门论述过。
除此之外,还有流体力学和土力学,相对来说,流体力学用的不是很多,土力学经验公式太多了,在实践中非常依赖于经验和资料的积累。今天我们来聊一聊材料力学,有不对的地方,欢迎大家指正啊!
理论力学,研究刚体,研究力与运动的关系;材料力学,研究变形体,研究力与变形的关系。
材料力学 (strength of materials) 主要研究对象是弹性体。对于弹性体,除了平衡问题外,还将涉及到变形以及力和变形之间的关系。此外,由于变形,在材料力学中还将涉及到弹性体的失效以及与失效有关的设计准则。
将材料力学理论和方法应用于工程,即可对杆类构件或零件进行常规的静力学设计,包括强度、刚度和稳定性设计。
材料力学的基本概念
在工程静力学中,忽略了物体的变形,将所研究的对象抽象为刚体。实际上,任何固体受力后其内部质点之间均将产生相对运动,使其初始位置发生改变,称之为位移 (displacement),从而导致物体发生变形。
工程上,绝大多数物体的变形均被限制在弹性范围内,即当外加载荷消除后,物体的变形随之消失,这时的变形称为弹性变形 (elastic deformation),相应的物体称为弹性体 (elastic body)。
材料力学所涉及的内容分属于两个学科:
- 固体力学 (solid mechanics),即研究物体在外力作用下的应力、变形和能量,统称为应力分析 (stress analysis)。但是,材料力学又不同于固体力学,材料力学所研究的仅限于杆类物体,例如杆、轴、梁等。
- 材料科学 (materials science) 中的材料的力学行为 (behaviors of materials),即研究材料在外力和温度作用下所表现出的力学性能 (mechanical properties) 和失效 (failures) 行为。但是,材料力学所研究的仅限于材料的宏观力学行为,不涉及材料的微观机理。
力学特性是指在外力作用下材料变形与所受外力之间的关系,以及材料抵抗变形和破坏的能力,这些力学特性均需通过材料试验确定。
以上两方面的结合,使材料力学成为工程设计 (engineering design) 的重要组成部分,即设计出杆状构件或零部件的合理形状和尺寸,以保证它们具有足够的强度、刚度和稳定性。
材料力学与工程应用
左:传统具有柱、梁的木质房屋结构;右:赵州桥。
01
构件
工程结构或机械的每一组成部分(如行车结构中的横梁、吊索等)。
桥式起重机
02
变形
在外力作用下,固体内各点相对位置的改变(宏观上看就是物体尺寸和形状的改变)。弹性变形,随外力解除而消失;塑性变形(残余变形),外力解除后不能消失。