材料力学研究的对象和任务

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：当结构或机械工作时，构件将受到载荷作用，在载荷的作用下，构件的形状及尺寸将发生变化，这种现象称为变形。材料力学的任务就是要解决构件承载能力的问题。材料力学的任务就是研究构件在载荷作用下的变形、受力与破坏的规律，为设计既经济又安全的构件，提供有关强度、刚度与稳定性分析的基本理论和计算方法。构件的强度、刚度和稳定性问题是材料力学所要研究的主要内容。材料的力学性能只能通过实验来测定。

在工程实际中，各种结构和机械得到广泛应用。组成机械的零件或结构物的构件统称为构件。如桥式起重机的横梁、吊勾、钢丝绳，悬臂吊车架的横梁、斜杆等都是构件。当结构或机械工作时，构件将受到载荷作用，在载荷的作用下，构件的形状及尺寸将发生变化，这种现象称为变形。构件的变形分为两类：一类是在外力解除后可消失的变形，称为弹性变形；另一类是在外力解除后不能消失的变形，称为塑性变形或残余变形。

当结构或机械承受载荷或传递运动时，各构件或零件都必须能够正常工作，这样才能保证整个结构或机械的正常工作。为此，首先要求构件在受到载荷作用时不发生破坏或显著的塑性变形，其次，对于许多构件，工作时产生过大变形一般也是不允许的，例如，机床主轴或机身在工作时如果变形过大，将影响加工精度。此外，有些构件在某种载荷作用下，将发生不能保持其原有平衡形式的现象。如房屋中受压柱如果是细长的，则在压力超过一定限度后，就有可能显著地变弯。构件在一定载荷作用下突然发生不能保持其原有平衡形式的现象，称为失稳。构件失稳的后果往往是严重的，如房屋的受压柱如果失稳，将可能导致房屋的整体或局部倒塌。材料力学的任务就是要解决构件承载能力的问题。具体来讲，构件的承载能力包括以下三方面问题：

1.强度

构件的强度是指构件在载荷作用下，有抵抗破坏或过量塑性变形的能力。例如，储气罐不应爆破，机器中的齿轮轴不应断裂等。

2.刚度

构件的刚度是指构件在载荷作用下，有抵抗破坏或过量塑性变形的能力。例如，机床主轴不应变形过大，否则影响加工精度。

3.稳定性

构件的稳定性是指构件在压力载荷作用下，维持其原有平衡形式的能力，有些构件在特定载荷作用下有可能出现不能保持它原有平衡形式的现象。如一根受压的细长直杆，当沿杆轴方向的压力增加到一定数值时，若受到微小的干扰，杆就会由原来的直线状态突然变弯，这种突然改变其平衡状态的现象，称为丧失稳定，这也是工程实际中所不允许。例如千斤顶的螺杆，内燃机的挺杆等。

当设计构件时，除应满足上述强度、刚度和稳定性要求外，还必须尽可能地合理选用材料和节省材料，以降低成本并减轻构件的质量。为了安全可靠，往往要求选用优质材料与较大的截面尺寸，而这样一来，可能造成材料浪费与结构笨重。可见，安全与经济以及安全与重量之间存在矛盾。材料力学的任务就是研究构件在载荷作用下的变形、受力与破坏的规律，为设计既经济又安全的构件，提供有关强度、刚度与稳定性分析的基本理论和计算方法。构件的强度、刚度和稳定性问题是材料力学所要研究的主要内容。

研究构件的强度、刚度与稳定性时，应了解材料在载荷作用下表现出的变形和破坏等方面的性能，即材料的力学性能。材料的力学性能只能通过实验来测定。此外，那些经过简化得出的理论是否可靠，也要借助于实验来验证。所以，实验分析和理论研究同是材料力学解决问题的方法。

材料力学研究的对象和任务

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