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材料力學在工程中的應用

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更新時間：2014-11-16
發布人：446272572

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材料力學在工程中的應用為靜力學與動力學。例如結構靜力學與結構動力學，后者主要包括：結構振動理論、波動力學、結構動力穩定性理論。由于施加在結構上的外力幾乎都是隨機的，而材料強度在本質上也具有非確定性。
隨著科學技術的進步，20世紀50年代以來，概率統計理論在工程力學上的應用愈益廣泛和深入，并且逐漸形成了新的分支和方法，如可靠性力學、概率有限元法等。
在人們運用材料進行建筑、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。材料力學還用于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，將研究對象被看作均勻、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：其中一部分是材料的力學性能（或稱機械性能）的研究，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（有時還應考慮剪切）的梁和受扭轉的軸等幾大類。桿中的內力有軸力、剪力、彎矩和扭矩。桿的變形可分為伸長、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。在桿變形很小，而且材料服從胡克定律的前提下,對桿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)，然后將這些變形（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，而應在變形后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系，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）不滿足線性關系，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－恩蓋塞定理或采用單位載荷法等。
在許多工程結構中，桿件往往在復雜載荷的作用或復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,在高溫恒載條件下因蠕變而破壞,或受高速動載荷的沖擊而破壞等。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性能、蠕變性能和沖擊性能。工程力學在材料等中的應用十分廣泛。大到機械中的各種機器，建筑中的各個結構，小到生活中的塑料食
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