機(jī)械行業(yè)中的力學(xué)應(yīng)用分析

摘 要：在我國(guó)的機(jī)械行業(yè)中，有很多的問(wèn)題研發(fā)需要通過(guò)相應(yīng)的力學(xué)分析來(lái)闡述和處理。機(jī)械依托力學(xué)的模式現(xiàn)在已經(jīng)是非常的常見(jiàn)。很多的機(jī)械設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)之初，一般都會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算以及力學(xué)建模等，這樣能夠?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過(guò)程提供必要的理論基礎(chǔ)保障。文章主要從機(jī)械行業(yè)的力學(xué)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析以及闡述，希望通過(guò)文章的闡述以及分析能為我國(guó)的力學(xué)發(fā)展以及機(jī)械發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；力學(xué)；工程力學(xué)；彈性力學(xué)；斷裂力學(xué)；分析

力學(xué)通俗的講就是力和運(yùn)動(dòng)結(jié)合的科學(xué)，作為一種基礎(chǔ)學(xué)科，力學(xué)在很多方面都有非常廣泛的應(yīng)用。力學(xué)的主要研究對(duì)象就是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)宏觀體現(xiàn)。力學(xué)這門(mén)學(xué)科的誕生時(shí)間非常早，和力學(xué)同時(shí)誕生的還有天文學(xué)以及微積分學(xué)，這些學(xué)科在我國(guó)的各個(gè)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程中都有較為廣泛地應(yīng)用和促進(jìn)。力學(xué)在一定程度上促進(jìn)了我國(guó)很多行業(yè)的發(fā)展。文章闡述的機(jī)械領(lǐng)域就是由于有了力學(xué)的滲透才能夠不斷地發(fā)展以及創(chuàng)新。

1 簡(jiǎn)要敘述力學(xué)的主要內(nèi)容

力學(xué)是一門(mén)獨(dú)立的基礎(chǔ)學(xué)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(yùn)動(dòng)的關(guān)系，可粗分為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)三部分。

力學(xué)的發(fā)展歷史悠久，古希臘時(shí)代力學(xué)附屬于自然哲學(xué)，后來(lái)成為物理學(xué)的一個(gè)大分支，1687年，牛頓三大定律的提出標(biāo)志著力學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科開(kāi)始形成。此后，隨著資本主義生產(chǎn)的發(fā)展，到18世紀(jì)末，以動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)為主要特征的經(jīng)典力學(xué)日益完善。19世紀(jì)，大機(jī)器生產(chǎn)促進(jìn)了力學(xué)在工程技術(shù)和應(yīng)用方面的發(fā)展，推動(dòng)了結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性固體力學(xué)和流體力學(xué)等主要分支的建立。19世紀(jì)末，力學(xué)已是一門(mén)相當(dāng)發(fā)展并自成體系的獨(dú)立學(xué)科。

2 簡(jiǎn)要敘述力學(xué)在我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要應(yīng)用

文章主要從三個(gè)方面闡述以及分析力學(xué)在我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要應(yīng)用。第一個(gè)方面是在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中彈性力學(xué)的具體應(yīng)用。第二個(gè)方面是在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中斷裂力學(xué)的主要應(yīng)用。第三個(gè)方面是在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中工程力學(xué)的主要應(yīng)用。下面進(jìn)行詳細(xì)的分析以及闡述。

2.1 在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中彈性力學(xué)的具體應(yīng)用

在我國(guó)機(jī)械力學(xué)領(lǐng)域，彈性力學(xué)還有一個(gè)別稱(chēng)叫做彈性理論。彈性力學(xué)是我國(guó)固體力學(xué)的一個(gè)重要分支。彈性力學(xué)的研究對(duì)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(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中要求的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及相應(yīng)的剛度問(wèn)題。很多的機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中都會(huì)存在三種狀態(tài)。第一種狀態(tài)是機(jī)械在運(yùn)行的過(guò)程中運(yùn)行速度較快；第二種狀態(tài)是機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中內(nèi)部的承載力較大；第三種狀態(tài)是機(jī)械在運(yùn)行過(guò)程中容易發(fā)生彈性變形。上述的三種狀態(tài)都會(huì)在一定程度上影響著機(jī)械系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)彈性的問(wèn)題進(jìn)行力學(xué)分析。在我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，對(duì)于力學(xué)中的彈性力學(xué)非常的重視。彈性力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的主要涉獵面有三個(gè)。第一個(gè)是機(jī)械設(shè)計(jì)中的凸輪結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)；第二個(gè)是機(jī)械設(shè)計(jì)中齒輪機(jī)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)；第三個(gè)是機(jī)械設(shè)計(jì)中的軸的相關(guān)設(shè)計(jì)。

在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中的齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在應(yīng)用彈性力學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，漸開(kāi)線的存在是機(jī)械設(shè)計(jì)齒輪曲線的一個(gè)非常大的優(yōu)點(diǎn)，但是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中能夠有效的利用彈性力學(xué)進(jìn)行相應(yīng)的分析以及確認(rèn)，這樣能夠很好地發(fā)現(xiàn)齒輪漸開(kāi)線存在的設(shè)計(jì)缺陷。通過(guò)彈性力學(xué)的相關(guān)理論能夠發(fā)現(xiàn)，這種缺陷主要體現(xiàn)在兩個(gè)齒輪在相互嚙合運(yùn)行的過(guò)程中。赫茲公式表明在兩個(gè)齒輪的外部條件相同的時(shí)候，如果我們要最先限度的降低兩個(gè)齒輪的基礎(chǔ)面的最大受力，就必須將兩個(gè)齒輪的相交處的曲率半徑變大。這樣的要求對(duì)于齒輪的漸開(kāi)線來(lái)講存在困難。因?yàn)閷?duì)于漸開(kāi)線齒輪，想要增加兩個(gè)齒輪的接觸點(diǎn)之間的曲率半徑，就必須要適當(dāng)?shù)膶X輪的外部輪廓變大，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，齒輪的漸開(kāi)線曲率半徑增大是非常有限的，因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中很難對(duì)齒輪的外部尺寸進(jìn)行加大，同時(shí)也不能有效的提升齒輪的外部承載力。力學(xué)中的彈性力學(xué)在軸設(shè)計(jì)過(guò)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(wèn)題，在設(shè)計(jì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)軸時(shí)，一定要應(yīng)用彈性力學(xué)的相關(guān)理論或者公式來(lái)驗(yàn)算并且確定軸的直徑大小以及相應(yīng)的設(shè)計(jì)材質(zhì)等。在設(shè)計(jì)汽輪機(jī)或者發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的過(guò)程中，其共振計(jì)算必須要應(yīng)用彈性力學(xué)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算并且確定。

2.2 在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中斷裂力學(xué)的主要應(yīng)用

力學(xué)中的斷裂力學(xué)也是固體力學(xué)中的一個(gè)重要分支。斷裂力學(xué)主要的研究對(duì)象有兩個(gè)。第一個(gè)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的裂紋強(qiáng)度；第二個(gè)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的裂紋壽命。斷裂力學(xué)是我們?cè)跈C(jī)械設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)損傷設(shè)計(jì)的一個(gè)非常重要的理論。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，斷裂力學(xué)分為兩種類(lèi)別。第一種是彈性斷裂力學(xué)；第二種是彈塑性斷裂力學(xué)。彈性斷裂力學(xué)主要是研究裂紋的尖端位置小范圍的屈服設(shè)計(jì)；彈塑性斷裂力學(xué)主要是研究裂紋的尖端位置大范圍的屈服設(shè)計(jì)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)用斷裂力學(xué)分析能夠有效地提升機(jī)械性能以及機(jī)械功效，更重要的是能夠有效的防治機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)毀滅性的斷裂問(wèn)題，這樣能夠有效的保障機(jī)械部件以及相關(guān)的機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠，穩(wěn)定。我國(guó)現(xiàn)階段在結(jié)構(gòu)缺陷的評(píng)定以及處理過(guò)程中應(yīng)用了斷裂力學(xué)，起到了非常好的效果。例如我國(guó)現(xiàn)階段在壓力容器設(shè)備中應(yīng)用了斷裂力學(xué)能夠有效的保障壓力容器的使用和運(yùn)行。在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)的可靠性設(shè)計(jì)通常是應(yīng)用了概率斷裂力學(xué)。概率斷裂力學(xué)的應(yīng)用有效的提升了我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)的可靠性發(fā)展以及創(chuàng)新。在應(yīng)用斷裂力學(xué)的過(guò)程中，我們要正確合理地應(yīng)用設(shè)計(jì)參量以及相應(yīng)的余度分布來(lái)進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，通過(guò)上面兩個(gè)參數(shù)的計(jì)算和校驗(yàn)?zāi)軌蛟诳陀^問(wèn)題上反應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)的安全系數(shù)以及相應(yīng)的常規(guī)設(shè)計(jì)問(wèn)題。斷裂力學(xué)為了更加有效地反應(yīng)機(jī)械設(shè)計(jì)中的安全性，還能夠應(yīng)用應(yīng)力二階矩以及強(qiáng)度二階矩，這樣能夠更加直觀地對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的安全性能給予體現(xiàn)。斷裂力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)備材質(zhì)的選擇問(wèn)題上也有一定地應(yīng)用。應(yīng)用斷裂力學(xué)的知識(shí)還能夠?qū)庸すに囘M(jìn)行改進(jìn)，能夠有效地節(jié)約勞動(dòng)生產(chǎn)力，能夠提升機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率以及對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行失效進(jìn)行判斷。斷裂力學(xué)能夠?qū)υO(shè)備的斷裂故障進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分析和監(jiān)測(cè)，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(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中工程力學(xué)的主要應(yīng)用

在機(jī)械領(lǐng)域的工程力學(xué)是非常系統(tǒng)的一門(mén)學(xué)科，現(xiàn)階段工程力學(xué)的相關(guān)定理、定律以及工程力學(xué)在實(shí)踐過(guò)程中得出的一系列結(jié)論都能夠有效地應(yīng)用到機(jī)械設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的機(jī)械維修過(guò)程中。工程力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題處理中也起到了非常重要的推動(dòng)作用。當(dāng)機(jī)械設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)破壞的時(shí)候，最常用的判斷以及分析的方法就是應(yīng)用工程力學(xué)的相關(guān)知識(shí)以及理論來(lái)進(jìn)行分析及處理。

參考文獻(xiàn)

[1]陳濱.柔性多體系統(tǒng)（FMS）動(dòng)力學(xué)研究的若干問(wèn)題.一般力學(xué)（動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)與控制）最新進(jìn)展[M].北京：科學(xué)出版社，1994：91-97.

[2]李彥軍.工程力學(xué)在汽修中的應(yīng)用與對(duì)策[J].科技向?qū)В?012（32）.

[3]侯巖濱.彈性力學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].遼寧師專(zhuān)學(xué)報(bào)，2005（1）. [4]吳清可，劉元杰，張毓槐.斷裂力學(xué)在機(jī)械工程中的應(yīng)用[J].機(jī)械強(qiáng)度，1988（6）.

[5]林同驥，浦群.現(xiàn)代力學(xué)的發(fā)展[J].力學(xué)進(jìn)展，1990（1）.