物理力學在機械方面的應用探究

摘?要：物理力學是一門極其重要的學科，它廣泛的分布于我們生產與生活中的多個領域，產生著非常深遠的作用。尤其對于機械領域來說，物理力學的作用更加的明顯。基于此因，本文以物理力學在機械方面的應用為中心進行深入的挖掘和探究，以期借鑒。

關鍵詞：物理力學;機械;應用

物理力學是力學的一個新分支，它以物質的微觀結構及其運動規律為依據，結合近代物理學、近代化學以及量子化學學科中的內容，通過相關的研究和分析，得出介質和材料在宏觀上的性質以及宏觀現象的微觀解釋。因此物理力學的出現，完善了近代力學內容，豐富了近代力學的內涵，促進了世界力學領域的進一步發展，同時也推進了機械領域的再一次進步。

一、 物理力學在機械方面的應用

隨著時代的發展與進步，物理力學已經較為廣泛地應用于機械領域，并獲取了一定的實際效果。在現階段，物理力學在機械方面的應用主要體現在以下幾個方面：

（一） 彈性力在機械設計領域中的應用

按照相應的歸類方法進行區別，彈性力學屬于固體力學中的一個重要組成部分，我們也可以稱其為“彈性理論”。彈性力學的主要研究內容是對彈性物體在不同狀況下（一般為外界溫度的變化或者人為的施加外力等情況）的位移程度、應力變化等多個方面進行分析，并以研究得出的結論作為依據，發現機械設計過程中可能存在的實際缺陷，例如結構強度不滿足設計要求的問題。

大部分機械在運行的過程中都會經歷以下三種狀況：第一，機械在運行時的速率較快;第二，機械在運行的過程中，機械會承受來自內部構件運行時力的作用;第三;機械因為高效運行產生一些彈性形變的問題。上面所講的三種情況對于機械的正常運行都有著非常重要的影響，所以為了避免機械在運行過程中出現問題，就需要使用彈性力的理論知識對機械設計中的問題進行詳細的分析，確保其正常運行。一般來說，彈性力學理論主要應用于齒輪機構各個參數的設計工作、凸輪結構與參數的設計工作以及軸承相關參數的設計工作，所以在進行設計時要把這幾點作為重點的研究內容。

在對齒輪機構進行設計時，要充分的利用漸開線對齒輪的外部曲線進行設計，這樣能夠在一定程度上保證齒輪曲線的規范度，但是這種設計方式也有一定的缺陷，所以這時相關的工作人員就需要結合實際情況運用一定的彈性理論和知識對發現的問題進行解決。具體來說，當兩個齒輪在咬合時，如果在外部環境其余條件均相同的條件下，若想有效地降低兩個齒輪接觸位置的力的作用，相關的工作人員就需要適當的提高兩個齒輪在接觸位置的綜合曲率半徑，但是我們都知道漸開線的曲率半徑是極其有限的，并不能通過人為干預進行擴大，所以單純地依靠漸開線是不能滿足設計中的需求，在這時相關的工作人員就需要借助彈性力的知識與理論對齒輪的齒數、模數、形狀等問題進行綜合考慮，進而使設計滿足使用的要求。另外為了保障機械軸承部位滿足工作的需求，在進行設計時就需要對軸承的相關數據進行驗算，進而確定軸承的相關數值以及所選用的材質。

（二） 斷裂力學在機械設計中的應用

與彈性力學相同，斷裂力學也是固體力學的重要組成內容之一。一般來說，斷裂力學在機械方面的主要研究方向為機械結構的裂紋強度和機械結構的裂紋壽命。這兩點幾乎涵蓋了大部分機械的斷裂問題，因此斷裂力學對于機械行業的進一步建設與發展具有重要意義。最近幾年，我國的斷裂力學獲取了一定的突破和進展，并被廣泛地應用于機械工程領域中，獲取了良好的使用效果。

機械設計中，裂紋力學主要分為兩類：一種是線彈性力學，這種力學一般被廣泛地應用于裂紋情況較輕，裂紋范圍較小的情況;另一種是彈塑性的斷裂力學，這種力學與線彈性力學恰恰相反，它被廣泛地應用于裂紋情況較重、裂紋范圍較大的情況。在機械設計工作中如果能夠合理地運用斷裂力學對存在的問題進行分析與處理，就能夠有效地避免機械在使用時突發斷裂的情況出現。

在應用斷裂力學對機械進行設計時，相關的工作人員要科學合理地使用設計參量與相應的余度分布對機械設計進行前期的整體規劃，并分析在設計過程中可能面臨的問題，例如齒輪在運行的過程中是否會因為受力不均導致變形或者斷裂問題的出現。另外為了保證機械在使用過程中的安全性，相關的工作人員還可以使用應力二階矩或者強度二階矩對機械設備的安全性能進行全方位的檢驗，并且這兩種方式能夠以一種非常直觀的方式展現出機械設備的安全度。另外在機械設計的過程中使用斷裂力學中的內容，在一定程度上能夠優化生產中所使用的相關制造工藝，節約機械制造企業的生產成本。

（三） 工程力學在機械領域的相關應用

現階段工程力學的基本體系已趨于完善，因此工程力學被廣泛地應用于機械領域，并在其中發揮著非常重要的作用。一般來說，如果機械出現比較嚴重的破損或破壞問題，在很多情況下都會以工程力學的相關定理、定義或者相關的實踐結論為依據對存在的問題進行分析和判斷。另外工程力學在機械設計領域也有著比較廣泛的應用，例如在進行螺紋連接與螺紋傳動等相關工作時就需要重點對連接強度進行計算，并且還需要借助工程力學對螺旋副進行受力分析，進而保證構件設計的合理性。

二、 結語

總而言之，若想促進機械行業的進一步發展，使得物理力學獲取進一步的突破，相關的工作人員一定要深刻挖掘物理力學與機械設備之間的內在聯系，不斷完善和優化兩者之間的知識脈絡，促進物理力學與機械行業協調發展，進而實現我國可持續發展戰略。

參考文獻：

[1]張巍.物理力學在機械方面的應用[J].現代職業教育，2016（26）：168.

[2]胡安華.高速鐵路紅層泥巖路基基床填料物理力學特性試驗研究[D].西南交通大學，2008（05）：123-124.

[3]朱金鳴，獨云嵩.機械系統動力學的發展[J].科技創業家，2012（11）：25-27.

[4]邵忍平.機械系統動力學[M].北京機械工業出版社，2005（07）：189-190.

作者簡介：

劉一暢，山東省東營市，東營市第一中學。