淺談《材料力學》在測控技術(shù)領(lǐng)域中的應用

摘要：“測控技術(shù)與儀器”是一個比較“低調(diào)”的專業(yè)，很多人可能都沒有聽說過它的名字，本文就從《材料力學》出發(fā)，用生活中常見的例子讓人們對測控技術(shù)與儀器這個專業(yè)有一個更好地了解。

關(guān)鍵詞：測控技術(shù)與儀器;測量;控制;材料力學

測控，顧名思義，可以將其分開為“測”和“控”，“測”即測量，用一些儀器去測量一些物質(zhì)的參數(shù)。“控”，即控制，根據(jù)你使用儀器測得的一些數(shù)據(jù)和信息對其進行適當?shù)目刂疲沟媚承┪矬w達到我們想要它達到的狀態(tài)。下面我將就《材料力學》和生活中的例子來向大家詳細說明，讓大家對這個專業(yè)有更清晰地認識。

在給大家詳細說明之前我先用一個非常經(jīng)典的例子向大家解釋：人，我們每一個人都是一個很好的測控系統(tǒng)。很多人都喜歡打籃球，打籃球這個過程就需要很多測量與控制，比如，要投籃，首先，要用眼睛去看，去測量人與籃筐之間的距離。這就是“測”，測量。然后要把球投進籃筐，就要用適當?shù)牧α繉⑶蛲冻鋈ィ枚啻蟮牧猓鸵醚劬y量出來的大致距離，根據(jù)距離，方向來決定力量，將球投出。可能幾乎每個人都打過籃球，投過籃，但是可能就大部分人都沒有想過投籃和測控的關(guān)系吧。如果真的這樣去想的話，不難理解，基本上生活中任何事情都要用到測控。簡單到從桌子上拿起一個東西，難至發(fā)射航空飛船，讓飛船進行一系列運動，都要用到測控。

《材料力學》就是在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求的前提下，為設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法。簡單來說就是在滿足安全的前提下合理地使用材料，使得構(gòu)件既經(jīng)濟又安全。

1 《材料力學》中的測量

生活中材料的變形一般就是拉壓、剪切、扭轉(zhuǎn)、彎曲。當我們想要設(shè)計一個構(gòu)件時，首先就要選材，材料有很多，各有各的長處，各有各的不足，那么要想合理地選材，首先就要了解各個材料的性質(zhì)。這時就需要測量計算，測量這個材料是否耐拉，那個材料是否耐壓。計算這根桿的比例極限是多少，那根桿的極慣性矩是多少？有了這些數(shù)據(jù)后，才能通過合理控制，設(shè)計既經(jīng)濟又安全的構(gòu)件。

寒假期間和妹妹一起玩的時候，意外發(fā)現(xiàn)，妹妹的小剪刀好像跟平時見到的不太一樣，兩個把手中間多了一個有些彎曲的很有彈性的桿件。一旦剪到底的同時，桿件也會被“掰”直，然后桿件就會有恢復原有形態(tài)的趨勢，會產(chǎn)生一個彈力，使得兩個把手可以很輕易地分開。這正是用到了桿件的彎曲和彈性形變。

T型截面鑄鐵梁的載荷和截面尺寸如圖1所示，鑄鐵的許用拉應力為σt=30MPa，許用壓應力為σc=160MPa，y1=52mm，校核梁的強度。

解析：雖然給出了y1就可以算出形心坐標和圖形對其的慣性矩。由σmax=My1IzSymbolcB@

σt可以檢驗梁的強度。

畫出剪力彎矩圖可得：

FRA=2.5kN，F(xiàn)RB=10.5kN（1.1）

最大正彎矩在截面C上：

MC=2.5kN·m（1.2）

最大負彎矩在截面B上：

MB=4kN·m（1.3）

B截面：

σtmax=MBy1Iz=27.2MPa<σt（1.4）

σcmax=MBy2Iz=46.2MPa<σc（1.5）

C截面：

σtmax=MCy2Iz=28.8MPa<σt

用這樣的方法，就可以很好地檢驗金屬桿件彎曲時的強度。

2 《材料力學》中的控制

首先，舉一個很簡單的例子：現(xiàn)在很多空調(diào)地外機都是掛在墻上的，那么重的一個機器，怎樣才能讓它安全地在外面呢？可以看到很多聰明的工人都想到了利用三角形的穩(wěn)定性來解決這一問題。所以可以看到很多外機下面都有兩個直角三角形的支架，大致形狀和受力圖，如圖2所示：

通過測量可以得知鑄鐵十分耐壓，而不耐拉。相比鑄鐵，鋼更加耐壓且耐拉，但是其價格卻比鑄鐵高很多。從承載能力和經(jīng)濟效益兩方面考慮我們可以采用BC桿使用鑄鐵，AB桿使用鋼。這種方法既可以讓其安全性得到保障，成本也可以降低很多。

通過觀察可以發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)在很多空調(diào)外機下面的支架都是三角形的，而且有的中間都有空心圓空，這是為什么呢？是因為美觀嗎？其實，那樣設(shè)計最主要的目的還是為了減輕重量、降低成本的同時，使其安全性也要得到保障。有時也會看到很多工廠里有很多各式各樣的工字鋼。那么剛體為什么要設(shè)計成“工”字形呢？同樣，其目的就是減輕重量、降低成本，又保障其安全性。材料彎曲時：

σ=MyIz（2.1）

若剛體橫截面為“工”字，上式中的Iz相對于實心圓或?qū)嵭木匦尉蜁蟠笤黾樱瑥亩鴾p小其彎曲內(nèi)力。

3 結(jié)語

測控技術(shù)與儀器需要使用一些適當?shù)膬x器測量、控制，所以就要求學生的知識面要廣，動手能力要強，當然學習的科目也比其他的專業(yè)要多一些，難度也會大一些。但其在生活中是非常有用的，生活處處有測控。

參考文獻：

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作者簡介：郭澤宇（2001—），男，漢族，河南濮陽人，本科在讀，研究方向：測控技術(shù)與儀器。