機械行業中的力學應用分析

摘 要：在我國的機械行業中，有很多的問題研發需要通過相應的力學分析來闡述和處理。機械依托力學的模式現在已經是非常的常見。很多的機械設計在設計之初，一般都會進行相應的力學計算以及力學建模等，這樣能夠為機械設計的設計過程提供必要的理論基礎保障。文章主要從機械行業的力學應用進行簡要分析以及闡述，希望通過文章的闡述以及分析能為我國的力學發展以及機械發展貢獻力量。

關鍵詞：機械；力學；工程力學；彈性力學；斷裂力學；分析

力學通俗的講就是力和運動結合的科學，作為一種基礎學科，力學在很多方面都有非常廣泛的應用。力學的主要研究對象就是機械運動的物質宏觀體現。力學這門學科的誕生時間非常早，和力學同時誕生的還有天文學以及微積分學，這些學科在我國的各個行業的發展過程中都有較為廣泛地應用和促進。力學在一定程度上促進了我國很多行業的發展。文章闡述的機械領域就是由于有了力學的滲透才能夠不斷地發展以及創新。

1 簡要敘述力學的主要內容

力學是一門獨立的基礎學科，主要研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關系，可粗分為靜力學、運動學和動力學三部分。

力學的發展歷史悠久，古希臘時代力學附屬于自然哲學，后來成為物理學的一個大分支，1687年，牛頓三大定律的提出標志著力學作為一門獨立的學科開始形成。此后，隨著資本主義生產的發展，到18世紀末，以動力學和運動學為主要特征的經典力學日益完善。19世紀，大機器生產促進了力學在工程技術和應用方面的發展，推動了結構力學、彈性固體力學和流體力學等主要分支的建立。19世紀末，力學已是一門相當發展并自成體系的獨立學科。

2 簡要敘述力學在我國機械設計過程中的主要應用

文章主要從三個方面闡述以及分析力學在我國的機械設計過程中的主要應用。第一個方面是在機械設計過程中彈性力學的具體應用。第二個方面是在機械設計過程中斷裂力學的主要應用。第三個方面是在機械設計過程中工程力學的主要應用。下面進行詳細的分析以及闡述。

2.1 在機械設計過程中彈性力學的具體應用

在我國機械力學領域，彈性力學還有一個別稱叫做彈性理論。彈性力學是我國固體力學的一個重要分支。彈性力學的研究對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生的一系列應力、位移以及變形，這樣能夠有效的滿足機械設計領域中要求的結構強度以及相應的剛度問題。很多的機械在運行過程中都會存在三種狀態。第一種狀態是機械在運行的過程中運行速度較快；第二種狀態是機械在運行過程中內部的承載力較大；第三種狀態是機械在運行過程中容易發生彈性變形。上述的三種狀態都會在一定程度上影響著機械系統的正常運行，因此我們在機械設計過程中一定要對機械設計的有關彈性的問題進行力學分析。在我國的機械設計中，對于力學中的彈性力學非常的重視。彈性力學在機械設計中的主要涉獵面有三個。第一個是機械設計中的凸輪結構的相關設計；第二個是機械設計中齒輪機構的相關設計；第三個是機械設計中的軸的相關設計。

在機械設計過程中的齒輪機構設計在應用彈性力學知識進行設計的過程中，漸開線的存在是機械設計齒輪曲線的一個非常大的優點，但是在設計的過程中能夠有效的利用彈性力學進行相應的分析以及確認，這樣能夠很好地發現齒輪漸開線存在的設計缺陷。通過彈性力學的相關理論能夠發現，這種缺陷主要體現在兩個齒輪在相互嚙合運行的過程中。赫茲公式表明在兩個齒輪的外部條件相同的時候，如果我們要最先限度的降低兩個齒輪的基礎面的最大受力，就必須將兩個齒輪的相交處的曲率半徑變大。這樣的要求對于齒輪的漸開線來講存在困難。因為對于漸開線齒輪，想要增加兩個齒輪的接觸點之間的曲率半徑，就必須要適當的將齒輪的外部輪廓變大，但是在實際的設計過程中，齒輪的漸開線曲率半徑增大是非常有限的，因此我們在設計過程中很難對齒輪的外部尺寸進行加大，同時也不能有效的提升齒輪的外部承載力。力學中的彈性力學在軸設計過程中的應用也是非常廣泛的。為了有效的保障軸的共振問題，在設計高速轉動軸時，一定要應用彈性力學的相關理論或者公式來驗算并且確定軸的直徑大小以及相應的設計材質等。在設計汽輪機或者發動機主軸的過程中，其共振計算必須要應用彈性力學知識進行計算并且確定。

2.2 在機械設計過程中斷裂力學的主要應用

力學中的斷裂力學也是固體力學中的一個重要分支。斷裂力學主要的研究對象有兩個。第一個是機械結構的裂紋強度；第二個是機械結構的裂紋壽命。斷裂力學是我們在機械設計中結構損傷設計的一個非常重要的理論。在機械設計過程中，斷裂力學分為兩種類別。第一種是彈性斷裂力學；第二種是彈塑性斷裂力學。彈性斷裂力學主要是研究裂紋的尖端位置小范圍的屈服設計；彈塑性斷裂力學主要是研究裂紋的尖端位置大范圍的屈服設計。在機械設計中，應用斷裂力學分析能夠有效地提升機械性能以及機械功效，更重要的是能夠有效的防治機械設備出現毀滅性的斷裂問題，這樣能夠有效的保障機械部件以及相關的機械設備運行可靠，穩定。我國現階段在結構缺陷的評定以及處理過程中應用了斷裂力學，起到了非常好的效果。例如我國現階段在壓力容器設備中應用了斷裂力學能夠有效的保障壓力容器的使用和運行。在機械設計過程中，設計的可靠性設計通常是應用了概率斷裂力學。概率斷裂力學的應用有效的提升了我國機械設計的可靠性發展以及創新。在應用斷裂力學的過程中，我們要正確合理地應用設計參量以及相應的余度分布來進行機械設計，通過上面兩個參數的計算和校驗能夠在客觀問題上反應機械設計的安全系數以及相應的常規設計問題。斷裂力學為了更加有效地反應機械設計中的安全性，還能夠應用應力二階矩以及強度二階矩，這樣能夠更加直觀地對機械設計中的安全性能給予體現。斷裂力學在機械設計過程中設備材質的選擇問題上也有一定地應用。應用斷裂力學的知識還能夠對加工工藝進行改進，能夠有效地節約勞動生產力，能夠提升機械設備的生產效率以及對機械設備的運行失效進行判斷。斷裂力學能夠對設備的斷裂故障進行科學系統的分析和監測，能夠最有效的找出設備的斷裂位置以及相應的失效原因，這樣能夠有效的提升設備失效的維修。

2.3 在機械設計過程中工程力學的主要應用

在機械領域的工程力學是非常系統的一門學科，現階段工程力學的相關定理、定律以及工程力學在實踐過程中得出的一系列結論都能夠有效地應用到機械設計以及相應的機械維修過程中。工程力學在機械設計的現場問題處理中也起到了非常重要的推動作用。當機械設備在現場出現破壞的時候，最常用的判斷以及分析的方法就是應用工程力學的相關知識以及理論來進行分析及處理。

參考文獻

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