機械行業中的力學應用問題的相關思考

王靜 崔巍 王瑾

摘 要：隨著社會的發展和科技的進步，機械制作業在國民經濟發展中發揮著越來越重要的作用，機械科技的革新發展日趨深化，有利于實現技術與科學之間的完美融合。力學作為物理學和機械科學之間的主要連接點，將其應用到機械行業中，可以通過力學建模與力學計算等為機械設計提供理論基礎，提高產品的質量和工作的效率。本文就對機械行業中的力學應用問題進行分析和探討。

關鍵詞：機械行業；力學；應用

引言

隨著知識經濟時代的到來，工業經濟逐步呈現出式微的發展態勢，但其在經濟生產和社會生活中仍然發揮著重要的功能與價值，對國家復興具有積極的推動作用。機械行業是傳統工業部門中的主體，不僅在促進社會經濟發展方面起著重要作用，而且在科技創新領域有著重要的平臺作用。通常力學在機械行業中起著很大的干預作用，如何解決機械行業中的力學應用問題，已經成為研究人員的關注重點。

1力學概述

力學屬于運動和力相結合的科學，主要研究力和能量及其與氣體、液體、固體的運動、變形或平衡的關系，可以粗略劃分為動力學、運動學、靜力學，在諸多方面的應用都十分廣泛。作為一門獨立的基礎學科，力學的研究對象為機械運動的物質宏觀體現，將其滲透到機械行業，有利于實現該行業的創新發展。通常力學擁有十分悠久的發展歷史，其在古希臘時代屬于自然哲學的范疇，后來逐漸發展為物理學的重要分支，而在牛頓三大定律提出之后成為獨立的學科。在資本主義生產發展的趨勢下，以運動學和動力學為主的經典力學日趨完善；19世紀的大機器生產時期，力學在工程技術中的發展促進了流體力學、彈性固體力學、結構力學等分支的形成；19世紀末期，力學已經發展為自成體系的基礎學科。

2力學在機械行業中的應用

2.1工程力學的應用

隨著科學技術的不斷發展以及科研活動理論基礎的日益夯實，物理學中的相關原理在機械設計領域的應用范圍越來越廣泛，不僅能夠有效滿足機械設備的相關要求，還能提高生產水平。工程力學作為一門系統性較強的學科，相關的定律和定理都被廣泛應用在機械領域，尤其是機械設計方面，很好解決了現場問題；同時工程力學在實踐應用中得出的相關結論被應用于機械維修和機械設計等方面，如現場的機械設備出現損壞時，利用工程力學的相關理論及其知識來分析與處理故障，提高生產效率。

2.2斷裂力學的應用

作為固體力學中的重要組成部分，斷裂力學的研究對象主要包括機械結構的裂紋壽命和裂紋強度，其在機械結構損傷設計中發揮著重要的作用。斷裂力學在機械設計過程中可分為彈塑性斷裂力學和彈性斷裂力學這兩種類型，其中前者主要是對裂紋尖端位置的大范圍屈服設計進行研究，而后者則是對裂紋尖端位置小范圍的屈服設計進行研究。將斷裂力學分析應用在機械設計中，不僅能保證機械設備與機械部件的安全穩定運行，避免設備存在毀滅性的斷裂，還能促進機械功效與機械性能的提升。目前我國將斷裂力學應用在機械結構缺陷的處理和評定等方面，取得了良好的成效，例如：概率斷裂力學在機械設計中的應用，在很大程度上提高了設計的可靠性，對機械設計可靠性的創新發展具有積極作用；斷裂力學在壓力容器設備中的運用，很好地保證了壓力容器的運行及使用。值得注意的是，在斷裂力學實際應用過程中，必須要科學運用相關的余度分布和設計參量，通過這些參數的校驗與計算來客觀反應機械設計的常規設計問題和安全系數。當然為了保證機械設計中的安全性能，可以采用強度二階矩和應力二階矩，以便直觀體現機械設計的安全性能。此外，在機械設備材料的選擇環節應用斷裂力學，通過相關的斷裂力學知識來改進加工工藝，或者是借助斷裂力學系統檢測與科學分析機械設備的斷裂故障等，有利于節省勞動生產力，準確找出設備斷裂位置及其原因，提高設備的失效維修和生產效率。

2.3彈性力學的應用

彈性力學也稱之為彈性理論，是機械力學領域中的重要分支，主要研究的是在外部溫度發生變化或外部壓力干擾的前提下，彈性體所發生的一系列變形、位移與應力等，以此滿足機械設計中所要求的結構剛度和結構強度問題。一般來說，許多機械在實際運行中往往會呈現出三種狀態：①運行中出現彈性變形；②運行中機械內部的承載力較大；③運行中的速度較快。這幾種狀態會對機械系統的正常運行產生一定的影響，這就需要在機械設計環節充分運用與力學分析相關的彈性問題。在機械設計中應用彈性力學時，基本內容涉及軸、齒輪機構、凸輪結構等方面的設計。以齒輪機構設計為例，在設計中運用彈性力學的知識時，漸開線的存在為齒輪曲線的設計提供了有利條件，利用彈性力學進行確認與分析，能夠及時發現齒輪漸開線設計中出現的缺陷，特別是兩個齒輪相互嚙合運行時存在的缺陷。根據赫茲公式可知：在相同的外部條件下，要想使兩個齒輪基礎面的最大受力有所降低，則需適當增大兩個齒輪相交處的曲率半徑。但是對漸開線齒輪來說，只有適當擴大齒輪外部輪廓，才能增加兩個齒輪接觸點之間的曲率半徑，而在實際中其曲率半徑的增大相對有限，很難加大齒輪的外部尺寸，也無法有效提升齒輪外部承載力。另外，軸設計中彈性力學的應用也十分廣泛，利用彈性力學的相關公式與理論對軸的設計材質及直徑大小進行運算，以此解決軸共振問題，如發動機或汽輪機主軸設計中采用彈性力學知識，有效確定與計算相關的共振。

3結語

總而言之，我國機械行業中的諸多問題研發都是以相應的力學分析為基礎進行處理與闡述，借助力學建模與力學計算來解決機械行業中的應用問題十分常見，可以為機械設計提供理論支持。在當前的經濟活動中，機械產品使用與機械設備之間的聯系愈加緊密，因此在機械設計過程中需要深入研究力學理論，結合市場的實際發展需要進行理論創新與技術變革，進一步推動機械行業的持續穩定發展。

參考文獻：

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