工程力學在生活中的應用

劉晉源

工程力學分為理論力學和材料力學，我們生活與工程力學息息相關，生活中最簡單的東西也涉及到力學理論：

理論力學在生活中的應用

理論力學所研究的對象（即所采用的力學模型）為質點或質點系時，稱為質點力學或質點系力學；如為剛體時，稱為剛體力學。因所研究問題的不同，理論力學又可分為靜力學、運動學和動力學三部分。

靜力學研究物體在力作用下處于平衡的規律。運動學研究物體運動的幾何性質。動力學研究物體在力作用下的運動規律。

理論力學的重要分支有振動理論、運動穩定性理論、陀螺儀理論、變質量體力學、剛體系統動力學以及自動控制理論等。這些內容，有時總稱為一般力學。

理論力學與許多技術學科直接有關，如水力學、材料力學、結構力學、機器與機構理論、外彈道學、飛行力學等，是這些學科的基礎。

在生活中，理論力學經常應用于三角形支架穩定（野外燒鍋架）、千斤頂、加油站的屋頂桁架結構、吊車滑輪組結構。各種機械零件和建筑物結構應用最廣泛，如鉸鏈連接，塔吊，二力桿等等。

材料力學在生活中的應用

材料力學在生活中的應用十分廣泛。大到機械中的各種機器，建筑中的各個結構，小到生活中的塑料食品包裝，很小的日用品。各種物件都要符合它的強度、剛度、穩定性要求才能夠安全、正常工作，所以材料力學就顯得尤為重要。

生活中機械常用的連接件，如鉚釘、鍵、銷釘、螺栓等的變形屬于剪切變形，在設計時應主要考慮其剪切應力。汽車的傳動軸、轉向軸、水輪機的主軸等發生的變形屬于扭轉變形。火車軸、起重機大梁的變形均屬于彎曲變形。有些桿件在設計時必須同時考慮幾個方面的變形，如車床主軸工作時同時發生扭轉、彎曲及壓縮三種基本變形；鉆床立柱同時發生拉伸與彎曲兩種變形。

利用材料力學中卸載與在加載規律得出冷作硬化現象，工程中常利用其原理以提高材料的承載能力，例如建筑用的鋼筋與起重的鏈條，但冷作硬化使材料變硬、變脆，是加工發生困難，且易產生裂紋，這時應采用退火處理，部分或全部地材料的冷作硬化效應。

很多包裝袋上都會剪出一個小口，其原理就用到了材料力學的應力集中，使里面的食品便于撕開。但是工程設計中要特別注意減少構件的應力集中。

在工程中，靜不定結構得到廣泛應用，如桁架結構。靜不定問題的另一重要特征是，溫度的變化以及制造誤差也會在靜不定結構中產生應力，這些應力稱為熱應力與預應力。為了避免出現過高的熱應力。

蒸汽管道中有時設置伸縮節，鋼軌在兩段接頭之間預留一定量的縫隙等等，以削弱熱膨脹所受的限制，降低溫度應力。在工程中實際中，常利用預應力進行某些構件的裝配，例如將輪圈套裝在輪轂上，或提高某些構件承載能力，例如預應力混凝土構件。

螺旋彈簧是工程中常用的機械零件，多用于緩沖裝置、控制機構及儀表中，如車輛上的緩沖彈簧，發動機進排氣閥與高壓容器安全閥中的控制彈簧，彈簧稱中的測力彈簧等。

生活中很多結構或構件在工作時，對于彎曲變形都有一定的要求。一類是要求構件的位移不得超過一定的數值。例如行車大量在起吊重物時，若其彎曲變形過大，則小車行駛時就要發生振動；若傳動軸的彎曲變形過大，不僅會使齒輪很好地嚙合，還會使軸頸與軸承產生不均勻的磨損；輸送管道的彎曲變形過大，會影響管道內物料的正常輸送，還會出現積液、沉淀和法蘭結合不密等現象；造紙機的軋輥，若彎曲變形過大，會生產出來的紙張薄厚不均勻，稱為廢品。另一類是要求構件能產生足夠大的變形。例如車輛鋼板彈簧，變形大可減緩車輛所受到的沖擊；又如繼電器中的簧片，為了有效地接通和斷開電源，在電磁力作用下必須保證觸電處有足夠大的位移。

生活中處處都是工程力學的應用，它與我們的生活密切相關。處處留心皆學問，只有熟練掌握材料力學的知識才能明白其中的奧秘。工程力學讓我們明白了以前不能明白的問題，它也是學習機械方面的基礎，是最關鍵的一門學科，以后學習工作的一種工具。