材料力学 - Wikiwand
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材料力学

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材料力学研究材料在各种力矩的作用下所产生的应力应变,以及刚度强度的问题。通常是机械工程土木工程建筑工程以及相关专业的大学生必须修读的课程,通常在修读材料力学之前,会要求先修读应用力学

材料力学的研究对象主要是棒状材料,如杆、梁、轴等。对于桁架结构的问题在结构力学中讨论,弹性结构的问题在弹性力学中讨论。

研究内容

在人们运用材料进行工业工程机械土木建筑生产的过程中,需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究,这催生出材料力学。运用材料力学知识可以:

  • 分析材料的强度、刚度和稳定性
  • 在机械设计中使材料在相同的强度下可以减少材料用量,优化机构设计,以达到降低成本、减轻重量等目的。
  • 将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料,所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。
  • 材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律(Hooke's law),在弹性限度内,物体的应力应变成线性关系。

电阻应变片的测量原理

金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外,还与金属丝的长度,横截面积有关。将金属丝黏贴在构件上,当构件受力变形时,金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化,进而发生电阻变化。

其中, 为材料的灵敏系数,其物理意义是单位应变的电阻变化率,标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。 为测点处应变,为无量钢的量,但习惯上仍给以单位微应变,常用符号 表示。

由此可知,金属丝在产生应变效应时,应变 与电阻变化率 成线性关系,这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。

材料力学实验

由于研究内容的情况复杂,材料力学的课程一般要求安排材料力学实验课。

学生可以在材料力学实验课中对材料的形变进行测量,从而计算材料的应力分布等数据。

典型的实验包括:

  • 简单拉伸压缩实验
  • 冲击破坏实验
  • 稳定性
  • 微小形变测量
  • 材料弹性测量

实验的内容主要在于对形变的测量和计算,也有些破坏实验进作为观察。由于材料的形变可能很小,实际的测量要求较高的精度和灵敏度。很多情况下人们使用电测法测量实验数据。基本原理是,利用导体(有时称为电阻应变片)在形变时电阻值的变化,将实验件的形变转化为电信号,放大后即可作为测量数据。为了弥补温度等非测量因素的影响,常常需要安排多个电阻应变片构成差值组或桥路,抵消误差。

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