工程力学

颜克愚

[摘 要]工程力学在我们的生活生产中应用广泛，本文从结构力学的主要研究内容及方向等方面对工程力学在生活生产中的应用做一些探究。

[关键词]工程力学 生活生产 应用

中图分类号：TH44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0393-01

前言

能夠承受和传递外载荷的系统就是工程结构，杆、壳、板以及组合体都属于范围内。工程结构在外载荷作用下的应力、应变以及位移等规律都是结构力学的任务研究；工程机构就是以不同形式和不同材料进行分析，其中的分析方法和计算公式就是为了工程设计；对工程结构的承受、传递外力的确认，才更利于新型工程结构的研究和发展。对于结构设计的要求也是非常高的，要进行多方面考虑，比如强度、刚度、用料省、重量轻、外观要美观大方等。减轻重在一些工程上尤其关键，比如说飞机，如果能够将重量减轻，飞机的能耗会降低、速度会加大、上升加快等特性。

一、结构力学的发展

很早以前人们就开始对结构进行了研究和观察，研究和观察的主要目标是天然的结构。如：山洞、蚁窝、鸟巢、蜂窝、树木的根、茎、叶、骨骼的形成和结构。社会在不断的发展和进步的背景下，人们对于结构的规律以及结构的强度、刚度有了慢慢的认识和了解，这样给人类对结构的应用提供了宝贵的经验，比如说：中国的万里长城、埃及的金字塔、北京的故宫等等。理论力学和材料力学融合在一起是结构力学的发展初期。直到从19世纪中叶开始，人们才对工程结构进行大规模的开展，并且对其进行精准的计算和分析。这个时候也开始将分析理论和分析方法从工程结构中独立了出来，结构力学从19世纪中叶开始成为一门独立的学科。19世纪30年代，由于要实现桥梁上通火车，就需要考虑到更多的问题，比如说桥梁承受静载荷、动载荷、桥梁跨度的增长等问题，金属桁架结构就出现了。19世纪末到20世纪初，很多学者开始对船舶的结构进行了力学的研究和探讨，还着重对自由振动、受迫振动以及可动载荷下的梁的动力学理论的问题进行了研究。

20世纪初，航空工程的发展，对科学家在薄壁结构和加劲板壳的应力和变形分析起到了很好的作用，在对桥梁进行建筑时，钢筋混凝土材料需要大量的投入，钢筋结构就需要科学家们再次进行系统的研究和探索，转角位移法是1914年的德国的本迪克森创立的，这种方法就是为了解决钢筋和连续梁的问题。位移法的内在具有统一性，对于解决问题在逻辑上有着互相的联系性，它一般是在基本假定的情况下，对结构系统的自由度进行判断，然后进行求解，位移法的理论依据是通过计算机的基础矩形位移法，在超静定结构的计算中有着重要的意义，对于这种方法工作人员需要熟练的掌握。

在20世纪20年代，蜂窝夹层结构的设想被人们所提出。学者们根据结构“极限状态”，新理论弹性地基上梁、板及刚架的设计计算诞生了。在力学问题中，承受各种动载荷的结构也进行了大量的研究工作。在结构力学的不断发展下，结构力学的研究领域又渗入了疲劳问题、断裂问题和复合材料结构问题。20世纪中叶，信息技术的发展，电子计算机与有限元法的问世，大型结构的复杂计算变成了现实，结构力学和应用又迈进了一步。

二、结构力学的学科和体系

了解结构力学，先应该知道结构力学都分为哪些理论，一般来说，结构力学分为结构动力学、结构稳定理论、结构断裂、疲劳理论、杆系结构理论、整体结构理论、薄壁结构理论、结构静力学等。结构动力学是对工程结构在动载荷作用下的性能的分支和响应学科的研究。（动载荷就是时间的变化下改变的载荷。在动载荷作用下，结构内部的应变、应力、及位移也必然是时间的函数）。结构稳定理论是对工程结构稳定性的分支的研究，其中最重要的内容是确定结构的失稳临界载荷。结构断裂和疲劳理论是对工程结构内部无法阻挡的情况下出现的裂纹，一旦在外载荷作用下发生扩展造成断裂破坏，同时会由于幅值较小的情形下，在交变载荷作用下发生扩展造成疲劳破坏的学科研究。杆系结构理论、整体结构理论及薄壁结构理论是在结构力学各种工程结构的理论和实验研究中所需要用到的。整体结构是对通过将整体原材料，进行机械铣切或使用化学腐蚀加工而成的结构的研究，由于整体结构在一些边界条件问题上比较适用，在变厚度结构上经常被使用。结构静力学是结构力学中首先发展起来的分支，更是其他分支学科的基础，主要是对工程结构在静载荷作用下的应力和弹塑性变形，以及结构优化问题进行的研究（静载荷是指不会因为时间发生变化的外加载荷，变化较慢的载荷，也可近似地看作静载荷）。科学技术的进步对社会的发展带来了极大的影响，也让更多的新型结构问世了，例如复合材料结构和夹层结构，它的出现时间是20世纪中期。

三、结构力学的研究方法

工程结构的使用分析、实验研究的理论分析和计算是结构力学的主要三种研究方法，他们是相辅相成的关系，也是互相交错的关系，对于结构的改进和评价进行分析有着很重要的意义，对新设计的结构进行使用才能检验出性能。一般的研究实验主要分为真实结构实验、真实结构部件实验、模型实验三类。比如，飞机的飞行和对地面破坏的实验、汽车碰撞的实验等。结构力学的实验只能限度的进行，因为它需要耗费大量的财力、人力、物力，一般在结构设计的初期主要通过对结构部件进行理论分析和计算。结构力学的发展离不开材料力学的基础知识的支持，结构力学的理论基础是由塑性力学和弹性力学组成。结构力学是一个发展迅速的学科，也是传承久远的学科。随着社会不断的发展，新型工程材料和工程结构的涌入，对于结构力学带来了更大的挑战。在研究内容上也有了新的要求，计算机的不断发展，直接影响了结构力学的发展，给结构力学提供了精准的计算工具。另外，结构力学对于其他学科的发展也有着很大的影响，它与我们的生活息息相关。

结束语

综上所述，随着社会的不断发展，人们对生活质量的要求日益提高，对于结构力学的应用也需要与时俱进，当然，结构力学并不是单独的，它与环境以及人居工程等都密不可分，在实际应用中涉及到不同的领域，所以，结构力学的发展也需要在不同的领域中不断的进步，由于结构力学在我们的生活中不断的渗透，也更加快了人类的发展。

参考文献

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