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工程力学教学中的一些生活和工程实例-最新教育文档
工程力学教学中的一些生活和工程实例工程力学是工程类专业的支柱课程，具有理论性强、系统性强、逻辑严密、比较抽象、与工程实际有一定的联系等特点[1]。
在本校新能源专业，工程力学是学生最早接受工程和基本理论知识的课程，使学生在学习力学知识的同时接受工程意识的启蒙和培养是工程力学课程的重要任务之一。
在教学过程中重视工程实例对于工科专业学生的实践能力培养尤其重要，笔者在多年的实践教学中认识到教学中应该广泛联系工程实例，在课堂讲授过程中实例的应用容易激发学生的学习兴趣，培养学生运用所学的理论和方法分析解决工程实际问题的能力。
下面列举一些和工程力学相关的生活和工程实例。
实例1 将包装食品的塑料袋封口后，袋的边缘常做成锯齿形，或做出一个小缺口；易拉罐如何实现“易拉”功能（应力集中的应用）。
实例2 美国哥伦比亚电影公司在1990年录制的电影Miracle Landing（九霄惊魂），电影讲述了1988年4月28日下午，美国阿罗哈航空公司243航班从夏威夷起飞前往檀香山，途中紧急迫降的故事。
飞机客舱中段上方一大块天花板由一个小裂纹进而引发大破坏，飞机变成了“敞篷跑车”图1所示。
（这个案例主要说明了“应力集中”的危害）实例3 竹子、芦苇、鸟的肢干骨的中空结构特点，这种结构既能满足生存需要，又减轻了自重，是大自然的造化，同时空心圆管状具有较强的抗弯抗扭等力学性能。
（弯曲理论和扭转理论指出空心杆的抗弯能力和抗扭能力比同样截面面积的实心杆大多的）实例4 英国航空5390航班事故，空难情况是驾驶舱前挡风玻璃被突然喷出，机长大半个身子被吸出。
事故原因是安装在挡风玻璃里的90颗螺丝钉中，84颗的直径为0.026英寸（1毫米），要比标准的小；其余的6颗的长度是0.1英寸（3毫米），则比标准的短。
（这个案例说明了固定前挡风玻璃的螺钉小了半号，必然会造成应力过大或安全系数降低，因此发生了事故，可用来说明安全系数的重要性。
）实例5 在暴风骤雨中，有些参天大树被连根拔起，但是竹子虽然其枝条狂舞，主干却屹立不倒，竹子中的竹节起到了很重要的作用。
图解-简述10个生活或工程中的力学问题
2013个生活或工程中的常见问题Lucsam 兰州交通大学2013/5/12简述10个生活或工程中的力学问题一、工程建筑中的弯曲问题1.工程问题在建筑工程中,弯曲变形是结构常见的基本变形形式,比如楼房墙体外突出的空调支撑小平台.2.关键词:剪力,弯矩,力偶3.相关的力学知识分析:如上图所示的梁段上外力只有F A ,为保证y方向上的平衡，l-l截面上必定存在一个方向与F A 相反的力，该力有使梁产生沿截面产生剪切错动的趋势，所以称为剪力，记为F S . F S 和F A大小相等方向相反，构成一力偶，而力偶只能与力偶平衡，因此在横截面上必定存在一个力偶M，此力偶使横截面产生转动而引起梁的弯曲，故称为弯矩。
F S和M就是梁的的弯曲内力。
二、指甲刀的省力问题1.生活现象小小的指甲刀，不用很费力，就可以轻松地剪去手上的指甲，其中的原理，又是怎样的呢？2.关键词：杠杆原理，省力杠杆。
3.相关的力学知识分析：杠杆原理亦称“杠杆平衡条件”。
要使杠杆平衡，作用在杠杆上的两个力矩（力与力臂的乘积）大小必须相等。
即：动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1· l1=F2·l2。
式中，F1表示动力，l1表示动力臂，F2表示阻力，l2表示阻力臂。
从上式可看出，欲使杠杆达到平衡，动力臂是阻力臂的几倍，动力就是阻力的几分之一。
而在指甲刀中，F1就是大拇指按的那个杆，F2就是指甲给指甲刀的力到支撑点的距离。
三、叉车起升原理1.工程问题分析叉车起升机构的起升原理。
2.关键词：叉车，起升原理，传动，拉力。
3.相关的力学知识分析：提升货物时，高压油通过分配器和输油管连续不断地进入起升油缸，在高压油的作用下把柱塞顶起上升，同时时链条拉动，产生拉力F作用于属具架，并可以使货叉上的货物随之上下运动。
四、人乘电梯时的受力分析1.生活现象人在乘坐封闭式电梯时，明显能感觉到自己受到了力的作用，并且其在不同时期身体感觉也不一样。
工程力学-拉压与剪切
2、试验仪器：万能材料试验机；变形仪（常用引伸仪）。
二、低碳钢拉伸时的力学性能 低碳钢：含碳量在0.3%以下的碳素钢。 拉伸图：P-- L曲线。
低碳钢试件的应力--应变图( -- 曲线)：
(一) 低碳钢拉伸的弹性阶段 (oe段) 1、op -- 比例段:
p -- 比例极限
[例] 直径为d =1 cm 杆受拉力P =10 kN的作用，试求最大剪 应力，并求与横截面夹角30°的斜截面上的正应力和剪应力。
解：拉压杆斜截面上的应力可直接由公式求：
0
N A
P
d2 /4
4 (10103 N) 3.14 (1102 m)2
127.4MPa
max
0
2
127.4 63.7MPa 2
N1 PA PB PC PD 5P 8P 4P P 2P
同理，求得AB、 N2
BC
BC、CD段内力 分别为：
PB
PC
N3
C
N2= –3P N3= 5P N4= P
PC
轴力图如下图：
N4
N 2P +
OA
5P
+
P
– 3P
BC
PA
PB
PC
D
PD D
PD D PD
x
D
PD
[例] 一等直杆受四个轴向外力作用，如图所示，试求杆件 横截面l-l、2-2、3-3上的轴力，并作轴力图。
３、冷作硬化： 当拉伸超过屈服 阶段后卸载，短 期内再次加载， 材料的比例极限 提高而塑性降低 的现象。
４、冷作时效：
E
E tan
2、pe --曲线段:
e -- 弹性极限
生活中的材料力学
生活中的材料力学罗晖淼 051310712摘要：在我们身边的每一个角落都运用到了材料力学的原理。
学完材料力学之后，用另一个角度去剖析生活中的材料力学现象，别有一番风味。
关键字：应力集中，动载荷，稳定性一：应力集中大家可能都有过类似的体验，那就是有些零食的外包装非常平整美观，可是却不实用，它们经常因为撕不开而遭到我们的嫌弃。
相反，有些小零食的包装袋上会有一排锯齿的形状，而当我们沿着锯齿的凹槽撕的时候，无论这个包装所用的材料多么特殊，都能轻松地撕开一个大口子。
这是为什么呢？这其实运用到了圣维南原理。
当我们沿着锯齿的凹槽撕的时候，手指所加的力是垂直于包装袋的，因此切应力都集中在了凹槽处，即产生应力集中现象。
此时凹槽处的切应力会急剧增大，那么只要手指稍稍用力，就很容易从这个凹槽将包装袋撕开。
这种应用应力集中的现象生活中还有很多。
比如掰黄瓜，有时候我们想把黄瓜掰成两段时，往往会先用指甲在黄瓜中间掐一个小缝，然后双手用力一掰，黄瓜就很容易被掰成两段。
同样的，因为在小缝处应力集中，黄瓜上作用的两个力矩使得缝隙处的切应力急剧增大，于是黄瓜中间截面发生脆断。
再比如撕布条，如果一块完整的布条要将其撕成两半是很困难的，除非有很大的力把它拉断，而我们一般人是没有那么大的力气的，怎么办呢？通常我们会用剪刀在布条上剪出一个小缺口，然后沿着缺口撕开布条，其原理和食品包装袋是一样的。
既然应力集中给我们的生活带来了这么多的便利，那是不是应力集中越多越好呢？其实并不是，在工程上，基本都需要避免应力集中。
像那些大桥，飞机，机床，建筑等大型工业结构，为了保证其坚固耐用寿命长，容易发生应力集中的地方如铆钉连接都需要特别地注意。
所以工字钢并不是标准的工字型，在直角处都改造成了弧线形过度，就是为了防止工字钢因应力集中而断裂。
工程上的这些问题可比生活中的小问题严重得多，一个小问题都有可能导致重大的事故。
曾经有一起飞行事故：飞机起落架里的一个小零件由于应力集中而发生断裂，卡在那里，导致起落架无法放下。
《材料力学》教学中的一些生活和工程实例
《材料力学》教学中的一些生活和工程实例
《材料力学》是一门重要的工程学科，它涉及到材料的力学性能，以及材料在结构中的应用。
在教学中，我们可以用一些生活和工程实例来讲解材料力学的原理。
比如，我们可以用一个桥梁的例子来讲解材料力学。
桥梁是一种重要的结构，它的结构受
到许多外力的作用，比如风力、汽车的重量等。
因此，桥梁的设计必须考虑到材料的强度
和刚度，以及材料的抗压能力和抗拉能力。
另外，我们还可以用一个汽车的例子来讲解材料力学。
汽车的设计必须考虑到材料的强度
和刚度，以及材料的抗拉能力和抗压能力。
汽车的车身要求材料具有足够的强度和刚度，
以承受汽车的重量和外力，而车轮要求材料具有足够的抗拉能力和抗压能力，以承受汽车
的行驶和转弯。
此外，我们还可以用一个飞机的例子来讲解材料力学。
飞机的设计必须考虑到材料的强度
和刚度，以及材料的抗拉能力和抗压能力。
飞机的机身要求材料具有足够的强度和刚度，
以承受飞机的重量和外力，而飞机的机翼要求材料具有足够的抗拉能力和抗压能力，以承
受飞机的飞行和转弯。
总之，我们可以用一些生活和工程实例来讲解材料力学的原理，比如桥梁、汽车和飞机等，这些实例可以帮助我们更好地理解材料力学的原理。
生活中的材料力学实例分析
生活中的材料力学实例分析一意义材料力学主要研究杆件的应力、变形以及材料的宏观力学性能的学科。
材料力学是固体力学的一个基础分支。
它是研究结构构件和机械零件承载能力的基础学科.其基本任务是：将工程结构和机械中的简单构件简化为一维杆件,计算杆中的应力、变形并研究杆的稳定性，以保证结构能承受预定的载荷；选择适当的材料、截面形状和尺寸，以便设计出既安全又经济的结构构件和机械零件.二对象材料力学的研究通常包括两大部分：一部分是材料的力学性能(或称机械性能)的研究，材料的力学性能参量不仅可用于材料力学的计算，而且也是固体力学其他分支的计算中必不可少的依据;另一部分是对杆件进行力学分析。
杆件按受力和变形可分为拉杆、压杆受弯曲（有时还应考虑剪切）的粱和受扭转的轴等几大类。
杆中的内力有轴力、剪力、弯矩和扭矩。
杆的变形可分为伸长、缩短、挠曲和扭转。
在处理具体的杆件问题时，根据材料性质和变形情况的不同,可将问题分为线弹性问题、几何非线性问题、物理非线性问题三类。
材料力学不仅在复杂机械工程中有重要的作用，在生活中也很常见。
比如随处可见的桥梁，桥是一种用来跨越障碍的大型构造物.确切的说是用来将交通路线 (如道路、铁路、水道等）或者其他设施 (如管道、电缆等)跨越天然障碍 (如河流、海峡、峡谷等)或人工障碍（高速公路、铁路线)的构造物。
桥的目的是允许人、车辆、火车或船舶穿过障碍。
桥可以打横搭着谷河或者海峡两边，又或者起在地上升高，槛过下面的河或者路，让下面交通畅通无阻。
三分析如果在安全的前提下，将原来的四个桥墩和三个拱形拉索变为三个桥墩和两个拱形拉索。
不仅可以节约大量的材料,降低成本,而且有美观.四总结因此，材料力学是一门很有用的学科，能够处理各种各样复杂的问题。
只要注意观察,生活中处处有材料力学的踪影。
利用材料力学的知识对我们身边的事物进行分析并加以改进，对我们的生活和社会的发展能起到积极的促进作用。
力学知识在实际工程中的应用
力学知识在实际工程中的应用关键词：建筑力学建筑工程应用随着人类的进步与发展，人们逐渐从建筑结构和实践中总结经验，发展成力学理论与方法。
这些理论和方法又反过来应用于工程中的各个领域当中。
建筑结构的发展与力学是息息相关的。
可以说，没有可靠的力学和结构分析就没有安全的建筑结构。
特别是对于现代的高层、超高层、特殊结构的建筑物、构筑物而言，力学、结构分析就尤其重要。
建筑物，特别是大型建筑物具有不可逆性，一旦其结构出现问题，其后果是不可估量的。
如何结合实际情况，选择合理的建筑知识及结构布局，让建筑物的造价控制在合理的范围内，达到结构的安全、耐久、适用。
以满足人们生产、生活的正常需要。
如何归纳和总结工程实际中所用到的力学知识，并把它们提炼出来，归纳总结实施教学于课堂就是本文需要讨论的问题。
首先，从一个工程实例来说明工程实际中用到的力学知识。
卸料平台方案设计中涉及到的力学计算、悬挂式卸料平台的计算参照简支梁的计算进行。
平台水平钢梁（主梁）的悬挑长度3.5m，悬挑水平钢梁间距（平台宽度）2.7m。
次梁采用18号工字钢，主梁采用18号工字钢，次梁间距2.00m。
容许承载力均布荷载2.00kn/m2，最大堆放材料荷载10.00kn。
1 次梁的计算次梁选择18号工字钢，长2.7m，间距2m。
1.1 荷载计算面板自重标准值为0.30kn/m2，则q1=0.30×2.00=0.60kn/m最大容许均布荷载为2.00kn/m2，则q2=2.00×2.00=4.00kn/m工字钢自重荷载q3=0.24kn/m则静荷载计算值q=1.2×（q1+q2+q3）=1.2×（0.60+4.00+0.24）=5.80kn/m活荷载计算值p=1.4×10.00=14.00kn1.2 内力计算内力按照集中荷载p与均布荷载q作用下的简支梁计算，计算简图如下。
■则最大弯矩m为m=■+■=5.80×2.702/8+14.00×2.70/4=14.74kn·m1.3 抗弯强度计算σ=■≤[f]其中γx取1.05，[f]=205.00n/mm2，wx=185cm2。
材料力学(拉压、剪切、扭转、弯曲)
实验结果观察：
① 纵向线伸长、横向线缩短； ② 横向线保持直线，仍与纵向线垂直； ③ 每根纵向线的伸长都相等。
天津大学材料力学
平截面假设
轴向拉、压杆件，变形前原为平面的横截面，变形后仍保 持为平面，且仍垂直于轴线。
横截面上应力均匀分布
FN
FN
A
正应力（法向应力）：沿截面法线方向。
天津大学材料力学
天津大学材料力学
§1.4 工程材料的力学性能简介
工程材料的力学性能指标要通过实验测定。 影响工程材料力学性能的因素
与材料的成份、组织结构密切相关的，同时还与工作 条件，如受力方式，加载速度，工作温度等因素有关。 在常温、静载（缓慢加载）下的力学行为。 构件变形包括——弹性变形、塑性变形 根据材料破坏前产生的塑性变形的大小，将材料分为
2F
F
A
D
FN图：
120 kN
2F
F
C B
60 kN
60 kN
天津大学材料力学
解： 1．确定杆各段的轴力。
2．计算杆各段的应力
AD段：
AD
FNAD A1
FNAD
π
d
2 1
4
4 120 103 π 402 106
95.5M Pa
BC段：
BC
FNBC A2
FNBC
π
d
2 2
4
4 60 103 π 202 106
0 .7 2 m m
LBC
FNBC LBC E A2
4 60 103 2 π 202 106 200 109
1.91m m
3．计算杆的总变形
LAC LAD LDB LBC 1.91 0.48 0.72 0.71m m
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3总结
通过文中变形案例的有限元数值模拟，以及课堂的实践，可以发现：动态演示直观展示了材料的变形过程，会帮助学生认识作用在杆件上的外力，以及由外力引起的变形，从而建立外力和变形的关系；通过对于力学参量的求解和展示，使得抽象的力学参量形象直观地呈现出来，加深对于基本力学概念的理解。同时，利用基本理论和计算方法进行理论求解，并与限元对变形模拟的数值解进行对比分析，加深了学生对于基本理论的理解和应用，拓宽了学习方法。这是本论文的探究目标所在。此外，将有限元数值模拟引入到力学课堂，对于变形进行数值模拟，还有许多工作可以进行，比如：文中以轴向拉压和压杆屈曲变形为案例，后续还应补充扭转、弯曲和组合变形等。
拉压,扭转,弯曲,剪勿的工程实例和生活中的实例,力构或构件的安全设计提供有效的理论知识和计算方法，内容以构件的基本力学变形方式为线索,包括拉伸压缩、扭转、弯曲、组合变形、细长杆压缩等，展开对于外力、变形、内力、应力、应变等基本力学参量的逐层介绍，进而深入理解各参量概念、物理意义、工程意义，并基于一定的强度、刚度、稳定性条件，通过对某些参量的计算，对工程结构或构件进行设计和校核。
1杆件轴向拉压变形案例
文中选取杆件基本的变形案例，采用ANSYS有限元数值模拟的方法，对变形的动态过程进行仿真。同时问题的理论解，以便于深入理解对力学基本概念、基本理论和计算方法。
2超静定杆变形案例
两个相距为1.5m刚性面之间有一根等截面杆，杆件材料的弹性模量E=210GPa，在距离左端0.6m和右端0.3m位置分别受到沿杆件轴向的集中力F1=5KN和F2=8KN。确定两刚性面对杆件的支反力R1和R2。
案例；同时，对于力学参量的分析也可以更加丰富和深入，比如对于应力、应变等力学参量的分布，对于结构的强度、刚度、稳定性进行讨论，以及通过有限元动态演示对于破坏方式的进行具体形象的认知。
如何将有限元数值模拟软件，以及更多的力学、数学、物理等多媒体软件，引入到力学课堂，并与传统教学方法有效配合、相互补充，帮助学生深入理解认知基本概念和基础知识，提升学生的学习热情，提高教学质量，有待于更多的教育工作者去探究、去践行。