机械行业中的力学应用分析

力学通俗的讲就是力和运动结合的科学，作为一种基础学科，力学在很多方面都有非常广泛的应用。力学的主要研究对象就是机械运动的物质宏观体现。力学这门学科的诞生时间非常早，和力学同时诞生的还有天文学以及微积分学，这些学科在我国的各个行业的发展过程中都有较为广泛地应用和促进。力学在一定程度上促进了我国很多行业的发展。文章阐述的机械领域就是由于有了力学的渗透才能够不断地发展以及创新。

1　简要叙述力学的主要内容

力学是一门独立的基础学科，主要研究能量和力以及它们与固体、液体及气体的平衡、变形或运动的关系，可粗分为静力学、运动学和动力学三部分。

力学的发展历史悠久，古希腊时代力学附属于自然哲学，后来成为物理学的一个大分支，1687年，牛顿三大定律的提出标志着力学作为一门独立的学科开始形成。此后，随着资本主义生产的发展，到18世纪末，以动力学和运动学为主要特征的经典力学日益完善。19世纪，大机器生产促进了力学在工程技术和应用方面的发展，推动了结构力学、弹性固体力学和流体力学等主要分支的建立。19世纪末，力学已是一门相当发展并自成体系的独立学科。

2　简要叙述力学在我国机械设计过程中的主要应用

文章主要从三个方面阐述以及分析力学在我国的机械设计过程中的主要应用。第一个方面是在机械设计过程中弹性力学的具体应用。第二个方面是在机械设计过程中断裂力学的主要应用。第三个方面是在机械设计过程中工程力学的主要应用。下面进行详细的分析以及阐述。

2.1　在机械设计过程中弹性力学的具体应用

在我国机械力学领域，弹性力学还有一个别称叫做弹性理论。弹性力学是我国固体力学的一个重要分支。弹性力学的研究对象是弹性体在外部压力的干扰下或者是在外部温度变化的情况下发生的一系列应力、位移以及变形，这样能够有效的满足机械设计领域中要求的结构强度以及相应的刚度问题。很多的机械在运行过程中都会存在三种状态。第一种状态是机械在运行的过程中运行速度较快；第二种状态是机械在运行过程中内部的承载力较大；第三种状态是机械在运行过程中容易发生弹性变形。上述的三种状态都会在一定程度上影响着机械系统的正常运行，因此我们在机械设计过程中一定要对机械设计的有关弹性的问题进行力学分析。在我国的机械设计中，对于力学中的弹性力学非常的重视。弹性力学在机械设计中的主要涉猎面有三个。第一个是机械设计中的凸轮结构的相关设计；第二个是机械设计中齿轮机构的相关设计；第三个是机械设计中的轴的相关设计。

在机械设计过程中的齿轮机构设计在应用弹性力学知识进行设计的过程中，渐开线的存在是机械设计齿轮曲线的一个非常大的优点，但是在设计的过程中能够有效的利用弹性力学进行相应的分析以及确认，这样能够很好地发现齿轮渐开线存在的设计缺陷。通过弹性力学的相关理论能够发现，这种缺陷主要体现在两个齿轮在相互啮合运行的过程中。赫兹公式表明在两个齿轮的外部条件相同的时候，如果我们要最先限度的降低两个齿轮的基础面的最大受力，就必须将两个齿轮的相交处的曲率半径变大。这样的要求对于齿轮的渐开线来讲存在困难。因为对于渐开线齿轮，想要增加两个齿轮的接触点之间的曲率半径，就必须要适当的将齿轮的外部轮廓变大，但是在实际的设计过程中，齿轮的渐开线曲率半径增大是非常有限的，因此我们在设计过程中很难对齿轮的外部尺寸进行加大，同时也不能有效的提升齿轮的外部承载力。力学中的弹性力学在轴设计过程中的应用也是非常广泛的。为了有效的保障轴的共振问题，在设计高速转动轴时，一定要应用弹性力学的相关理论或者公式来验算并且确定轴的直径大小以及相应的设计材质等。在设计汽轮机或者发动机主轴的过程中，其共振计算必须要应用弹性力学知识进行计算并且确定。

2.2　在机械设计过程中断裂力学的主要应用

力学中的断裂力学也是固体力学中的一个重要分支。断裂力学主要的研究对象有两个。第一个是机械结构的裂纹强度；第二个是机械结构的裂纹寿命。断裂力学是我们在机械设计中结构损伤设计的一个非常重要的理论。在机械设计过程中，断裂力学分为两种类别。第一种是弹性断裂力学；第二种是弹塑性断裂力学。弹性断裂力学主要是研究裂纹的尖端位置小范围的屈服设计；弹塑性断裂力学主要是研究裂纹的尖端位置大范围的屈服设计。在机械设计中，应用断裂力学分析能够有效地提升机械性能以及机械功效，更重要的是能够有效的防治机械设备出现毁灭性的断裂问题，这样能够有效的保障机械部件以及相关的机械设备运行可靠，稳定。我国现阶段在结构缺陷的评定以及处理过程中应用了断裂力学，起到了非常好的效果。例如我国现阶段在压力容器设备中应用了断裂力学能够有效的保障压力容器的使用和运行。在机械设计过程中，设计的可靠性设计通常是应用了概率断裂力学。概率断裂力学的应用有效的提升了我国机械设计的可靠性发展以及创新。在应用断裂力学的过程中，我们要正确合理地应用设计参量以及相应的余度分布来进行机械设计，通过上面两个参数的计算和校验能够在客观问题上反应机械设计的安全系数以及相应的常规设计问题。断裂力学为了更加有效地反应机械设计中的安全性，还能够应用应力二阶矩以及强度二阶矩，这样能够更加直观地对机械设计中的安全性能给予体现。断裂力学在机械设计过程中设备材质的选择问题上也有一定地应用。应用断裂力学的知识还能够对加工工艺进行改进，能够有效地节约劳动生产力，能够提升机械设备的生产效率以及对机械设备的运行失效进行判断。断裂力学能够对设备的断裂故障进行科学系统的分析和监测，能够最有效的找出设备的断裂位置以及相应的失效原因，这样能够有效的提升设备失效的维修。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0312/425.html