材料力學(xué)劉鴻文精選(九篇)

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第1篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；矢量；代數(shù)量；正負(fù)號

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）30-0210-02

工程力學(xué)是我校近機(jī)類如機(jī)械、汽車、軌道和航空等工科專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。分為工程力學(xué)一也就是理論力學(xué)[1]內(nèi)容以及工程力學(xué)二材料力學(xué)[2]內(nèi)容，分在兩個學(xué)期教學(xué)。在理論力學(xué)中一些重要的參數(shù)諸如力、速度以及加速度等都是矢量，求解時均列代數(shù)方程，是關(guān)于這些矢量在軸上投影的代數(shù)量。在材料力學(xué)中，其中重要的參數(shù)有三種內(nèi)力：軸力、扭矩和彎矩以及兩種應(yīng)力：正應(yīng)力和剪應(yīng)力等也都是代數(shù)量。但是，矢量投影的代數(shù)量正負(fù)號以及內(nèi)力、應(yīng)力的代數(shù)量正負(fù)號的規(guī)定是完全不同的，掌握它們的方法，是正確求解題目的前提。據(jù)此，本文對工程力學(xué)中參數(shù)的正負(fù)號問題進(jìn)行探討，對理論力學(xué)和材料力學(xué)的相關(guān)問題進(jìn)行比較，為學(xué)生的學(xué)習(xí)建立夯實(shí)的基礎(chǔ)。

一、理論力學(xué)中的參數(shù)

在理論力學(xué)教學(xué)中，靜力學(xué)中的力、空間力矩以及空間力偶，運(yùn)動學(xué)中的速度以及加速度均為矢量，為了方便求解，都是求矢量在軸上的投影，即代數(shù)量。如圖1所示，力在x軸上的投影X=Fcosα，顯然當(dāng)夾角小于九十度，投影為正；反之為負(fù)。力矩以及力偶在平面問題中，為代數(shù)量，規(guī)定了逆時針為正；相反順時針為負(fù)。其他矢量的投影的正負(fù)可以依次類推。由此可知：矢量在軸上投影的正負(fù)取決與矢量的方向以及建立的坐標(biāo)軸的方向的夾角。這樣我們在靜力學(xué)中列力在坐標(biāo)軸上的投影方程、運(yùn)動學(xué)中速度和加速度合成的投影的表達(dá)式就會迎刃而解。

二、材料力學(xué)中的力

內(nèi)力圖的繪制是材料力學(xué)中非常重要的基本知識，與理論力學(xué)不同，材料力學(xué)中內(nèi)力不再是矢量，不要求標(biāo)注矢量符號，它們?yōu)榇鷶?shù)量，有正有負(fù)。確定內(nèi)力的正負(fù)號是繪制內(nèi)力圖的根本問題，與矢量在坐標(biāo)軸上的投影的正負(fù)號有所不同。矢量的投影，一般向上的方向為正，則向下的方向為負(fù)；逆時針方向為正，則順時針方向為負(fù)。而材料力學(xué)中內(nèi)力正負(fù)號的規(guī)定比較特殊，與大家所熟知的思維有區(qū)別。通過以往的教學(xué)經(jīng)驗，學(xué)生在學(xué)習(xí)中很容易混淆，在教學(xué)時應(yīng)予以重視。當(dāng)學(xué)生一開始接觸這門課程，就要著重強(qiáng)調(diào)該知識點(diǎn)，把問題講清楚透徹，改變他們傳統(tǒng)的思維方式，為學(xué)生學(xué)習(xí)掃除障礙。材料力學(xué)是研究構(gòu)件在外力作用下變形、破壞或失效的規(guī)律，因此依據(jù)變形的效果來規(guī)定內(nèi)力的正負(fù)號。只要內(nèi)力產(chǎn)生的變形效果一致，則它們的正負(fù)號相同，這是材料力學(xué)所特有的。比如說拉伸，規(guī)定凡是產(chǎn)生拉伸變形的內(nèi)力為正、相反產(chǎn)生壓縮變形的內(nèi)力為負(fù)。當(dāng)然內(nèi)力是外力引起的，是一側(cè)所有外力的代數(shù)和確定，外力的正負(fù)與內(nèi)力的正負(fù)完全一致。如圖2所示，雖然桿件在兩端承受力P方向相反，扭矩m■、m■在軸的兩端旋轉(zhuǎn)方向相反，但是它們對桿件的變形效果是一致的，因此它們的正負(fù)號是相同的，教材上均假設(shè)為正，與此相反的情況，兩端的力或力矩均為負(fù)。彎曲中假設(shè)剪力F■左側(cè)向上右側(cè)向下和彎矩M左側(cè)順時針，右側(cè)逆時針，產(chǎn)生的變形來規(guī)定為正。但是在理論力學(xué)中，這些兩端的力或力矩的投影的正負(fù)是相反的，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易按照原來固有的思維方式來考慮就會出錯。

同樣在材料力學(xué)中由內(nèi)力產(chǎn)生的應(yīng)力也是代數(shù)量，與內(nèi)力類似。如圖3所示，單元體左右、上下面的正應(yīng)力和剪應(yīng)力雖然指向或方向是相反的，但是按照變形的效果規(guī)定拉伸的正應(yīng)力都是為正的，而順時針的剪應(yīng)力為正，逆時針的剪應(yīng)力為負(fù)。

三、結(jié)語

理論力學(xué)中矢量在坐標(biāo)軸上的投影其正負(fù)號與數(shù)學(xué)上的規(guī)定是一致的，只要矢量的方向或力矩的旋轉(zhuǎn)方向相反，理所當(dāng)然，投影的正負(fù)號也相反，學(xué)習(xí)時比較簡單。而到材料力學(xué)中，內(nèi)力和應(yīng)力的正負(fù)號規(guī)定比較特殊，與常規(guī)的思維不同，雖然在桿的兩端力和力矩的方向或旋轉(zhuǎn)方向相反，但是只要它們所產(chǎn)生的變形效果是一致的，那么它們同時為正或是同時為負(fù)。應(yīng)力類似，雖然在單元體相對的兩個面上方向相反，也同為正或同為負(fù)。只有有了清晰的概念和正確的思維方法，才能正確地求解問題。

參考文獻(xiàn)：

第2篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

關(guān)鍵詞：材料力學(xué) 教學(xué)思考 應(yīng)用型人才 材料類專業(yè)

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（c）-0236-01

材料類應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)，既不能沿襲傳統(tǒng)本科的教學(xué)模式，又不能只注重應(yīng)用而削弱理論基礎(chǔ)的教學(xué)。在人才培養(yǎng)的過程中，應(yīng)突出理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的相互滲透和融合，加強(qiáng)理論教學(xué)的應(yīng)用性部分，把應(yīng)用性環(huán)節(jié)滲透到理論教學(xué)全過程。培養(yǎng)具有寬厚的理論知識，突出的創(chuàng)新意識和應(yīng)用能力的材料專業(yè)本科生。

材料力學(xué)是材料類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其經(jīng)典理論在現(xiàn)代工程和科學(xué)技術(shù)中一直被廣泛使用。材料力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教材體系已相對成熟，在這個基礎(chǔ)上，面對材料類專業(yè)學(xué)生，在短學(xué)時的情況下，如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，如何做到理論聯(lián)系實(shí)際，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和應(yīng)用能力？我們就這些問題對該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等進(jìn)行了一定的思考和改革。

1 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)教學(xué)通常是按照桿件的四種基本變形：拉伸（壓縮）、剪切、扭轉(zhuǎn)和彎曲來組織的，而桿件的每一種基本變形又幾乎都按照“截面法求內(nèi)力，幾何變形關(guān)系，物理關(guān)系，靜力平衡關(guān)系，推導(dǎo)應(yīng)力公式”的流程進(jìn)行。這種按桿件的基本變形進(jìn)行組織的多重循環(huán)教學(xué)體系，耗費(fèi)學(xué)時，不適合短學(xué)時的教學(xué)安排；并且缺乏新意，學(xué)生容易學(xué)習(xí)疲勞，失去興趣。

如果把教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，直接從桿件組合受力的一般情況出發(fā)，按照結(jié)構(gòu)材料需滿足的三大基本要求，即強(qiáng)度要求、剛度要求和穩(wěn)定性要求，來安排課時。教學(xué)內(nèi)容可凝練為“內(nèi)力分析，應(yīng)力與強(qiáng)度計算，變形與剛度條件，壓桿穩(wěn)定性計算”這樣一個主線。把各種變形條件下的共性問題（如內(nèi)力、應(yīng)力、應(yīng)變等）集中討論，有利于節(jié)約課時，突出共性，強(qiáng)化概念。

2 改革教學(xué)方法

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是老師在上面講，學(xué)生在下面聽。眾所周知，理工科的課程性質(zhì)本身就比較嚴(yán)謹(jǐn)，注重理論性和邏輯性。而材料力學(xué)教學(xué)內(nèi)容中又包含很多公式推導(dǎo)、力學(xué)模型和數(shù)理方程等。如何讓材料力學(xué)課程具有生動性、有趣性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣？我們在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，如果能在教學(xué)過程中做到理論聯(lián)系實(shí)際，則學(xué)生有較高的學(xué)習(xí)熱情。比如，在講解梁的彎曲變形前，先讓學(xué)生觀察教室里的梁，給學(xué)生布置思考題，根據(jù)材料力學(xué)的知識討論梁為什么是豎方向比橫方向長，讓學(xué)生自己去尋找答案，而不是一味的老師講，學(xué)生聽。又比如，在講解壓桿穩(wěn)定的時候，可以先在課堂上做個小實(shí)驗，將一張薄紙片豎著放在桌上，則紙片很可能站不穩(wěn)；如果將紙片折一下，模擬角鋼的形狀，則發(fā)現(xiàn)紙片可以站穩(wěn)，并且在上面放一本作業(yè)本都沒問題；而如果把紙片卷成圓形，模擬圓形截面鋼，則紙片的承受能力更強(qiáng)了。用這個小實(shí)驗首先把學(xué)生的好奇心調(diào)動起來，然后再用材料力學(xué)的知識加以討論和解釋。這樣既激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，就加深了學(xué)生對知識的理解。

另外，在傳統(tǒng)的板書基礎(chǔ)上，輔以先進(jìn)的教學(xué)工具也是使課堂生動有趣的方法之一。比如多媒體的應(yīng)用。多媒體教學(xué)將文字、圖片、聲音和動畫融為一體，可以營造圖文并茂，有聲有色的課堂氣氛，一改傳統(tǒng)的枯燥、抽象的語言教學(xué)。并且多媒體教學(xué)可以節(jié)省板書時間，有助于提高授課效率，對于短學(xué)時教學(xué)尤為合適。如果能把板書教學(xué)和多媒體教學(xué)有機(jī)的結(jié)合，則會起到事半功倍的效果。

3 探索新的實(shí)驗項目

實(shí)驗教學(xué)是理論教學(xué)的一個重要補(bǔ)充，是學(xué)生加深對課堂教學(xué)知識的理解，培養(yǎng)動手能力的重要途徑。傳統(tǒng)的材料力學(xué)實(shí)驗主要以驗證性實(shí)驗為主，只要按照老師給的實(shí)驗步驟操作就能得到預(yù)期的實(shí)驗結(jié)果。這種只動手不動腦的實(shí)驗?zāi)Ｊ綗o法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不符合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。我們講這種實(shí)驗?zāi)Ｊ椒Q為被動式的實(shí)驗教學(xué)。如果將被動式的實(shí)驗教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿?、?chuàng)新式的實(shí)驗教學(xué)則不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。比如，4-5個學(xué)生一組，每組分配一個具體的小課題，開放實(shí)驗室，讓學(xué)生自己查文獻(xiàn)，設(shè)計實(shí)驗方案，完成實(shí)驗，寫結(jié)題報告。通過此類實(shí)驗，鍛煉學(xué)生主動的發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題的能力。

另外，充分利用學(xué)院的計算機(jī)實(shí)驗室可以開設(shè)一些材料力學(xué)的模擬實(shí)驗，比如ANASYS軟件在材料力學(xué)分析中的應(yīng)用等。計算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用已非常普及，由于計算機(jī)模擬實(shí)驗不需要昂貴的儀器和實(shí)驗耗材，因此具有低成本、易實(shí)施的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)我們證實(shí)，加入模擬實(shí)驗，也可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于進(jìn)一步掌握書本知識。

4 結(jié)語

隨著社會和科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的教學(xué)方式和教學(xué)體系已經(jīng)不能適應(yīng)時代的需要。根據(jù)特定的授課對象，我們將不斷的就材料力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和實(shí)驗項目等方面進(jìn)行探索和改革，以期培養(yǎng)出材料類專業(yè)方面具有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型本科人才。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鴻文，林建興，曹曼玲.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

第3篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

關(guān)鍵詞：銷釘 剪切力 強(qiáng)度校核

今年，廣西全面開展無證砂船整治工作，區(qū)內(nèi)存在許多鏈斗式撈砂船，這些撈砂船許多都是船主憑著以往的經(jīng)驗進(jìn)行建造的，所以加強(qiáng)這類船舶的船舶質(zhì)量、消除安全隱患，工作刻不容緩。據(jù)驗船師在檢驗中反映，這類撈砂船的鏈條連接處的銷的直徑選取，都是按以往的經(jīng)驗，沒有依據(jù)科學(xué)的方法進(jìn)行計算，但現(xiàn)有的規(guī)范對這方面的計算還是空白，為了讓這些船舶能納入規(guī)范管理，保障船舶以及船員的安全作業(yè)，對其進(jìn)行如下的分析和計算。

1.計算方法

1.1鏈斗式撈砂船的工作原理

鏈斗式撈砂船的工作方式主要是以一臺柴油機(jī)為主動力，首先柴油機(jī)動力輸出到齒輪箱，齒輪箱通過皮帶的傳動到二層甲板的齒輪箱，然后二層甲板的齒輪箱通過皮帶輸出到頂層甲板的齒輪箱，齒輪箱最后通過與五角頭對砂鏈進(jìn)行帶動，然后裝有鏈放入水中進(jìn)行滾動式撈砂，鏈斗工作的時候與垂直方向有一定的角度，工作角度在30度至45度之間，這樣就完成鏈斗式撈砂船工作過程。

2.實(shí)例計算

銷所用的材料是#45鋼，許用擠壓應(yīng)力為σ=128Mpa，實(shí)際中銷的一般長度l=0.03m，所受到的擠壓力與直徑之間的關(guān)系為：σ=F/Abs=F×1/3×l×D，D=0.048 m。

由以上的計算分析可知，要想銷的強(qiáng)度滿足要求，銷的直徑至少應(yīng)該大于0.054m，實(shí)際船舶中所采用的銷的直徑基本在0.08m以上，所以日常所采用的銷是滿足強(qiáng)度要求的。

3.結(jié)語

本文主要是對鏈斗的銷釘直徑所進(jìn)行的粗略計算，由于考慮船舶工作狀態(tài)是一個勻速運(yùn)轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)，并且砂斗的自重，以及每個砂斗所采上來的砂石和水都是均勻分布的，主機(jī)傳遞的扭矩和齒輪箱傳動效率等情況都考慮在其中了，其計算結(jié)果與實(shí)際中所選取的銷的直徑比較吻合，計算的方法供以后的船廠建造以及船上的工作人員對銷的損耗情況參考，提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

第4篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

關(guān)鍵詞 材料力學(xué)；構(gòu)件；疲勞強(qiáng)度；物理措施

構(gòu)件，一般使用于機(jī)械加工與制造、運(yùn)輸與結(jié)構(gòu)框架、橋梁與樓房建設(shè)、支承與生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)設(shè)施、基本的農(nóng)機(jī)具的底盤與結(jié)構(gòu)載體等，因此，加強(qiáng)對構(gòu)件疲勞強(qiáng)度的研究，特別是物理方面的技術(shù)研究，不僅能夠提高使用壽命，最大限度發(fā)揮構(gòu)件應(yīng)有的力學(xué)作用，重要的是能夠提高生產(chǎn)、建設(shè)質(zhì)量，加大安全性能保障，提高產(chǎn)品質(zhì)量檔次，對于創(chuàng)建自主品牌、建設(shè)和諧和節(jié)約型社會都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 要合理設(shè)計構(gòu)件的形狀，滿足應(yīng)力需求

根據(jù)物理力學(xué)原理可知，構(gòu)件的疲勞破壞總是從構(gòu)件中應(yīng)力最大處的材料產(chǎn)生疲勞裂紋開始的。在一般情況下，構(gòu)件應(yīng)力最大處都在構(gòu)件橫截面的最外邊緣處，或在有應(yīng)力集中的地方。因此，要合理設(shè)計構(gòu)件的形狀，盡量避免在構(gòu)件上開出方形或帶尖角的孔槽，設(shè)法避免構(gòu)件外形的急劇改變，盡可能地使其改變有一緩沖和過渡，從而降低其應(yīng)力集中系數(shù)。

眾所周知，由于結(jié)構(gòu)和工藝的要求，大部分機(jī)械零件的形狀都有變化，如零件上有螺紋、鍵槽、軸肩等，雖然這些都是零件必需的，但如果處理不當(dāng)，勢必在截面變化處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象或者引起應(yīng)力集中錯位，增大疲勞產(chǎn)生區(qū)域。這常常是構(gòu)件疲勞裂紋發(fā)生的根源。因此，有應(yīng)力集中的構(gòu)件，其持久極限比同尺寸的光滑試件應(yīng)有所降低。

根據(jù)物理力學(xué)原理，在構(gòu)件對稱循環(huán)下，應(yīng)力集中對持久極限的影響，一般可用有效應(yīng)力系數(shù)Kτ表示其降低程度，有理論研究表明，鋼制階梯軸，在彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉壓對稱循環(huán)時，有效應(yīng)力集中系數(shù)是不同的，而且差距較大，因此在設(shè)計時應(yīng)充分考慮應(yīng)力系數(shù)，從應(yīng)力系數(shù)和構(gòu)件的外在形狀出發(fā)，對在軸上存有螺紋、鍵槽、?？讜r，有效應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)合理選擇。

構(gòu)件的形狀與大小直接影響到應(yīng)力的集中，設(shè)計時要合理注意外在表現(xiàn)，即形狀的大小設(shè)計，對于組合式的構(gòu)件，電動機(jī)、曲軸、連接拉桿等，要全面考慮其應(yīng)力集中，合理選擇材料及構(gòu)件，以保障組合構(gòu)件能夠正常工作。

2 降低構(gòu)件表面粗糙度，減小表面應(yīng)力集中影響

物理力學(xué)原理指出，構(gòu)件的表面越精細(xì)，其應(yīng)力集中的指向越趨向于平滑；反之，構(gòu)件表面越粗糙，其應(yīng)力集中就越明顯，造成構(gòu)件疲勞的機(jī)會就越大。因此，減小在構(gòu)件表面上因加工時刀具切削傷痕所造成的應(yīng)力集中的影響，可大大提高構(gòu)件的持久極限。

通過學(xué)習(xí)物理的材料力學(xué)可知，疲勞破壞一般起源于構(gòu)件的表面，因此，構(gòu)件表面的刀紋、傷痕等都會引起應(yīng)力集中，從而降低持久極限，降低的程度可用表面質(zhì)量系數(shù)β表示，即：

要達(dá)到其表面光滑，需要做好以下幾點(diǎn)：

1）盡量選取高質(zhì)量的加工刀具，如數(shù)控機(jī)床、磨床、銑床等，以提高其構(gòu)件的加工精度，確保表面光滑、美觀；

2）選取優(yōu)質(zhì)鋼材，針對不同的加工構(gòu)件，設(shè)計定型的加工刀具和模具，以保障機(jī)械零部件在進(jìn)行表面處理前達(dá)到技術(shù)要求；

3）對于硬鋁、鎂合金等某些有色金屬，即使應(yīng)力循環(huán)的最大應(yīng)力值十分低，經(jīng)一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后也會斷裂，既要考慮加工構(gòu)件的外形，更應(yīng)注意其加工技術(shù)，保證一次成功，不能過度強(qiáng)調(diào)光滑與彎曲度。

3 強(qiáng)化構(gòu)件表面工藝處理，提高抗疲勞能力

除形狀、尺寸、表面對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度造成影響外，從力學(xué)的角度講，高溫、腐蝕介質(zhì)的作用、表面噴漆工藝處理等都對持久極限產(chǎn)生影響。因此，在做好合理設(shè)計、精心加工的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)對構(gòu)件表面工藝的處理，突出做好以下幾點(diǎn)。

控制好加工溫度 構(gòu)件在加工過程中，除模具加工時需要高溫定型外，整形、彎曲、扭轉(zhuǎn)等制造的中間環(huán)節(jié)，也需要高溫處理，二次高溫處理是造成構(gòu)件疲勞度的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。因此，要使用計算機(jī)等先進(jìn)控溫手段，保障處理與加工過程做到優(yōu)質(zhì)控溫，高效生產(chǎn)，保障質(zhì)量。

選取優(yōu)質(zhì)無公害腐蝕介質(zhì)方法和產(chǎn)品 構(gòu)件的加工是一個復(fù)雜的再生產(chǎn)過程，除工人師傅的技術(shù)外，還要注意研究腐蝕介質(zhì)的品種、質(zhì)量，做好選取優(yōu)質(zhì)、無公害腐蝕液，一是能夠保障構(gòu)件外表面無公害，二是對使用者做到無公害，三是為環(huán)保做貢獻(xiàn)。實(shí)驗證明，構(gòu)件材料本身腐蝕質(zhì)量的高低，直接影響到機(jī)械零部件的抗疲勞度，所以說選取高環(huán)保、低成本、綠色腐蝕產(chǎn)品，至關(guān)重要。

做好噴漆工藝處理 實(shí)踐證明，采用靜電噴漆、電子噴漆、微電腦控制噴漆新技術(shù)，選取優(yōu)質(zhì)油漆，都能有效地削除構(gòu)件疲勞度，延緩構(gòu)件的受損和腐蝕，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

另外，精心設(shè)計運(yùn)輸包裝，避免造成二次傷害，也能大大提高構(gòu)件抗疲勞程度。

4 突出材料內(nèi)涵，研發(fā)優(yōu)質(zhì)鋼材

解決材料的疲勞強(qiáng)度問題，實(shí)際上是研究材料的力學(xué)性能，表現(xiàn)在材料自身條件上重要的是材料的質(zhì)量，也就是材料的內(nèi)涵。因此，研發(fā)優(yōu)質(zhì)材料、加工優(yōu)質(zhì)構(gòu)件是材料力學(xué)乃至理論物理研究的重大課題之一。

計劃經(jīng)濟(jì)時期，我國構(gòu)件使用的材料，一般集中在碳素鋼、低合金鋼、碳素鑄鋼、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、灰鑄鐵等幾種。進(jìn)入21世紀(jì)以來，新型鋼材層出不窮，不僅填補(bǔ)了我國鋼鐵工業(yè)的空白，重要的對于提高構(gòu)件的抗疲勞度，強(qiáng)化應(yīng)力集中表現(xiàn)，起到積極的作用。隨著我國特殊鋼生產(chǎn)工藝技術(shù)裝備水平的提高，產(chǎn)品將向特、精、高的方向發(fā)展，鋼材價值量的增長將明顯高于數(shù)量增長。用冷鐓加工方法制造的緊固件、特殊連接件（螺栓、螺母、螺釘、鉚釘?shù)龋┯玫匿摲Q為冷鐓鋼，主要生產(chǎn)汽車用標(biāo)準(zhǔn)件。冷鐓鋼占汽車用優(yōu)質(zhì)鋼材總量的7%～12%，2007年達(dá)到和超過了850萬噸，成為我國主導(dǎo)鋼材產(chǎn)品之一。

冷鐓是在常溫下利用金屬塑性成型的，冷鐓工藝對原材料的質(zhì)量要求較高。采用冷鐓工藝制造緊固件，不但效率高，質(zhì)量好，而且用料省、成本低。緊固件及冷沖壓件是冷鐓成型工藝生產(chǎn)的，在冷鐓成型工藝過程中，每個零件的變形量很大（60%～85%），而且大多數(shù)是一次成型，因此要求冷鐓鋼具有很高的塑性，在冷鐓變形中變形抗力小，不產(chǎn)生裂紋、裂縫等缺陷，加工硬化率低。同時要求冷鐓鋼材具有高的表面質(zhì)量。

冷鐓性能是冷鐓鋼的重要性能之一，是冷鐓鋼應(yīng)具備的主要性能；對于冷鐓鋼變形要具有盡可能小的阻力和盡可能高的變形能力。為此，一般要求冷鐓鋼的屈強(qiáng)比為0.5～0.65，斷面收縮率大于50%。此外，為避免在冷鐓時表面開裂，要求鋼材表面質(zhì)量良好，同時鋼材的表面脫碳要盡可能小。

進(jìn)入21世紀(jì)后，緊固件行業(yè)大量使用的冷鐓鋼，不僅品種全，而且品質(zhì)優(yōu)、性能好。有調(diào)質(zhì)型合金鋼、低溫回火型合金結(jié)構(gòu)鋼、低碳低合金高強(qiáng)度鋼、鐵素體-馬氏體雙相鋼等，具有代表性的典型牌號有ML20MnVB、ML40Cr、ML35CrMo、ML20、ML35、ML35Mn、SWRCH10A、SWRCH35K、10B21、15B25、SAE1018、SAE4140等，大大增強(qiáng)了構(gòu)件的抗疲勞度，為理論物理研究工作者提供了廣闊的學(xué)習(xí)、研究天地。

參考文獻(xiàn)

第5篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

采用理論和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，建立在采動影響下含斷層頂板的力學(xué)模型，根據(jù)工作面推進(jìn)方向與斷層傾角間的相互關(guān)系，將斷層分為正向斷層和反向斷層兩類，分析在工作面推進(jìn)過程中巖體的應(yīng)力、變形和斷層處的受力以及含斷層頂板的初次破斷和周期破斷的問題。對于含斷層頂板的礦壓顯現(xiàn)，運(yùn)用梁理論和數(shù)值分析，對工作面過斷層進(jìn)行力學(xué)受力分析，推導(dǎo)破斷距表達(dá)式，分析斷層面的受力情況及破壞方式。

關(guān)鍵詞：

數(shù)值分析；正向斷層；逆向斷層；初次破斷；周期破斷

中圖分類號：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/ki.16723198.2016.10.091

1 問題描述

工作面過斷層是礦壓顯現(xiàn)最敏感的階段。建立力學(xué)模型并進(jìn)行解析分析，可以使我們獲得一些比較規(guī)律性的結(jié)果，這利于我們在一個較大的范圍內(nèi)對斷層周圍的巖體中的應(yīng)力位移響應(yīng)獲得初步了解，從而幫助我們進(jìn)行仿真分析和現(xiàn)場勘測。斷層影響下的頂板力學(xué)模型如圖1。

關(guān)于含斷層的頂板的力學(xué)建模，其中比較重要的一點(diǎn)是判定開采方向與斷層傾向是否一致。開采方向與斷層傾角是否一致將形成完全不同的礦壓顯現(xiàn)和失穩(wěn)方式。本文把開采推進(jìn)方向與斷層傾角小于90°的斷層稱之為正向斷層，把開采推進(jìn)方向與斷層傾角大于90°的斷層稱之為反向斷層，在此僅研究正向斷層問題。

2 正向斷層的礦壓顯現(xiàn)

在考慮破斷距的情況下，可以忽略斷層處幾何形狀的影響，而直接以相應(yīng)的約束或作用力F、P1、P2為載荷集度，P1代表上覆巖層對頂板的作用力，P2代表煤層對于頂板的作用力。量綱：力/長度。a為對梁有作用力時的煤壁長度，采空區(qū)和煤壁的總長度為l。

2.1 初次破斷

由于斷層的存在，頂板已經(jīng)“斷”了，含斷層頂板的初次破斷可以看作一個懸臂梁。當(dāng)不考慮煤層的彈性基礎(chǔ)作用代以相應(yīng)的作用力時，則模型可以簡化為圖2。

其中σ（x）為該處巖層最下方的應(yīng)力。

假設(shè)l=50m，a=20m，巖層高度h=1m，P1=25000N/m， P2=42000N/m，F(xiàn)=40000N/m。用CAD做出彎矩、應(yīng)力變化曲線，如圖3、圖4。可以看出彎矩M（x）、應(yīng)力σ（x）隨x呈二次曲線變化。計算可得最大彎矩發(fā)生在梁的中段部分，大約在17.5m值為最大；但是當(dāng)工作面推進(jìn)至斷層下方時，最大彎矩將發(fā)生在懸臂端。

2.2 周期破斷

初次斷裂以后，左端的固定端約束改變?yōu)橹С屑s束。不考慮煤層的彈性基礎(chǔ)作用而代以相應(yīng)的作用力，模型可以簡化如圖5模式。

根據(jù)正斷層的幾何形狀和受力情況，正斷層周期破裂時可以分為破斷和回轉(zhuǎn)兩種形式，此處不再詳細(xì)講解。

2.3 斷層處力學(xué)分析

3 結(jié)論

正向斷層的初次破斷，可以模擬成懸臂梁模型。當(dāng)存在煤支撐作用時，最大彎矩面（破斷面）發(fā)生在梁的中部。而當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層下方時，煤體的支撐作用消失，破斷將會發(fā)生在梁懸臂端。正向斷層的周期破斷，可以模擬成簡支梁模型，當(dāng)存在煤支撐作用時，最大彎矩面（破斷面）仍發(fā)生在梁的中部，而當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層下方時，由于煤壁的破壞，將會導(dǎo)致頂板發(fā)生回轉(zhuǎn)失穩(wěn)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐芝綸.彈性力學(xué)簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2002.

[2]劉鴻文.材料力學(xué)[M].第四版.北京：高等教育出版社，2003.

[3]錢鳴高，劉聽成.礦山壓力及其控制[M]. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1984.

第6篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

【關(guān)鍵詞】工程力學(xué) 課程教學(xué) 教學(xué)改革

【中圖分類號】G423.07 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）7-0067-01

職業(yè)技術(shù)學(xué)校院校是現(xiàn)代大學(xué)適應(yīng)于市場經(jīng)濟(jì)的需要而產(chǎn)生的，以培養(yǎng)高素質(zhì)的工程應(yīng)用型技術(shù)人才為主[1]。這就對學(xué)生的專業(yè)知識培養(yǎng)和專業(yè)素質(zhì)訓(xùn)練等提出了相應(yīng)的要求。為了適應(yīng)新的形勢，我們以培養(yǎng)學(xué)生的能力為根本，強(qiáng)化突出理論學(xué)習(xí)能力、社會實(shí)踐能力、技術(shù)應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，以培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目的，對工程力學(xué)課程的教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法展開深入的研究。對于機(jī)械類專業(yè)學(xué)生來說，工程力學(xué)是一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它是從基礎(chǔ)課過渡到專業(yè)課的一個橋梁，但是在筆者近年來的教學(xué)實(shí)踐過程中，卻發(fā)現(xiàn)存在一些問題。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀概述

（一）教學(xué)方式太過單一

在工程力學(xué)中更大量的是一些方程的列寫和相關(guān)公司的推導(dǎo)，這些內(nèi)容如果僅僅依靠多媒體播放，大量的公式一帶而過，學(xué)生如走馬觀花一樣，表面上學(xué)了更大量的知識，其實(shí)并沒有多少能夠深入心中。公式是計算與實(shí)踐中必備的知識基礎(chǔ)，其不僅需要理解，更需要不斷的在計算中應(yīng)用與記憶。如果這些內(nèi)容采用板書教學(xué)，在黑板上一筆一筆的推導(dǎo)，必然會給學(xué)生留下深刻的影響，對相關(guān)公式定理的應(yīng)用也會有更深刻的認(rèn)識，學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)也會有一定的提高。不過如果僅僅建立在多媒體與板書的教學(xué)方式仍然是單一的，需要更為豐富及適合學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的教法探索與補(bǔ)充。

（二）教材設(shè)置缺乏實(shí)踐型

工程力學(xué)包括理論力學(xué)和材料力學(xué)，其自身的嚴(yán)密體系決定了這門課是偏重理論推導(dǎo)的[2]。現(xiàn)在通行的大多數(shù)教材中所載內(nèi)容與工程實(shí)踐聯(lián)系較少。工程力學(xué)中一些要重點(diǎn)掌握的內(nèi)容往往在后續(xù)的諸如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計中用到得很少；而一些相對要求較低的知識點(diǎn)在后續(xù)課程中反而用得比較多。最終導(dǎo)致機(jī)械類學(xué)生的知識脫節(jié)，工程力學(xué)也就僅僅成了學(xué)生獲得學(xué)分的一個工具，并沒有為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供全面的、實(shí)用的基礎(chǔ)知識。

二、教改制度下工程力學(xué)課程模式改革

（一）教學(xué)模式改革

現(xiàn)在的課堂教學(xué)模式是典型的“以教師為中心”的模式[3]。這種模式有必要針對工程力學(xué)課程進(jìn)行優(yōu)化的教學(xué)設(shè)計，努力實(shí)現(xiàn)介于“以教師為中心”和“以學(xué)生為中心”兩者之間的教學(xué)模式，既發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，又充分體現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)知主體作用，并探索與之相適應(yīng)的教學(xué)組織形式、教學(xué)活動形式、教學(xué)管理方式和教學(xué)環(huán)境等的建立。根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容的不同要求，在基本保留課堂教學(xué)環(huán)境的同時，創(chuàng)設(shè)多元化的軟、硬件教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生能夠利用以計算機(jī)技術(shù)為核心的現(xiàn)代教育技術(shù)，通過學(xué)生、教師和媒體三者的交互去主動地發(fā)現(xiàn)、探索和思考，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和認(rèn)知能力。采用新型教學(xué)模式，能夠大大地提高教學(xué)效果。

（二）教學(xué)內(nèi)容改革

現(xiàn)在的教學(xué)內(nèi)容基本上按照教材上的內(nèi)容來講授，增加部分不多。課堂練習(xí)和討論部分太少，調(diào)動不起學(xué)生的積極性。所以有必要采取一些措施優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能夠系統(tǒng)地學(xué)到全面的、實(shí)用的工程力學(xué)知識。為了拓寬學(xué)生的思路和運(yùn)用理論解決工程實(shí)際問題的能力，在教學(xué)內(nèi)容上，對傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容精選的同時，注重基本概念、基本原理和基本方法的更新，加強(qiáng)對學(xué)科的新發(fā)展、新的計算工具與計算方法、新概念、新理論及新實(shí)驗的介紹，并注意選編一些與工程實(shí)際相關(guān)的問題，以例題和習(xí)題的形式反映到教學(xué)過程當(dāng)中。授課教師應(yīng)該在重視理論推導(dǎo)的同時多舉一些工程實(shí)例，同時應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整教材內(nèi)容，調(diào)整教材中的重點(diǎn)難點(diǎn)，使本課程與機(jī)械類專業(yè)后續(xù)課程不在脫節(jié)。

（三）教學(xué)方法改革

在工程力學(xué)教學(xué)中，改革傳統(tǒng)的教學(xué)方法及教學(xué)手段[4]。工程力學(xué)屬于邏輯性較強(qiáng)的課程，我們采用分析講解與啟發(fā)誘導(dǎo)相結(jié)合的教學(xué)方法。對于職業(yè)技術(shù)學(xué)校大學(xué)生的學(xué)習(xí)，主要是理解掌握并能將知識運(yùn)用到工程實(shí)際當(dāng)中去，但不能追求高難度、太深奧。一方面，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的主次輕重，將難度較高的復(fù)雜內(nèi)容分解為較易的學(xué)習(xí)單元，逐步啟發(fā)學(xué)生，引導(dǎo)探究，層層深入，適應(yīng)學(xué)生的理解能力。另一方面，改變傳統(tǒng)的單純灌輸式教學(xué)方法，以教師為主導(dǎo)，學(xué)生作為主體，增加學(xué)生與教師的雙邊活動，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性。現(xiàn)在的課堂教學(xué)手段是一些教師采用全部寫到黑板上，另一些教師采用全部用多媒體，這樣都不是很好。多媒體教學(xué)作為現(xiàn)代教學(xué)手段被廣泛采用，交互式多媒體課件的合理運(yùn)用，可以大大提高教學(xué)效果和效率。在課堂教學(xué)中，多媒體手段與其他常規(guī)教學(xué)手段應(yīng)該是相互補(bǔ)充而不是相互排斥的，并非多媒體教學(xué)采用得越多越好。

三、結(jié)束語

工程力學(xué)是一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，對學(xué)生的邏輯思維、分析能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)至關(guān)重要[5]。工程力學(xué)課程中含有許多抽象的力學(xué)概念和公式，相當(dāng)數(shù)量的課后作業(yè)以及大量的工程實(shí)例。學(xué)生普遍反映該課程比較枯燥、難學(xué)。針對這些問題，出現(xiàn)了一些工程力學(xué)多媒體教學(xué)軟件，但目前這些軟件絕大多數(shù)都是以教師為主體的，很少涉及以學(xué)生為主體或介于“以教師為中心”和“以學(xué)生為中心”兩者之間教學(xué)模式的教學(xué)軟件。另外，雙語教學(xué)開展很有必要。為此，我們結(jié)合工程力學(xué)課程組在最近幾年的教學(xué)工作經(jīng)驗中，對新世紀(jì)工程力學(xué)課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]范欽珊.工程力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研組.理論力學(xué).6版[M].北京：高等教育出版社，2002.

[3]劉鴻文.材料力學(xué)（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

第7篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

關(guān)鍵詞：大型船舶；干塢；塢墩；壓載水；有限元法；受力

Analysis on Stress of Docking Blocks after Filling Ballast Water into BWT/COT of Ship by FEA Method

HE Gunagwei, XUE Lin

( CSSC Guangzhou Longxue Shipbuilding Co;Ltd. Guangzhou 511462 )

Abstract: Generally, enough ballast water will be pumped into BWT/COT before ship launches to adjust ship’s floating condition. However, a great deal of ballast water will be needed for large ships to adjust floating condition. So it is very import to study the stress of docking blocks in dock after filling ballast water. This paper carries out mathematical simulation by FEA method to realize precise stress analysis of the docking blocks.

Key words: Large ship; Docking; Docking blocks; Ballast water; FEA; Stress

1 前言

本文通過有限元計算在干塢壓載狀態(tài)下，船體以及塢墩的受力情況，并校核船體結(jié)構(gòu)的局部強(qiáng)度以及塢墩的安全性；得出一個以有限元計算為手段的船舶出塢、坐墩受力計算的一般方法。同時，研究在船舶研發(fā)工作中，結(jié)合船舶建造、營運(yùn)時船舶坐墩的需要的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，并為建造中的布墩提供指導(dǎo)建議。

2 308 000 DWT VLCC干塢狀態(tài)注入壓載水塢墩受力情況

2.1 有限元模型

有限元建模、分析軟件使用DNV船級社patran-pre和sesam; 對NO.2貨艙及壓載艙區(qū)域進(jìn)行有限元建模，考慮到結(jié)構(gòu)及載荷的對稱性，有限元建模范圍為該區(qū)域的1/4; 船體結(jié)構(gòu)邊界條件為：前端和后端約束其X向平動，縱剖面處約束其Y方向平動，墩木約束其Z向平動；墩木所受載荷為船體結(jié)構(gòu)及壓載水對其產(chǎn)生的靜壓力，見圖1。

2.2 分析方法

給NO.2 COT(P\C\S)各注入壓載水6 000、8 000、6 000 t壓載水，此時各艙的液位高度分別為8.15 m、7.14 m、8.15 m，對墩木的受力狀況進(jìn)行分析。

2.3 分析結(jié)果

貨油艙注入壓載水時塢墩及結(jié)構(gòu)受力情況，此時結(jié)構(gòu)的受力大小為41 MPa,塢墩受到的最大支反力大小為226 t，結(jié)構(gòu)最大變形為2.1 mm，產(chǎn)生在外底與塢墩接觸位置，見圖2。

3 82 000 DWT散貨船干塢狀態(tài)注入壓載水塢墩受力情況

3.1 布墩與與干塢壓載方案

見圖3、圖4。

3.2 有限元模型

見圖5。

3.3 計算工況

工況1，坐墩不加壓載水；

工況2，坐墩加壓載水：第2第3壓載艙滿，第1壓載艙半艙。

3.4 計算結(jié)果及分析

見圖6、圖7、圖8。

墩木受力不均勻性計算每個墩木受力與平均受力比值，以反映墩木受力的不均勻性的程度，分別見表1、表2。

4 結(jié)論

1）對308 000 DWT VLCC, 船舶在干塢狀態(tài)下將壓載水打入貨油艙塢墩受力為226 t，對塢墩進(jìn)行承壓試驗，塢墩在壓力加到260 t時，水泥墩表面正常，沒有出現(xiàn)新裂紋，故此時塢墩受力安全。

2）對82 000 DWT散貨船。

① 塢墩布置滿足塢內(nèi)打壓載水的承重要求；

② 墩木的受力是不均勻的，最大的承重能達(dá)到平均承重的2.7倍；

③ 通過本計算案例，可以知道塢墩的受力并不均勻，按照平均受力法的計算辦法布置塢墩時應(yīng)該考慮一個不小于2.5倍的安全系數(shù)，如果不能達(dá)到該安全系數(shù)時，應(yīng)該開展有限元直接計算分析，以確認(rèn)安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鴻文. 材料力學(xué)[M]. 高等教育出版社.2004.1

[2] 鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（第七分冊）[M]. 人民交通出版社, 2009, 8

第8篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

長城汽車股份有限公司技術(shù)中心；河北省汽車工程技術(shù)研究中心河北保定071000

摘要：某款車型在路試試驗過程中控制臂發(fā)生斷裂，通過對故障件電鏡分析、化學(xué)元素分析及板材力學(xué)性能分析，確定控制臂制造缺陷造成疲勞斷裂。

關(guān)鍵詞 ：疲勞斷裂；斷裂；制造缺陷；斷口分析

在經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，不少人已經(jīng)有了自己的愛車，我們在享受它給我們帶來便利的同時，也不得不面對它給我們帶來的一系列問題。比如，行車異響、漏油、斷裂，NVH 等這通常是典型的制造過程中的缺陷所引起，而最終引起顧客的抱怨和汽車市場上的負(fù)面影響；下面我們介紹一種汽車上的控制臂由于制造過程中的缺陷導(dǎo)致的失效，而進(jìn)行的具體原因分析和過程控制整改的經(jīng)驗。控制臂一側(cè)通過螺紋連接與副車架或車架連接，另一側(cè)通過球銷連接，承受著簧上質(zhì)量及來自路面的沖擊。同時控制臂控制著車輪的行駛軌跡及運(yùn)動姿態(tài)，為整車關(guān)鍵零部件，失效后整車行駛過程中操穩(wěn)性下降，行車異響，甚至無法控制車輪按照駕駛?cè)藛T意愿行駛，造成交通事故。

針對某款車型控制臂斷裂分析如下：

1 化學(xué)元素分析

從失效件本體上取樣進(jìn)行化學(xué)元素分析，分析結(jié)果見表1，根據(jù)分析結(jié)果可知，控制臂所用材料化學(xué)元素滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 力學(xué)性能分析

由于擺臂結(jié)構(gòu)導(dǎo)致無法在失效件本體上取樣進(jìn)行拉伸試驗，在與失效件同批次板材上取樣，進(jìn)行拉伸試驗，試驗結(jié)果見表2，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可知，板材性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 斷口宏觀分析

通過宏觀斷口（如圖1）觀察發(fā)現(xiàn)，部分?jǐn)嗫诖嬖阡P蝕，且兩端斷面及孔斷面較為平齊，其他部分?jǐn)嗝娉矢叩筒黄降那?，其中擺臂直邊部位的斷裂曲面成45毅方向，主要受到彎曲與上下跳動的剪切力產(chǎn)生，此位置為控制臂斷裂的源區(qū)，仔細(xì)觀察源區(qū)可以發(fā)現(xiàn)，控制臂翻邊根部已有裂紋存在(如圖2），并與斷口垂直，從裂紋發(fā)展的規(guī)律可以知道，次裂紋先于斷裂形成，為成型時產(chǎn)生。

4 斷口微觀分析

斷裂源區(qū)的微觀形貌如圖3、圖4 所示，可以看到源區(qū)較為平坦，有疲勞輝紋，圖5 為裂紋擴(kuò)展區(qū)形貌。由于擺臂在運(yùn)動時受到拉力、壓力、剪切力，彎曲扭轉(zhuǎn)等，受力較復(fù)雜，裂紋擴(kuò)展也較為復(fù)雜，圖6 為裂紋以扭轉(zhuǎn)的形式形成的斷口形貌，斷面存在輕微腐蝕，裂紋以穿晶形式發(fā)展，原始裂紋內(nèi)充滿疑似電泳液物體，材料內(nèi)存在針孔。

5 金相分析

在斷裂源區(qū)橫截面制成金相試樣在顯微鏡下觀察，軸套安裝孔根部及控制臂翻邊根部均存在裂紋，基體組織為鐵素體及少量珠光體，孔根部角度接近直角，翻邊的根部出現(xiàn)褶皺，且材料存在較多的球狀類氧化物夾雜與針孔。

6 分析結(jié)論

材料化學(xué)元素及力學(xué)性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但從金相分析結(jié)果可以看出，材料的夾雜物嚴(yán)重，且存在針孔，對板材的性能勢必會產(chǎn)生影響。由于控制臂軸套安裝孔根部及控制臂翻邊根部接近90毅，成型時此處過度變形而形成裂紋，導(dǎo)致此位置應(yīng)力集中，汽車行駛過程中，控制臂產(chǎn)生的應(yīng)力值超過了材料本身的許用應(yīng)力，在長期的載荷作用下，裂紋沿控制臂原始裂紋擴(kuò)展，直至控制臂發(fā)生疲勞斷裂。

7 經(jīng)驗總結(jié)

汽車上的任何一個零部件的失效問題都會給整車的品質(zhì)和市場上的顧客帶來負(fù)面的影響，因此需要我們在產(chǎn)品設(shè)計和制作過程中的工藝規(guī)劃，一定要以整車高品質(zhì)為目的的造車?yán)砟?，去生產(chǎn)和制造每一個產(chǎn)品，才能更好的把握市場；因此通過分析以上控制臂的斷裂失效，總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗進(jìn)行分享：淤造成控制臂斷裂的主要原因為其本身存在制造缺陷，導(dǎo)致缺陷位置應(yīng)力集中，所以需要加大缺陷位置的R 角，不但可以消除缺陷，還可以降低產(chǎn)品本身的應(yīng)力值。于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上增加斷面的截面面積，增加產(chǎn)品的強(qiáng)度。盂加強(qiáng)原材料的檢驗與庫存防護(hù)要求，提高板材的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1992.

第9篇：材料力學(xué)劉鴻文范文

關(guān)鍵詞 ：Inventor ANSYS 重型滾筒 軸承座 有限元分析

1.引言

軸承座作為滾筒的重要組成部分，主要是用來支撐滾筒軸和載荷的傳遞，這就要求軸承座必須具備良好的力學(xué)性能和制造工藝的經(jīng)濟(jì)性。近年來，由于輸送機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，與之相應(yīng)的非標(biāo)重型滾筒軸承座的種類越來越多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，在使用過程中對強(qiáng)度和剛度要求越來越高。本文的主要任務(wù)是對重型滾筒軸承座進(jìn)行應(yīng)力分析和剛度分析，通過對軸承座的應(yīng)力分析，得到相應(yīng)的應(yīng)力分布圖，并且找到軸承座應(yīng)力最薄弱的區(qū)域，從而對軸承座優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。

目前國內(nèi)做有限元分析主要是運(yùn)用ANSYS軟件，Autodesk Inventor Professional軟件提供的有限元分析模塊式調(diào)用了ANSYS軟件的網(wǎng)格劃分和數(shù)字計算的內(nèi)核技術(shù)。這個集成在Inventor中的有限元分析模塊（Stress Analysis），可以在機(jī)械零件、鋼結(jié)構(gòu)或者鈑金環(huán)境中使用，添加工況、計算應(yīng)力應(yīng)變、估算安全系數(shù)和頻率特性等。

2.軸承座有限元模型的建立

軸承座是一種輸送機(jī)行業(yè)常用的系列化產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)軸承座有標(biāo)準(zhǔn)圖紙，而非標(biāo)準(zhǔn)的重型軸承座需要重新設(shè)計。應(yīng)用Inventor軟件，采用參數(shù)化建模，模型具有可變性，可以重復(fù)使用。根據(jù)不同的載荷，改動下模型就能生成系列化產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計，提高設(shè)計工作效率。基于這種設(shè)計思想，結(jié)合Inventor軟件強(qiáng)大的建模功能，來建立軸承座的三維模型。另外還可以利用Inventor軟件的渲染功能對軸承座模型進(jìn)行色彩、材質(zhì)、紋理等處理，增強(qiáng)模型的真實(shí)感。

本案例選用軸承座為左右對稱結(jié)構(gòu)，質(zhì)量g=810kg，軸承內(nèi)徑為400mm，采用鑄鐵結(jié)構(gòu)。根據(jù)案例要求，軸承座承受最大的徑向合力Fr/2=700KN， 最終建立的數(shù)字模型如圖1所示。

3.軸承座有限元分析

軸承座有限元模型建立后，點(diǎn)擊應(yīng)用程序菜單下的應(yīng)力分析選項，之后將切換到“應(yīng)力分析工具面板”，應(yīng)力分析工具會自動添加到標(biāo)準(zhǔn)工具欄（一些無關(guān)的工具欄項目將自動撤出），同時還將顯示應(yīng)力分析瀏覽器。然后按照下述5個步驟逐一進(jìn)行。

3.1.材料選擇

在Inventor應(yīng)力分析模塊中設(shè)有常用材料庫，在材料選擇中選擇與實(shí)際應(yīng)用材料力學(xué)性能相同或相近的材料即可。確認(rèn)好材料種類，如果需要調(diào)整，雙擊材料選項，展開材料列表選擇需要的材料，在本例中選擇了鐵（鑄造），質(zhì)量密度：7.25 g/cm^3；屈服強(qiáng)度：200 MPa；極限拉伸強(qiáng)度：276 MPa；楊氏模量：120.5 GPa；泊松比：0.3 ul；切變模量：46.4 GPa。

3.2.施加約束

點(diǎn)擊“應(yīng)力分析”工具面板上的“固定約束”按鈕，然后再在模型上選定添加此約束的面。根據(jù)軸承座的實(shí)際安裝方式，軸承座是由四個螺栓固定在支架上的，所以，底面需要施加Z 方向的面約束，在4個螺栓孔位置分別施加X 、Y 方向的面約束，以此約束軸承座的水平和豎直方向位移。施加約束后的效果，如圖2。

3.3.施加載荷

根據(jù)本案實(shí)際使用情況和初始條件，軸承座承受的載荷有三種，一是軸承座自重g=8.1KN，由于軸承座自重遠(yuǎn)小于外加力，可以忽略不計，二是滾筒重量G/2=60KN，三是滾筒所受合力Fr/2=700KN。除軸承座自重外，其余的力都是通過軸承傳遞作用在軸承座上的。軸承載荷不像普通力載荷一樣均勻分布，而是采用拋物線式載荷分布，這種載荷只能添加到圓柱面上，而力的分布狀態(tài)符合孔銷傳力的規(guī)則。

點(diǎn)擊“應(yīng)力分析”工具面板上的 “軸承載荷”（Bearing load）按鈕，然后再在模型上選定要添加此外力的面（本案是軸承座大孔的內(nèi)表面）。施加載荷后的效果，如圖3。

3.4.網(wǎng)格設(shè)置

Inventor 提供了允許網(wǎng)格自定義的命令，因而能夠控制方案的質(zhì)量和效率。這些命令可控制網(wǎng)格的全局設(shè)置和本地設(shè)置。網(wǎng)格設(shè)置應(yīng)用于您選擇的特定面和邊。網(wǎng)格優(yōu)化允許改變網(wǎng)格大小以便簡捷地覆蓋特定特征。查看網(wǎng)格是將網(wǎng)格設(shè)置應(yīng)用于視圖中的零部件，并產(chǎn)生圖形化的網(wǎng)格表達(dá)。預(yù)覽網(wǎng)格的步驟是：在功能區(qū)上，單擊 “應(yīng)力分析”選項卡 “網(wǎng)格”面板 “查看網(wǎng)格”。網(wǎng)格效果圖，如圖4。

3.5.分析求解

在完整加載了分析所需要的條件之后，即可投入分析計算。在工具面板上點(diǎn)擊“應(yīng)力分析”按鈕，即可啟動分析計算功能，并按前邊設(shè)置的參數(shù)和選定的方案進(jìn)行計算處理。

進(jìn)行過程中，將顯示“ANSYS 方案狀態(tài)”提示框，并實(shí)時顯示處理的進(jìn)度和內(nèi)容，計算完成后，會將顯示出結(jié)果的圖形報告。Inventor提供了等效應(yīng)力、最大應(yīng)力、最小應(yīng)力、位移、安全系數(shù)等報告結(jié)果。本文選取了典型的等效應(yīng)力和位移的結(jié)果表達(dá)圖。計算結(jié)果如圖4、圖5。

從圖4等效應(yīng)力圖可以看出，軸承座的最大應(yīng)力值為12.49MPa，位置在筋板和內(nèi)孔結(jié)合處，遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度200 MPa，滿足強(qiáng)度要求，為了減少應(yīng)力集中，本文建議適當(dāng)增加該區(qū)域過渡圓角半徑，并進(jìn)行鑄造退火處理，最大程度減少殘余應(yīng)力。從圖5位移圖可以看出，軸承座整移比較均勻，最大位移為0.01807mm，滿足剛度要求，小于許用位移0.2mm，均在合理范圍內(nèi)。綜合分析，軸承座應(yīng)力分布比較均勻，強(qiáng)度和剛度滿足最初設(shè)計要求，且在結(jié)構(gòu)上還可以繼續(xù)優(yōu)化。

總結(jié)：

本文利用Inventor軟件建立了某種滾筒軸承座的三維幾何模型，利用其中的有限元分析模塊（Stress Analysis），證明了軸承座設(shè)計的合理性。而且應(yīng)力分析結(jié)果表明，軸承座應(yīng)力較為均勻，具有良好的力學(xué)特性。通過利用有限元分析，可以縮短設(shè)計周期，節(jié)約設(shè)計成本，為軸承座的優(yōu)化設(shè)計提供了充分的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李曉磊，郭學(xué)鋒等. 鑄鐵軸承座載荷計算及結(jié)構(gòu)分析[J].鑄造技術(shù)， 2005.