第一章 气体力学在窑炉中的应用
内容简介
介绍流体性质，流体静力学方程、流体动力学方程、流体连续性方程及其应用，窑炉孔口溢气量、吸气量的计算方法； 学习目标与要求 熟悉流体性质；
掌握流体静力学方程、流体动力学方程、伯努利方程及其工程应用方法； 掌握介绍窑炉孔 口 溢气量计算方法，为后续热平衡计算打基础； 课程重点
流体的密度、流体的压缩性和膨胀性、流体的粘性、流体的静压强、流体静力学和动力学的一些基本概念与应用；小孔、炉门溢气计算。 课程难点
流体的粘性、流体静力学方程的应用、伯努利方程及其在工程上的应用。
第一节 气体力学基础
一、气体的物理属性
状态方程、膨胀性与压缩性、粘性/浮力 （一） 理想气体状态方程
mRT PV =或RT P ρ=M
R 3
.8314=
R-J/Kmol.k ，M-Kg/Kmol
（二） 气体的膨胀性、压缩性
气体的比容 ρ
υ1
= m 3/kg
膨胀系数 dT d T υυβ1=
（K
1
） 压缩系数 dP d P υυβ1-= （N
m 2
）
气体的体积弹性模量 ρ
ρ
υυ
βd dP
d dP E P
=-==
1
（N/m 2）
气体的膨胀系数和压缩系数的大小与膨胀或压缩过程的特性有关，还与热量传递的多少有关，是一个变化量。（下面关系式可由热力学第一定律推导，请同学们自行推导）
n
n p
pV ρ=
＝常数
n n T TV --=11ρ＝常数 n n p T -1＝常数
e
q e
q n ?-?-=
/1/γ
V
p c c =
γ
e ?——系统内气体的内能增量（J/Kg ）
q ——加给系统的热量（J/Kg ），绝热或等熵过程时q=0
气体膨胀性、压缩性比液体大得多，属于可压缩流体。但窑炉系统中烟气近似于外界大气压。流速远低于音速，温度分段处理，使气体密度变化≤20%，可视为不可压缩流体。 当气体的流速>100m/s 或压强和温度变化叫道，应按可压缩气体处理。 （三） 气体的粘性
牛顿内摩擦定律
dy
dw μ
τ= τ—剪切应力，2/m N ，Pa
dy
dw
—速度梯度，s /1 μ—动力粘度梯度，s Pa ?
ρ
μν=
—运动粘度，s m /2
t μ—T 的关系
5
.10)273
)(273273(
T T C t ++=μμ
0μ、C —查表1－1
（四） 空气的浮力
阿基米德浮力原理，单位体积气体在空气中浮力g a ρ 合力：g a )(ρρ-
液体：a ρρ>>，通常不考虑浮力的影响。
气体（窑炉热气体），a ρρ<
，浮力>重力。窑炉系统中的热气体在没有外界机械能力
加入的情况下，具有自下而上自然流动的趋向。
二、气体动力学基本方程
● 质量方程——连续性方程 ● 能量方程 ● 动量方程
（一） 稳定态一元流（管流）质量方程
??????=-=-=?F
F
F
F F dF dF dF n 011122212ωρωρμρμρμρ
?
==m F w F w 222111ρρ 气体质量流量
不可压缩流体
.
2211V F w F w == 气体体积流量
（二） 稳定态一元流（管流）能量方程
控制系统：
L m ——系统内气体对外界做的机械功 系统内单位质量气体的能量包括： 位能 gz
动能 2
2
u
内能 e
压力能
ρ
p
能量守恒原理：在稳态，单位时间传入系统的热量等于系统内气体能量增量与系统对外作出功率之和。
m F F L udF p
e u gz udF p e u gz Q ++++-+++=??1
2)2()2(22ρρ
ρρ
对于稳定态一元流动，气体的热力学参数在断面上均匀
m
F F F F L udF u udF p e gz udF u udF p e gz Q +-++-+++=????ρρρρρρ11222
)(2)(2
111112222
22式中 1α、2α—平均动能修正系数
2
221
12
11w m udF
u F ??=
ρα，2
222
22
22w m udF
u F ??=ρα
m L w m p e gz m w m p e gz m Q +-++-+++=???
?
2
)(2)(2
11111122222
221122αραρ
层流时，0.2=α； 湍流时0.1=α 稳定流动 12?
?
=m m
单位质量气体的能量方程——热力学第一定律
m L w p e gz w p e gz q ++++-+++=)2
()2(2
111112
222
22ρρ
未对外做机械功的绝热流动，即0=m L ，0=q
2
222
22222111
11w p e gz w p e gz +
++=+++ρρ 或2
222
222111w h gz w h gz ++=++ 其中，ρ
p
e h +
=是单位质量气体的焓，理想气体：T c h p =
能量方程未说明气体的性质及过程特点，不论理想气体实际气体，可逆过程或不可逆过
程，可压缩气体或不可压缩气体都适用。
对可压缩气体的变速流动，可略去位能变化。
222
2
2211w h w h +=+或C w h =+2
2，0=+wdw dh
窑炉系统气体流动特点：压强变化不大，但温度变化较大，密度变化也较大，属于可压缩气体流动。但分段处理，每段气温变化不大，将该段气体平均温度下的密度ρ近似为常数，即气体在平均温度下作等温流动（21e e =、ρρρ==21）
ρρρρ2
22
2
222111w gz p w gz p ++=++ （3/m J ）
单流体伯努利方程
等温流动沿途有阻力损失，L h
L h w gz p w gz p +++=++ρρρρ2
22
2
222111
双流体伯努利方程
炉外空气 2211gz p gz p a a a a ρρ+=+
L a a a a h w gz p p w gz p p ++-+-=+-+-ρρρρρρ2)()(2)()(2
2
22221111
L a a h w gz p w gz p ++-+?=+-+?ρρρρρρ2
)(2)(2
2
222111
p ?—窑内气体表压强（静压头，s h ）
)(ρρ-a gz —窑内气体受到的重力和浮力之和的位能（几何压头，ge h ） ρ2
2w —窑内气体的动能（动压头，w h ）
L k ge s k ge s h h h h h h h +++=++222111
注：高程变化较大时，a ρ、a p 会变化
256.500)0065.01(a a a T H p p -
=、 256
.40
0)
0065.01(a a a T H -=ρρ 0a p 、0a T 、0a ρ—海平面处的大气压强、温度、密度，H —海拔高度
窑系统气体流动阻力损失
)(l `f h h h L +∑=
)1(2
d 02
e f m t w L h βρλ+＝、)1(2020l m t w h βρζ+＝ 2731
=
β、n
b Re =λ （层流 64=b ，1=n ；湍流 b 、n 查表1－2） 0w —平均标态流速，ζ—局部阻力系数，查附录二。
降低ζ的途径：圆、平、直、缓、少。
本节重点：要求会列两截面间的伯努利方程
若2-2截面处 （犹如烟囱出口处的压强等于大气压），则1-1截面处 为负值，即处
于负压状态，这就是烟囱底部产生的抽力的原因。
（三） 稳定态一元流（管流）动量方程
112212ωβωβ?
?-=∑m m
稳定态管流的动量方程
)(12ωω-=∑?
m F
若合外力0=∑F ，则12ωω?
?
=m m
第二节 窑炉内的气体流动
本节重点：不可压缩气体的流动（窑炉流出、流入；分散垂直气流法则）
可压缩气体的流动（通过渐缩喷嘴；通过拉伐尔喷嘴）
一、不可压缩气体的流动
窑炉内气体水平、垂直，从孔口、炉门的流出或流入大多属于不可压缩气体流动。 （一）气体从窑炉内的流出和吸入（小孔、炉门） 窑炉内的流出（正压）、窑炉内的吸入（负压）
1、 气体通过小孔的流出和吸入
F
F 2
=
ε 1-1 —— 2-2 伯努利方程
l k s ge k s ge h h h h h h h ∑+++=++222111
21ge ge h h = 21(z z =、)21ρρ= a p p =2，02=s h l k s h h h ∑+=21
ρξρ2
222
221w w P P a +=-
ρ
?
ρ
ξ
)
(2)
(211112a a P P P P w -=-+=
ρ
μρ
?
ερ?
)
(2)
(2)(2111222a a a P P F
P P F P P F w F V -=-=-==
流量系数ε?μ=
ε、?、μ可查表1-3。表1-3中薄、厚壁划分：依据气流最小截面位置来区分。（薄壁、厚壁，）
同理，通过小孔F 截面吸入的气体体积流量：
a
a P P F
V ρμ)
(2-=
2、气体通过炉门的流出和吸入
炉门有一定高度，应考虑沿炉门高度上的静压变化对气体流出和吸入量的影响。 单位时间，dF ，小孔
ρ
μ)
(2a z z P P dF
dV -=
Bdz dF =
窑底处（零压），窑底与高度z 之间的热气体伯努利方程
sz g h h =0 )()(a z a p P zg -=-ρρ
dz z g B
zg Bdz
P P Bdz
dV a z a z a z z 2
1
)
(2)
(2)
(2ρ
ρρμρ
ρρμρ
μ-=-=-=
对于整个炉门
??-==2
1
21
2
1)
(2Z Z a z Z Z dz z g B
dV V ρ
ρρμ
z μ实际上，不同高度上的流量系数不相等，简化为炉门平均流量系数μ，
62.0~52.0=μ 由实验测定。
)()
(22
32312z z g B
V a --=ρ
ρρμ （1）
其中
由牛顿二项式展开得，02
32
32
3
12z H z z =-
则 ρ
ρρμ)
(20-=a gz F
V （2）
式中F —炉门面积，BH
F =
0z —炉门中心线距零压面的距离
式（1）、式（2）的误差不超过6.1%。随0z 增大，误差相应减少。
二、可压缩气体的流动
窑炉中烧嘴/喷嘴，气体在几个大气压条件下喷出，压强、温度、密度等参数变化很大，速度可达到或超过音速。 （－）音速与赫数
（1）音速：声波在弹性介质中的传播速度
ρ
E
a =
m/s
E 介质的弹性模数 w/m 2 ρ介质密度 Kg/m 3
声波在气体中传播时，可视为可逆绝热过程
声波在静止流体及静止理想气体中传播速度，即流速方程式：
s
d dp d dp
a ???? ??==
ρρ RT a γ=
对于空气介质：绝热指数4.1=γ，K Kg J R ./287= 空气中的音速 T T a 04.202874.1=?=
表明：音速直接与气体温度有关，也同速度、压强、温度、密度等气体参数一样，是时间
坐标函数，音速也称当地引速或局部音速。 音速越大，气体可压缩程度越大。 （2）马赫数
相对音速 )1()1(Ma a a
w
a w a a -=-=-=' 迎气流方向声波的传播速度
a
w Ma = 1< (二)可压缩气体通过渐缩喷嘴流出 1、流速w 、流量m w 越大，绝热流动，理想气体 可压缩气体能量方程 常数=+2 2 w h 微分形式 0=+w d w dh 理想气体焓T r R CpT h 1 -==γ 221 ,1 ~T r R h Ts r R hs T h -= -= ?γγ 0-0~ 2-2 ?+ =22w h hs )(12)(2222Ts T T Ts r R h hs w --= -=γ Ps Pa w Ts T w ~~ 222? 由绝热方程 r Ps P Ts T 1 22-? ? ? ??=γ ??? ?????? ?? ??--=??????????? ??--=--r s r Ps P Ps Ps P Ts rR w 1 2121121122γγργγγ ??? ???????? ??--===+r r r Ps P Ps P s Ps r F Ps P s F w F m 1 22212 2222)(12)( 2γργρρ 实际非等熵过程，有能量消耗 22w w ?=' 99.0~96.0=? m m μ=' 99.0=μ 2.极限速度、临界速度 由喷嘴出口断定，气体滞止参数待定，连续调节喷嘴出口处环境压强Pa 当从Ps Pa =起连续调低时，喷嘴出口气体压强2P （背压或反压）连续变化并等于环境压强Pa ，但当Pa 降低某一值后，2P 不再随Pa 降低而变低，而是保持一定值，并交于环境压强，即Pa P >2 Pa P Ps >>2 （1）当背压Ps P =2时，02=w 0=m 式（1-57）、（1-58） （2）02=P （向绝对真空环静喷射，达到极限速度） R T s r s Ps r w w 1 212max 2-=-= =γργ 0=m 真空）（0=ρ Ps P w 22~ Ps P m 2~ 最大流量max m 临界状态cr β 压强比 β=Ps P 2 临界状态比 1 2)1 2(++==r r r Ps cr P cr β 11)12(-+=r r s cr ρρ 2 1 )12(+==r rRTs rRTcr a a s cr )1 2(+=r Ts Tcr 将式（1-62）代入2w （式1-57）、 m （式1-58）中，可得临界流速，最大质量流量 cr cr a RTs s Ps w ==+= γργγ12 1 1 ) 12( max -++=γγγργγs Ps Fc m 2F Fcr =是渐缩喷嘴出口断石 （三）可压缩气体由渐缩至渐扩喷嘴外射流 充分利用气体压力能?超音速的出口气流速度?拉伐尔喷嘴 当环境压强Pa 、 临界值时 Pa ?气体在渐缩段加速，在喉部达到当地音速 1、气体参数、喷嘴断的积与速度变化关系 dx dw dX dF w dw F dF ~~? 喷嘴出口气体速度)1(12)(2222Ts T Ts h hs w --=-=γγ γ γ1 2) 2(-=Ps P Ts T ??? ????? --=-γγργ1 22)(112P P s Ps r w 质量流量??? ?????--===+γγγλρρργγρρ1212222122222)()(12)(s P P s Ps F w Ps P s F w F m 2 22 2222w h w h hs +=+= 0=+wdw dh ? T R CpT h 1-==γγ T dT a T dT RT dT R CpdT dh 1112-= -=-==γγγγγ RT a γ= 012=+-?wdw T dT a γ ?w dw Ma w dw a w a wdw T dT 2222)1()1()1(--=--=--=γγγ (1) w dw Ma T dT 2)1(--=γ (2) P dP T dT ~ ? w dw P dP ~ 由状态方程 RT P ρ= ? T dT d P dP +=ρρ ? ρ ρ γγρργρρd d d P dP T dT 11-=-=-=）（ 由绝热方程 常数=2 ρP ?ρ ργd P dP = (3) -=ρ ρ d w dw Ma 2 -=P dP w dw Ma 2 w dw d ~ρρ 表明：无论亚音速或超音速，加速时，T P ,,ρ都减小；减速时，T P ,,ρ都增大 （4） w dw F dF ~ 由连续方程： 常数==ρFw m 0=++? ρρd w dw F dF ρ ρ d w dw F dF - -=?w dw Ma F dF )1(2-=?=?dX dF F 1dX dw w Ma 1) 1(2- a) 对于亚音速：1 00>? dw dX dF 即：在喷嘴 亚音速气流渐速段做加速运动，扩张段做减速运动 b) 对于超音速：1>Ma ，若 00>?>dX dw dX dF 00 dw dX dF 即：超音速气流，渐缩段做减速运动，扩张段做加速运动，与伯努力方程相反 2、气体参数及断面积与Ma 关系 Ma Ps P Ma P ~~→ Ma Ts T Ma T ~~→ Ma s Ma ~~ρρ ρ→ Ma a a Ma a s ~~→ a w Ma = RT a γ= （1-50） ? ?? ?????? ?? ??--=??????????? ??--=--r s r Ps P Ps Ps P Ts rR w 1 2121121122γγργγγ （1-57） 对喷嘴任一断面有： 由??? ? ????--= -γγρρ γ1 2)(112S S P P P Ps Ma （1-73a ） γρρ 1 )(-=P P s s ???? ?????--=-1)(121 γ γγP P Ma s 1)压强比 12 )211(---+=γγ γMa P P s Ma P P s ~ 2）温度比 12)211(--+=Ma T T s γ Ma T T s ~ 3）密度比 1 1 2) 2 11(---+=γγρρMa s Ma s ~ρρ 4）音速比 2 1 2)2 11(--+=Ma a a s γ Ma a a s ~ 5） Ma Fcr F ~ cr cr cr w F Fw m ρρ== 面之比喷嘴任一断面与喉部断? s cr a s s cr cr aM P r w w Fcr F ρρργρ ρ12+== )1(21 2212111-+??? ?? ???????+-+=r r s r Ma r Ma ρρ Ma Ma 728.1)2.01(4.13 2+==γ 任一Ma ，对应一个面积比 而一个面积比，则对应2个马赫数，其中一个1 拉伐尔喷嘴获得超音速气流的条件，出口断面处的环境压强Pa 与进入喷嘴前的气体制止压强Ps 之比必须小于临界值，否则拉伐尔喷嘴仪成为一个文化荐。 例1-5： 已知： Pa Ps 6 107?=，K Ts 303=，拉伐尔喷嘴，炉腔Pa Pa 5 10033.1?= ， s Kg m /8.0=，99.0==μ? 求：（1）喷嘴的主要尺寸（12,2,,d l d d cr ） （2）出口截面处气体参数（22222,,,,w a T P ρ） 解：一、喷嘴主要尺寸 （1）压缩空气滞止密度 ?=s s RT Ps ρ 36 /05.8303 287107m Kg RT Ps s s =??==ρ （2）528.01447.010 710013.16 6<=??=s P Pa ?喉部已达临界状态 喉面积Fcr （表1-4） ) (000497.005 .8107685.08 .0685.0685.026max m P m Fcr P Fcr m s s s s =??= = ?=ρρ 2 4 cr d Fcr π = )(25)(025.01416 .3000497 .044mm m Fcr d cr ==?= = π （3）出口面积 由式（1-79）Ma Ma Fcr F 728.1)2.01(3 2+= 扩张段出口马赫数 92.11)1447.01(14.121)(122857 .01 2 ,=??????--=??? ?????--=-γγγP P M s a mm d mm F d F F cr 316.31492.19 .1728.1)92.12.01(2222 3 22===?=??+=取π （4）扩张段长度 取扩张角?=6α 2 22l d d tg cr -=α （5）渐缩段进口尺寸 设气体进入渐缩口速度s m w T /50=，低速流动时，可按不可压缩气体处理 mm m w m d w d m s s 5005.005 .8501416.38 .0444 1112 1==???== ?=ρπρπ 二、喷嘴出口处的其它参数 （1）温度2T )(174)92.12 4.01(303)211()211(1212 2,212K M T T Ma T T a s s =?+=-+=?-+=---γγ（2）密度2ρ 式（1-76）35.221 1 22/02.2)92.12.01(05.8) 2 1 1(m Kg Ma S =?+?=-+ = --- γγρρ （3）出口断面当地音速2a s m RT a /4.2641742874.122=??==γ ) (573225312222m m tg tg d d l cr =??-=-=α （4）出口气体速度2w s m M a w a /50892.14.2642,22=?== 例1-4 已知：a S P P 5103?=，K T s 288=，压缩空气，渐缩喷嘴截面积 251085.7m -?，炉腔a a P P 5103?=，98.0==μ? 求：（1）喷出气体的参数),,,(w T P ρ （2）质量流量. m 解：（1）?<=??=528.0338.010310013.15 5s a P P 喷嘴出口截面已达临界状态 35 /63.3288 287103m Kg RT P s s s =??==ρ （2）喷嘴出口处气体临界参数(表1-4) 压强Pa P P s cr 510584.1528.0?== 温度C K T T s cr ?-===33240833..0 密度3/30.2634.0m Kg s cr ==ρρ 速度s m w w s m RT w cr cr s cr /30431098.0/31008.1=?==' ?==? （3）质量流量 s Kg P cr F m s s /055.063.31031085.798.0685.0685.055. =??????==-ρ?（4）出口气体环境压强?>Pa P cr 在炉腔内继续膨胀，膨胀终了温度（绝热方程） C K P P T T cr a cr ?-==??==--59214)10 584.110013.1(240) (4 .114.15 5 12γ γ 工程力学在材料中的应用 首先要了解什么叫工程力学，工程力学是干什么的？ 工程力学一般包括理论力学的静力学和材料力学的有关内容，是研究物体机械运动的一般规律和有关构建的强度、刚度、稳定性理论的科学，是一门理论性和实践性都较强的专业基础课。 这里我们只对工程力学在材料中应用进行讨论，即材料力学。 材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器建筑中的各个结构小到生活中的塑料食品包装很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作所以材料力学就显得尤为重要。生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形如车床主轴工作时同时发生扭转、弯曲及压缩三种基本变形钻床立柱同时发生拉伸与弯曲两种变形。 在20世纪50年代出现了一些极端条件下的工程技术问题所涉及的温度高达几千度到几百万度压力达几万到几百万大气压应变率达百万分之一亿分之一秒等。在这样的条件下介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质在一些力学问题中出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题出现一些远离平衡态的力学问题必须从微观分析出发以求了解耗散过程的高阶项由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现一方面是迫切要求能有一种有效的手段预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律另一方面是近代科学的发展特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚为从微观状态推算出宏观特性提供了可能 材料力学研究的主要问题是杆件的强度、刚度和稳定性问题，因此，制成杆件的物体就应该是变形固体，而不能像理论力学中那样认为是刚体。变形固体的变形就成为它的主要基本性质之一，必须予以重视。例如，在土建、水利工程中，组成水闸闸门或桥梁的个别杆件的变形会影响到整个闸门或桥梁的稳固，基础的刚度会影响到大型坝体内的应力分布；在机电设备中，机床主轴的变形过大就不能保证机床对工作的加工精度，电机轴的变形过大就会使电机的转子与定子相撞，使电机不能正常运转，甚至损坏等等。因此，在材料力学中我们必须把组成杆件的各种固体看做是变形固体．．．．。固体之所以发生变形，是由于在外力作用下，组成固体的各微粒的相对位置会发生改变的缘故。在材料力学中，我们要着重研究这种外力和变形之间的关系。大多数变形固体具有在外力作用下发生变形，但在外力除去后又能立刻恢复其原有形状和尺寸大小的特性，我们把变形固体的这种基本性质称为弹性．．，把具有这种弹性性质的变形固体称为完全弹性体．．．．．。若变形固体的变形在外力除去后只能恢复其中一部分，这样的固体称为部．分弹性体．．．．。部分弹性体的变形可分为两部分；一部分是随着外力除去 工程力学在机械制造中的应用 1 工程力学的发展 1.1 工程力学的产生 在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。 1.2 工程力学的特点 工程力学注重从微观到宏观，以往的技术科学和绝大多数的基础科学，都是或从宏观到宏观，或从宏观到微观，或从微观到微观，而工程力学则建立在近代物理和近代化学成就之上，运用这些成就，建立起物质宏观性质的微观理论，这也是工程力学建立的主导思想和根本目的。 虽然工程力学引用了近代物理和近代化学的许多结果，但它并不完全是统计物理或者物理化学的一个分支，因为无论是近代物理还是近代化学，都不能完全解决工程技术里所提出的各种具体问题。工程力学所面临的问题往往要比基础学科里所提出的问题复杂得多，它不能单靠简单的推演方法或者只借助于某一单一学科的成就，而必须尽可能结合实验和运用多学科的成果。 1. 在研究力的外效应时把物体看成是（）的物体；在研究力的外效应时把物体看成是（）的物体。 2. 物体抵抗破坏的能力叫（），物体抵抗变形的能力叫（）,构件在外力作用下具有抵抗变形的能力称为构件的（）。 3. 在工程力学中，对变形固体提出下面的假设，这些假设包括（），( )，（），和（）四个。 4、刚体只在两个力的作用下而处于平衡的充要条件是：（）。 5、工程上把受两个力作用而平衡的物体叫做（）或（）， 6、力对一般物体的作用效应取决于力的三要素：即力的（）、（）、（）。 7、力F对轴之矩等于该力在垂直于此轴的平面上的（）对该轴与此平面的交点的力矩。 8、平面任意力系向其作用面内任意一点简化，可得到一个力和一个力偶。该力作用于（），其大小和方向等于原力系的各力的（）；该力偶的力偶矩等于原力系中各力对简化中心（） 9、某截面上的扭矩在数值上等于截面任意一侧的（）的代数和。 10、某截面上的剪力在数值上等于该截面任一侧所有垂直轴线方向外力的（）。 某截面上的弯矩，在数值上等于截面任意一侧所有外力对该截面形心（）的代数和。 11、拉压杆横截面上只有均匀分布的（）应力，没有( )应力。 44、一般将单元体上切应力等于零的平面称为（）。作用在主平面上的正应力称为（）应力 12、低碳钢的拉伸试验可分为四个阶段，即（）、（）、（）和（） 13 物体抵抗破坏的能力叫（），物体抵抗变形的能力叫（）,构件在外力作用下具有抵抗变形的能力称为构件的（）。 切剪和挤压 1、拉压杆横截面上只有均匀分布的（）应力，没有( )应力。 2、两块钢板用螺栓联接，每块板厚t=10mm，螺栓d=16mm,[τ]=60Mpa，钢板与螺栓的许用挤压应力［σjy］=180Mpa，则螺栓能承受的许可载荷Ｐ＝______。 3、轮轮与轴的平键联接，已知轴径为d，传递力偶矩m。键材料许用剪应力［τ］，许用挤压应［σjy］，平键尺寸bhl，则该平键剪切强度条件为_______，挤压强度条件为_________。 （二题）（三题） 4、图示榫头结构，当Ｐ力作用时，已知b.c.a.l接头的剪应力τ=___________，挤压应力σ=___________。 主要课程：理论力学、材料力学、弹性力学、流体力学、振动力学、计算力学、实验力学、结构力学、电工与电子技术、计算机基础知识及程序设计。《工程力学》是水利、土木类等专业一门重要的技术基础课程和工程技术人员必备的知识，在人才培养过程中具有重要的地位和作用。该课程的概念和理论不仅是专业课（水工建筑物、水电站、施工技术等）的基础，同时也是其他技术基础课（如工程材料与检测、建筑结构、土力学、地基基础、钢筋混凝土结构、钢结构等）的基础。主要研究水利与土木工程建筑中的工程结构设计、施工和使用中的各种力学问题。通过本课程的学习，使学生掌握必要的力学基础理论知识，具有解决与力学有关的工程技术问题的分析能力、计算能力和实验技能。为后续学习专业课打下良好的力学基础。 《科技导报》关注隧道工程建设 。 先进技术促进隧道工程高效发展 7月10日，连接2010年上海世界博览会浦江两岸园区的专用越江通道——西藏南路越江隧道东线工程竣工。该隧道位于南浦大桥和卢浦大桥之间，全长约2.67 km，江中段隧道长1 170 m，隧道直径11.58 m，设双向4车道，设计时速40 km。该项工程于2005年11月25日开工，分东、西两线施工，西线隧道将于2009年底完成建设，建成后能满足世博会园区每小时6~7万人次的越江需求。 隧道工程始于英国1826年修建的长770 m的泰勒山隧道，它在交通设施、水利工程、探矿采矿、环境工程、能源储备及国防等领域有着非常广泛的应用。鉴于土地资源稀缺、人口压力增大、便捷安全要求提高，从环境条件、空间利用、国民经济可持续发展等角度看，隧道工程有着更加广阔的前景，21世纪将迎来全球地下空间开发的新世纪。 地下施工由开挖支护、出碴运输、通风除尘、防水排水、供电供水等多种作业构成，具有投资巨大、空间有限、环境恶劣，复杂性、隐蔽性、风险性高，作业的综合性、动态性、循环性强，对施工技术、工程机械、建筑材料、运营设备要求高等特征，完成特长隧道和特殊隧道的修建任务更须具备快速准确的施工能力、高水平的机械配套、科学的管理方法等基本条件。 19世纪60年代前，修建隧道都用人工凿孔、黑火药爆破方法，之后风动凿岩机代替人工凿孔、硝化甘油炸药代替黑火药。 材料力学在工程实际中的应用 材料力学在工程实际中的应用 材料力学是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、稳定和导致各种材料破坏的极限。而研究材料力学在工程实际中的应用，将会直接给我们在进一步的学习中提供一个现实的模型。 材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器建筑中的各个结构小到生活中的塑料食品包装很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作所以材料力学就显得尤为重要。生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形如车床主轴工作时同时发生扭转，弯曲及压缩三种基本变形钻穿立柱同时发生拉伸与弯曲两张变形。 说到材料力学，我们首先应该了解它的属性。材料力学在工程中常用的属性主要有： 1.密度ρ：密度与结构自重和地震荷载有关。 2.弹性模量E：指的是材料在在单位长度、单位截面面积下受到单位轴向力时的轴向变形量。 3.强度f：材料的承受能力。 4.泊松比v：指的是材料在受轴向力时，材料的横向变形或材料的轴向变形。 性固体在外力作用下，总会是既有弹性变形也有塑性变形。不过，实验指出，像金属、木材等常用建筑材料，当所受的外力不超过某一限度时，可看成是完全弹性体。为了能采用理论的方法对变形固体进行分析和研究，从而得到比较通用的结论。 总而言之，杆件要能正常工作，必须同时满足以下三方面的要求：（1）不会发生破坏，即杆件必须具有足够的强度。 （2）不产生过大变形，发生的变形能限制在正常工作许可的范围以内。即杆件必须具有足够的强度 （3）不失稳，杆件在其原有形状下的平衡应保持为稳定的平衡，即杆件必须具有足够的稳定性。 这三方面的要求统称为构件的承载能力。一般来说，在设计每一杆件时，应同时考虑到以上三方面的要求，但对某些具体的杆件来说，有事往往只需考虑其中的某一主要方面的要求（例如稳定性为主），当这些主要方面的要求满足了，其它两个次要方面的要求也就自动地得到满足。当设计的杆件能满足上述三方面的要求时，就可认为设计是安全的，杆件能够正常工作。 其次，材料力学在工程实际中的应用时非常多的，例如在铁路和桥梁等等上。 1976年7月28日发生在中国唐山，震级为M7.8级的地震，造成了大面积公路、铁路、桥梁普遍倒塌或者严重损坏，据有关部门专家对这次地震的分析，桥梁破坏主要集中在新进建造的桥梁，主要原因有 机械设计基础（含工程力学）课程标准 课程代码：课程性质：必修课课程类型：B类课（一）课程目标 《工程力学》是机械设计与制造专业的一门重要的主干课程。在整个教学过程中应从高职教育培养目标和学生的实际情况出发，在教学内容的深广度、教学方法上都应与培养高技能人才目标接轨。通过本课程的学习，使学生达到以下目标： 1、深刻理解力学的基本概念和基本定律，熟练掌握解决工程力学问题的定理和公式。能将实际物体简化成准确的力学模型，应用力学基本概念和定理解决相关力学问题； 2、能对静力学问题进行分析和计算，对刚体、物系进行受力分析和平衡计算； 3、正确应用公式对受力不很复杂的构件进行强度、刚度和稳定性的计算； 4、通过应力状态分析建立强度理论体系。 5、步掌握材料的力学性能及材料的相关力学实验。掌握基本实验的操作及测试方法 （二）课程内容与要求 工程力学分为理论力学和材料力学部分。理论力学部分以静力学为主，包括静力学基础、力系的简化、力系的平衡。材料力学部分包括杆件的四种基本变形（轴向拉伸与压缩、剪切与挤压、扭转、弯曲）的内力、应力和变形，应力状态与强度理论，组合变形杆的强度和压杆稳定。第一篇静力学静力学主要内容有：力的概念，约束与约束反力，受力分析和受力图；力对点的矩，力对轴的矩，力偶与力偶系的简化，力的平移，力系的简化；平衡条件与平衡方程，特殊力系的平衡，空间一般力系的平衡，物体系的平衡，平面静定桁架的内力，考虑摩擦时的平衡。第二篇材料力学材料力学主要内容有：材料的力学性能，拉伸与压缩时的力学性能，构件的强度、刚度和稳定性，强度条件、刚度条件，应力状态分析与四种强度理论。 课程要求：熟练掌握静力学的基本概念：四个概念、六个公理及推论、一个定理。能应用静力学的基本理论对刚体进行受力分析；明确平面任意力系的简化；熟练掌握平面力系的平衡方程及其应用；掌握材料力学的基本概念；掌握四种变形方式的内力、应力、内力图；学会四种载荷作用方式下强度、刚度、稳定性计算；理解应力状态与强度理论。 （三）课程实施和项目设计 1、课程实施 高等职业技术教育培养的是应用性工程技术人才，结合模具专业及学生特点，对少 学时《工程力学》的教学采用讲授、练习、自学、集中答疑等多种方法；在教学中要注意理论联系实际，讲解力学概念、原理和定理时，应从生活中的感性认识和生产实践中常见的实际力学问题出发，通过理想的抽象分析的实验观察，进行科学的逻辑推理，得出结论。要指导学生将已学的知识应用到专业理论的学习和生产实习中去，培养学生分析问题和解决 力学在土木工程中的应用 1：力学基本内容： 力学是用数学方法研究机械运动的学科。“力学”一词译自英语mechanics源于希腊语一机械，因为机械运动是由力引起的．mechanics在19世纪5O年代作为研究力的作用的学科名词传人中国后沿用至今。 力学是一门基础科学，它所阐明的规律带有普遍的性质．为许多工程技术提供理论基础。力学又是一门技术科学，为许多工程技术提供设计原理，计算方法，试验手段．力学和工程学的结合促使工程力学各个分支的形成和发展．力学按研究对象可划分为固体力学、流体力学和一般力学三个分支．固体力学和流体力学通常采用连续介质模型来研究；余下的部分则组成一般力学．属于固体力学的有弹性力学、塑性力学，近期出现的散体力学、断裂力学等；流体力学由早期的水力学和水动力学两个分支汇合而成，并衍生出空气动力学、多相流体力学、渗流力学、非牛顿流体力学等；力学间的交叉又产生粘弹性理论、流变学、气动弹性力学等分支． 力学在工程技术方面的应用结果则形成了工程力学或应用力学的各种分支，诸如材料力学、结构力学、土力学、岩石力学、爆炸力学、复合材料力学、天体力学、物理力学、等离子体动力学、电流体动力学、磁流体力学、热弹性力学、生物力学、生物流变学、地质力学、地球动力学、地球流体力学、理性力学、计算力学等等． 2：土木是力学应用最早的工程领域之一． 2.1土木工程专业本科教学中涉及到的力学内容 包括理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学、土力学、岩石力学等几大固体力学学科． 理论力学与大学物理中有关内容相衔接，主要探讨作用力对物体的外效应(物体运动的改变) ，研究的是刚体，是各门力学的基础．其他力学研究的均为变形体(本科要求线性弹性体)，研究力系的简化和平衡，点和刚体运动学和复合运动以及质点动力学的一般理论和方法． 材料力学：主要探讨作用力对物体的内效应(物体形状的改变)，研究杆件的拉压弯剪扭变形特点，对其进行强度、刚度及稳定性分析计算．结构力学：在理论力学和材料力学基础上进一步研究分析计算杆件结构体系的基本原理和方法，了解各类结构受力性能． 弹性力学：研究用各种精确及近似解法计算弹性体(主要要求实体结构) 在外力作用下的应力、应变和位移． 土力学：研究地基应力、变形、挡土墙和土坡等稳定计算原理和计算方法．岩石力学：研究岩石地基、边坡和地下工程等的稳定性分析方法及其基本设计方法． 2.2土木工程专业之力学可分为两大类，即“结构力学类”和“弹性力学类”． “弹性力学类”的思维方式类似于高等数学体系的建构，由微单元体(高等数学为微分体)人手分析，基本不引入(也难以引入)计算假设，计算思想和理论具有普适特征．在此基础上引入某些针对岩土材料的计算假设则构建了土力学和岩石力学．“结构力学类”(包括理论、材料学和结构力学)则具有更强烈的工程特征，其简化的模型是质点或杆件，在力学体系建立之前就给出了诸 力学在土木工程中的应用 土力学研究的是力学和水力学的法则在牵涉土的工程问题中的应用。土是一种天然矿物颗粒的聚集物，有的含有有的不含有机成分，它由岩石的风化或是机械作用形成。它包括三种成分：固体矿物质，水以及空气和其他气体。土质组成变化很大，正是这种不均质性大大地阻碍了科学家对这些沉积物的研究。渐渐地，对挡土墙，基础，护堤，人行道和其他结构的事故的调查发现其原因涉及到许多天然土的知识并且它们的工况充分提高了土力学作为工程科学的一个分支。 历史 直到18世纪后半期，法国物理学家查尔斯-奥斯丁库仑出版他的土压力理论（1773年）之前，以科学的基础处理土的问题几乎没有任何进展。1857年，苏格兰工程师威廉姆朗金发展了一种土体平衡理论并将其用于一些初步的基础工程问题。这两大理论仍然构成了当今计算土压力理论的基础，尽管他们建立在所有土都象干沙一样不考虑内聚力这一错误概念的基础上。二十世纪的进步在于：把内聚力引入计算；了解了通常情况下土的基本物理特性和特殊情况下粘土的特性；系统地研究了土的剪切特性，即——滑动剪切条件下的变形。 库仑和朗金土压力理论都假设土的剪切破坏面在一个平面内。然而对于砂土来说这是近似可信的，有内聚力土的滑动剪切面接近一个曲面。在二十世纪早期，瑞典工程师证明滑动剪切面是一个圆弧面。上个世纪后半段，在土的科研，理论的应用以及用于工程设计的经验数据方面都有了明显进步。 一个显著的进步是德国工程师卡尔泰沙基在1925年出版了一本关于粘土在许用应力下固结情况的力学调查。他的被工程经验证实的分析解释了在充分渗透的粘土上沉降随时间增长的问题。泰沙基在1925年出版了Erdbaumechanik(“土力学”)一书后开辟了土力学时代。 关于地基材料，人行道下的天然基础的研究始于1920年美国公共道路局。他们做了一些关于人行道设计的和天然土有关的简单实验。在英格兰，道路研究司创建于1933年。1936年第一个岩土方面的世界会议在哈佛举行。 今天，市政工程极大地依赖于实验的大量数据来巩固经验以及与之相关的新的问题来建立解决方案。获得这样的土质实验的典型例子，无论如何是很极其困难的；因此有一种在实验室做比例模型来代替这种现场实验的趋向，并且许多重要的性质都是由这种方法得到的。 土的工程性质 决定土的工程适用性的性质包括：内摩擦力，内聚力，压缩性，弹性，渗透性以及毛细性。 内摩擦力是土体抵抗滑动的力。砂土和砾石土比粘土有更大的内摩擦力；后期水气的增加会降低内摩擦力。土在重结构压迫下滑动的趋势可以转化成剪力；即使一部分土体在一个平面内水平的竖直的或其他方向的移动。这样一种剪切移动会给建筑带来危险。 内聚力可以减少这种剪切危险，这是由土颗粒间分子力产生的土颗粒之间相互吸引作用以及土粒间存在水气造成的。内聚力明显受土粒间大量湿气影响。内聚力 弹性力学在土木工程中的应用 摘要：弹性力学也称弹性理论，主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产的应力、弹性力学，应变和位移，从而解决结构或设计中所提生出的强度和刚度问题。在土木工程方面，建筑物能够通过有效的弹性可以抵消部分晃动，从而减少在地震中房屋倒塌的现象；对于水坝结构来说，弹性变化同样具有曲线性，适合不断变化的水坝内部的压力，还有大型跨顶建筑、斜拉桥等等。弹性力学在土木工程中还有一些重要应用实例，如：地基应力与沉降计算原理、混凝土板的计算方法、混凝土材料受拉劈裂试验的力学原理、混凝土结构温度裂缝分析、工程应变分析、结构中的剪力滞后问题等。 关键词：弹性力学、力学、弹性变形、有限元法、强度、土木工程 正文： 弹性力学也称弹性理论，主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而解决结构或设计中所提出的强度和刚度问题。在研究对象上，弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。材料力学基本上只研究杆状构件；结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构，即所谓杆件系统；而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础，广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。 弹性力学弹性体是变形体的一种，它的特征为：在外力作用下物体变形，当外力不超过某一限度时，除去外力后物体即恢复原状。绝对弹性体是不存在的。物体在外力除去后的残余变形很小时，一般就把它当作弹性体处理。弹性力学所依据的基本规律有三个：变形连续规律、应力-应变关系和运动(或平衡)规律，它们有时被称为弹性力学三大基本规律。弹性力学中许多定理、公式和结论等，都可以从三大基本规律推导出来。连续变形规律是指弹性力学在考虑物体的变形时，只考虑经过连续变形后仍为连续的物体，如果物体中本来就有裂纹，则只考虑裂纹不扩展的情况。 对于物体弹性变形，变形的机理，应从材料内部原子间里的作用来分析。实际上，固体材料之所以能保持其内部结构的稳定性是由于组成该固体材料（如金属）的原子间存在着相互平衡的力，吸力使原子间密切联系在一起，而短程排斥力则使各原子间保持一定的距离在正常情况下，这两种力保持平衡，原子间的相对位置处于规则排列的稳定状态。受外力作用时，这种平衡被打破，为了恢复平衡，原子便需产生移动和调整，使得吸力、斥力和外力之间取得平衡。因此，如果知道了原子之间的力相互之间的定律，原则上就能算出晶体在一定弹性力作用下的反应。实际上，固体结构的内部是多样的、复杂的。例如：夹杂、微孔、晶 弹性力学在机械设计中的应用 在机械的运动分析和运动设计时，通常将机械按刚性系统来分析设计，这种方法称为静态分析和静态设计，其内容属于刚性力学的范畴。但是在实际的机械运动当中，许多机械运转速度较高、承载很大,机械的弹性变形对系统的影响不容忽视，必须将机械系统按弹性系统进行分析和设计，这就属于弹性力学范畴了。 1.弹性力学在凸轮机构设计中的应用 机械中的常用凸轮机构其激振频率f 与系统最低固有频率n f 之比：n f z f =。当z ≥0.1时，称为高速凸轮机构，其动态位移误差随z 值的增大而急剧增大，必须按弹性系统处理。其分析和设计如下： (1)弹性动力学模型的建立。为了简化设计，通常将构件的连续分布质量看作无质量的弹簧来表示构件的弹性，用无质量、无弹性的阻尼元件表示系统的阻尼,并忽略一些次要的影响因素，从而把凸轮机构简化成由若干无弹性的集中质量和无质量的弹簧以及阻尼元件组成的弹性系统。例如，对于图1所示的凸轮机构，在仅考虑从动件弹性情况下，其动力模型如图2所示。其中m 为从动件质量；f k 为从动件弹性刚度；s k 为力锁合弹簧的弹性刚度；c y 为从动件输入端 (尖底)位移，与凸轮轮廓曲线形状有关；s y 为从动件输出端位移；c 为阻尼系数；Q 为工作载荷。该弹性系统的运动微分方程为： 22()s s S F C s s d m c Q dt d y y d y y y k K t =---- (2)从动件输出端真实运动规律的确定。当已知c y (t)时，由式(a)可求得从动件输出端的真实位移规律s y (t)，即从动件输出端对激振的动态位移响应。 (3)从动件输出端运动规律的选择及凸轮轮廓曲线的设计。在设计高速凸轮机构时，为使c y (t)的一阶、二阶导数连续，以避免输入端冲击,s y (t)应满足四阶导数都连续。当选定s y (t)后，由式(a)可求得输入端运动规律c y (t)，再由此设计凸轮轮廓曲线。 2．弹性力学在齿轮机构设计中的应用 齿轮机构在设计时也运用了弹性力学的知识，渐开线作为齿廓曲线存在诸多优点，但用弹性力学知识加以分析便得出它存在一些固有的缺陷，现简要说明如下： 当两齿轮啮合传动时，根据弹性力学中的赫兹公式知，两齿轮在接触处的最大接触应力为δmax= 。式中P 为两齿面在接触线单位长度上的载荷；E Σ为与两轮材料有关的综合弹性模量， 1 气体力学原理 目前大部分冶金炉(除电炉外)热能的主要来源就是靠燃烧燃料来供给的。燃料燃烧需要供入炉内大量空气,并在炉内产生大量的炉气。高温的炉气就是传热的介质,当它将大部分热能传给被加热的物料以后就从炉内排出。 气体在炉内的流动,根据流动产生的原因不同,可分为两种:一种叫自由流动,一种叫强制流动。 自由流动就是由于温度不同所引起各部分气体密度差而产生的流动; 强制流动就是由于外界的机械作用而引起的气体流动,如鼓风机鼓风产生的压力差。 1、1 气体的主要物理性质与气体平衡方程式 1、气体的主要物理性能 液体与气体,由于分子间的空隙比固体大,它们都不能保持一定的形状,因而具有固体所没有的一种性质——流动性。 液体与气体统称为流体。 由于液体与气体具有流动性,因而它们能将自身重力与所受的外力按原来的大小向各个方向传递,这就是气体与液体的共同性。 气体与液体又各自具有不同的特性: ⑴液体就是不可压缩性流体(或称非弹性流体);气体就是可压缩性流体(或称弹性流体)。 在研究气体运动时,应注意气体的体积与密度随温度与压力的变 化,此为气体区别于液体的一个显著特性。 ⑵液体在流动过程中基本不受周围大气的影响;气体在流动过程中受周围大气的影响。 气体的主要物理性能如下: ⑴ 气体的温度 温标就是指衡量温度高低的标尺,它规定了温度的起点(零点)与测量温度的单位。 目前国际上常用的温标有摄氏温标与绝对温标两种: a 、摄氏温标: 在标准大气压下(760mmHg),把纯水的冰点定为零度,沸点定为100度,在冰点与沸点之间等分为100个分格,每一格的刻度就就是摄氏温度1度,用符号t 表示,其单位符号为℃。 b 、绝对温标: 即热力学温标,又名开尔文温标,用符号T 表示,其单位符号为K 。这种温标就是以气体分子热运动平均动能超于零的温度为起点,定为0 K,并以水的三相点温度为基本定点,定为273、16K,于就是1 K 就就是水的三相点热力学温度16 .2731。 绝对温标与摄氏温标的关系: T ＝273、15+ t K 气体在运动过程中有温度变化时,气体的平均温度常取为气体的始端温度t 1与终端温度t 2的算术平均值,即: 工程力学在生活生产中的应用 摘要：本文从结构力学的发展史和学科体系，来阐述工程力学在生活生产中的应用。 关键词:工程结构受力强度 结构力学主要研究工程结构受力和传力的规律，以及如何进行结构优化的学科。工程结构是能够承受和传递外载荷的系统，包括杆、板、壳以及它们的组合体，如飞机机身和机翼、桥梁、屋架和承力墙等。结构力学的任务是研究工程结构在外载荷作用下的应力、应变和位移等的规律；分析不同形式和不同材料的工程结构，为工程设计提供分析方法和计算公式；确定工程结构承受和传递外力的能力；研究和发展新型工程结构。 观察自然界中的天然结构，如植物的根、茎和叶，动物的骨骼，蛋类的外壳，可以发现它们的强度和刚度不仅与材料有关，而且和它们的造型有密切的关系，很多工程结构就是受到天然结构的启发而创制出来的。结构设计不仅要考虑结构的强度和刚度，还要做到用料省、重量轻．对某些工程来说减轻重量尤为重要，比如飞机重量的减轻就可以使飞机航程远、上升快、速度大、能耗低。 结构力学的发展简史：随着社会的进步，人们对结构设计的规律以及结构的强度和刚度逐渐有了认识，并且积累了宝贵的经验，这表现在古代建筑的辉煌成就中，如埃及的金字塔，中国的万里长城、赵州安济桥、北京故宫等等。尽管在这些结构中隐含 有力学的知识，但并没有形成一门学科。就基本原理和方法而言，结构力学是与理论力学、材料力学同时发展起来的。所以结构力学在发展的初期是与理论力学和材料力学融合在一起的。到19世纪初，由于工业的发展，人们开始设计各种大规模的工程结构，对于这些结构的设计，要作较精确的分析和计算。因此，工程结构的分析理论和分析方法开始独立出来，到19世纪中叶，结构力学开始成为一门独立的学科。19世纪中出现了许多结构力学的计算理论和方法。法国的纳维于1826年提出了求解静不定结构问题的一般方法。从19世纪30年代起，由于要在桥梁上通过火车，不仅需要考虑桥梁承受静载荷的问题，还必须考虑承受动载荷的问题，又由于桥梁跨度的增长，出现了金属桁架结构。从1847年开始的数十年间，学者们应用图解法、解析法等来研究静定桁架结构的受力分析，这奠定了桁架理论的基础。1864年，英国的麦克斯韦创立单位载荷法和位移互等定理，并用单位载荷法求出桁架的位移，由此学者们终于得到了解静不定问题的方法。基本理论建立后，在解决原有结构问题的同时，还不断发展新型结构及其相应的理论。 19世纪末到20世纪初，学者们对船舶结构进行了大量的力学研究，并研究了可动载荷下的粱的动力学理论以及自由振动和受迫振动方面的问题。20世纪初，航空工程的发展促进了对薄壁结构和加劲板壳的应力和变形分析，以及对稳定性问题的研究。同时桥梁和建筑开始大量使用钢筋混凝土材料，这就要求科 题目：工程力学的应用和发展 学生姓名：*** 学号：********** 专业：工程力学专业 学院（系）：力学与工程科学学院 2012 年11 月17 日 摘要 随着当代社会的进步和发展，随着改革开放的深入，我们国家的经济得到快速的发展，各行各业都步入快速的发展过程中，作为当代大学生我们有责任也有义务为国家的发展和繁荣做出自己的贡献。然而，当今社会就业竞争压力大已然成为不争的事实，怎样才能让自己学有所有，让自己所学的知识应用到生产生活里面，让自己能够找到一份合适的工作，使自己的专业知识得到最大程度的应用，使自己的人生观的以实现。我认为，作为一名在校大学生，应该了解自己所在专业的应用与发展，为将来的职业规划起到一定的铺垫作用。从自身来讲，作为工程力学系的一名学生，对于本专业的研究是必要的。 1.绪论 1.1工程力学专业的基本特征 工程力学专业作为一门基础学科，主要研究力学方面的知识，而正是因为基础学科的特性，所以在很多方面他并不是那么引人注目。但力学既是基础学科，又是应用学科：作为基础学科它与数理化天地生同样重要，是机械、土木、交通、能源、材料、仪器仪表等相关工科的基础；作为应用学科，它几乎与所有工科专业交叉，直接解决工科专业发展和工程实际中的力学难题。现在的工程力学专业，与时俱进，多增加了使用大型工程力学分析软件解决实际问题以及利用计算机辅助测试系统进行工程测试和分析的学习。可以说，它亦理亦工，同时精通计算机。学理工的人都知道，力学是现代工程技术的基础，力学不好学，学得好的人必定能够在工程领域中游刃有余，无论在哪一行，机械、土建、材料、能源、交通、航空航天、船舶、水利、化工，都可以一点即通，是最为典型的“厚基础、宽口径”专业。就时代而言，工程力学也是碰到了好年头，百业俱兴，各类基础建设开展得轰轰烈烈，工程力学无论参与到建筑设计还是土木施工中都大有可为，能源采掘、船舶制造和航天器制造，也都要充分用到力学知识，力学是工科中的“万金油”专业。从这里我们就可以清楚地看到工程力学专业大致的研究方向。从而对于他的发展及应用有大致认识[1]。 2.工程力学专业的应用和发展 2.1工程力学专业的大致就业前景 工程力学专业大致的就业方向有下面五点 1 学校和科研单位 选择研究所的人占了很大一部分比例。大多数是航空集团下属的研究所。这种单位的工资水平不是很高，但是也是比较安稳的。工作地点主要在沈阳、西安、北京、上海。去学校当老师的相对少一些，主要是由于目前硕士生的扩招，学校对老师的学历要求也随之提高。 2 继续读博 这也是很多工程力学硕士生的选择。而且很大一部分选择了继续在南航读博，除了南航的工程力学实力比较雄厚原因之外，导师因素和本身对硕士课题比较了解 材料力学在工程实际中的应用 材料力学就是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、稳定与导致各种材料破坏的极限。而研究材料力学在工程实际中的应用,将会直接给我们在进一步的学习中提供一个现实的模型。 材料力学在生活中的应用十分广泛。大到机械中的各种机器建筑中的各个结构小到生活中的塑料食品包装很小的日用品。各种物件都要符合它的强度、刚度、稳定性要求才能够安全、正常工作所以材料力学就显得尤为重要。生活中机械常用的连接件如铆钉、键、销钉、螺栓等的变形属于剪切变形在设计时应主要考虑其剪切应力。汽车的传动轴、转向轴、水轮机的主轴等发生的变形属于扭转变形。火车轴、起重机大梁的变形均属于弯曲变形。有些杆件在设计时必须同时考虑几个方面的变形如车床主轴工作时同时发生扭转,弯曲及压缩三种基本变形钻穿立柱同时发生拉伸与弯曲两张变形。 说到材料力学,我们首先应该了解它的属性。材料力学在工程中常用的属性主要有: 1、密度ρ:密度与结构自重与地震荷载有关。 2、弹性模量E:指的就是材料在在单位长度、单位截面面积下受到单位轴向力时的轴向变形量。 3、强度f:材料的承受能力。 4、泊松比v:指的就是材料在受轴向力时,材料的横向变形或材料的轴向变形。 5、剪切模量G:指的就是材料在单位长度、单位截面面积下受到单位剪切力时的侧向变形量。 材料力学研究的主要问题就是杆件的强度、刚度与稳定性问题,因此,制成杆件的物体就应该就是变性固体,而不能像理论力学中那样认为就是钢体。变形固体中的变形就成为它的主要基本性质之一,必须予以重视。 例如,在土建、水利工程中,组成水闸闸门或桥梁的个别杆件的变形会影响到整个闸门或桥梁的稳固,基础的刚度会影响到大型坝体内的应力分布;在机电设备中,机床主轴的变形过大就不能保证机床对工作的加工精度,电机轴的变形过大就会使电机的转子与定子相撞,使电机不能正常运转,甚至损坏等等。因此,在材料力学中我们必须把组成杆件的各种固体瞧做就是变性固体,固体之所以发生变形,就是由于在外力作用下,组成固体的各微粒的相对位置会发生改变的缘故。在材料力学中,我们要着重研究这种外力与变形之间的关系。大多数变形固体具有在外力作用下发生变形,但在外力除去后又能立刻恢复其原有形状与尺寸大小的特性,我们把变形固体的这种基本性质成为弹性,把具有这种弹性性质的变形固体成为完全弹性体。若变性固体的变形在外力除去后只能恢复其中一部分,这样的固体成为部分弹性体,部分弹性体的形变可分为两部分;一部分就是随着外力除去而消失的变形,成为弹性变形;而另一部分就是在外力除去后仍不能消失的变形成为塑性变形。严格的说,自然界中并没有完全弹性体,一般的变性固体在外力作用下,总 题目：工程力学的应用与发展 学生姓名： 学号： 专业： 学院（系）： 2012 年11 月13 日 目录 摘要 0 1 绪论 0 2工程力学的发展 (1) 2.1工程力学的特点........................................................................ .. (1) 2.2研究内容和方向........................................................................ .. (1) 3 工程力学的应用 (2) 3.1材料力学........................................................................... .... .. (2) 3.2固体力学........................................................................... .... .. (2) 3.3流体力学........................................................................... .... .. (3) 3.4结构力学........................................................................... .... .. (4) 4．结论 (5) 参考文献 (5) 摘要 工程力学是力学的一个分支，它主要涉及机械、土建、材料、能源、交通、航空、船舶、水利、化工等各种工程与力学结合的领域。从工程上的应用来说，工程力学它包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，结构力学，材料力学，土力学，岩体力学等。 1.绪论 工程力学是20世纪50年代末出现的。首先提出这一名称并对这个学科做了开创性工作的是中国学者钱学森。 在20世纪50年代，出现了一些极端条件下的工程技术问题，所涉及的温度高达几千度到几百万度，压力达几万到几百万大气压，应变率达百万分之一～亿分之一秒等。在这样的条件下，介质和材料的性质很难用实验方法来直接测定。为了减少耗时费钱的实验工作，需要用微观分析的方法阐明介质和材料的性质；在一些力学问题中，出现了特征尺度与微观结构的特征尺度可比拟的情况，因而必须从微观结构分析入手处理宏观问题；出现一些远离平衡态的力学问题，必须从微观分析出发，以求了解耗散过程的高阶项；由于对新材料的需求以及大批新型材料的出现，要求寻找一种从微观理论出发合成具有特殊性能材料的“配方”或预见新型材料力学性能的计算方法。在这样的背景条件下，促使了工程力学的建立。工程力学之所以出现，一方面是迫切要求能有一种有效的手段，预知介质和材料在极端条件下的性质及其随状态参量变化的规律；另一方面是近代科学的发展，特别是原子分子物理和统计力学的建立和发展，物质的微观结构及其运动规律已经比较清楚，为从微观状态推算出宏观特性提供了基础和可能。 .总的来说，工程力学具有现代工程与理论相结合的的特点，有很大的知识面和灵活性，对国家现代化建设具有重大意义。 材料力学在工程中的一些应用 一、材料属性 讲到材料力学与工程，首先说说材料属性。材料在工程中常用的属性主要有： 1、密度 （与结构自重和地震荷载有关） 2、弹性模量E （指的是材料在单位长度、单位截面面积下受到单位轴向力时的轴向变形量） 3、强度f（材料的承受能力） 4、泊松比v（指的是材料在受轴向力时，材料的横向变形/材料的轴向变形） 5、剪切模量G （指的是材料在单位长度、单位截面面积下受到单位剪切力时的侧向变形量） 二、截面的主要属性 对于杆件来说，都有截面，不同的截面就会有不同的截面属性，在工程中用到的截面属性主要有： 1、惯性矩I （惯性矩×弹性模量=截面的抗弯刚度） 2、抵抗矩W [截面所受的弯拒÷（抵抗矩×塑向发展系数）=截面所受的最大弯曲应力] 3、截面面积A 4、面积矩（截面静矩）S 5、抗扭惯性矩I k 6、抗扭抵抗矩W k 7、回转半径i （长细比=长度/回转半径） 截面属性有很多软件都可以直接计算出来，在这里就不作太多的介绍，下面讲一下在CAD中怎么求得这些截面属性。 1、在CAD中等比例绘制截面（如下图） 2、把绘制好的截面建成面域，点工具——查询——查询面域特性，可以看到如下图的结果 但是此时的截面特性是相对于原点的值，与我们要的结果不同 3、看到上面的属性里有质心坐标，我们把CAD的坐标移动到质心上（如下图） 4、重新点工具——查询——查询面域特性，可以看到如下图的结果 现在的属性就是截面相对与截面形心的正确值了，但是上面只有截面面积、惯性矩、回转半径等属性。 5、抵抗矩的求法 X轴向的抵抗矩W x =I x /Y轴方向的边界离质心的距离 Y轴向的抵抗矩W y =I y /X轴方向的边界离质心的距离 （同一轴向上求出来的结果分为正负方向，计算时取小值） 6、面积矩的求法 求X轴的面积矩，先把画好的截面沿X轴切掉一半去（如下图） 工程力学 系别： 专业： 姓名： 学号： 班级： 工程力学在材料中的应用 在我们所学习的孟凡深版《工程力学》中的绪论谈到工程力学包括理论力学的静力学和材料力学的有关 内容，是研究物体机械运动 的一般规律和有关构件的 强度、刚度、稳定性理论的 科学，是一门理论性和实践 性都较强的专业基础课。 工程力学是研究有关物 质宏观运动规律，及其应用 的科学。工程力学提出问 题，力学的研究成果改进工 程设计思想。从工程上的应 用来说，工程力学包括：质点及刚体力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。 人类对力学的一些基本原理的认识，一直可以追溯到史前时代。在中国古代及古希腊的著作中，已有关于力学的叙述。但在中世纪以前的建筑物是靠经验建造的。 1638年3月伽利略出版的著作《关于两门新科学的谈话和数学证明》被认为 是世界上第一本材料力学 著作，但他对于梁内应力分 布的研究还是很不成熟的。 纳维于1819年提出了关于 梁的强度及挠度的完整解 法。1821年5月14日，纳 维在巴黎科学院宣读的论 文《在一物体的表面及其内 部各点均应成立的平衡及 运动的一般方程式》， 这被认为是弹性理论 的创始。其后，1870 年圣维南又发表了关 于塑性理论的论文水 力学也是一门古老的 学科。早在中国春秋战 国时期(公元前5～前4 世纪），墨翟就在《墨 经》中叙述过物体所受 浮力与其排开的液体 体积之间的关系。欧拉 提出了理想流体的运 动方程式。物体流变学 是研究较广义的力学运动的一个新学科。1929年，美国的宾厄姆倡议设立流变学学会，这门学科才受到了普遍的重视。它分实验研究和理论分析与计算两个方面。但两者往往是综合运用，互相促进。 工程力学： 包括实验力学，结构检验，结构试验分析。模型试验分部分模型和整体模型试验。结构的现场测试包括结构构件的试验及整体结构的试验。实验研究是验证和发展理论分析和计算方法的主要手段。结构的现场测试还有其他的目的： 1.验证结构的机能与安全性是否符合结构的计划、设计与施工的要求； 2.对结构在使用阶段中的健全性的鉴定，并得到维修及加固的资料。 结构理论分析的步骤是首先确定计算模型，然后选择计算方法。 固体力学包括材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、复合材料力学以及断裂力学等。尤其是前三门力学在土木建筑工程上的应用广泛，习惯上把这三门学科统称为建筑力学，以表示这是一门用力学的一般原理研究各种作用对各种形式的土木建筑物的影响的学科。 土力学在二十世纪初期即逐淅形成，并在40年代以后获得了迅速发展。在其工程力学在材料中的应用
工程力学在机械制造中的应用
机械设计基础工程力学试题
工程力学在工程建设中的应用
材料力学在工程实际中的应用
机械设计基础(含工程力学)课程标准
【完整版】：力学在土木工程中的应用
力学在土木工程中的应用
【精品版】弹性力学在工程中的应用
弹性力学在机械设计中的应用
气体力学原理
工程力学在生活中的应用
工程力学的应用和发展
材料力学在工程实际中的应用
工程力学的应用与发展(论文)
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