材料力学
(重定向自材料強度)
材料力学研究材料在各种力和力矩的作用下所产生的应力和应变,以及刚度和强度的问题。通常是机械工程、土木工程和建筑工程以及相关专业的大学生必须修读的课程,通常在修读材料力学之前,会要求先修读应用力学。
研究内容
编辑在人们运用材料进行工业工程、机械、土木、建筑生产的过程中,需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究,这催生出材料力学。运用材料力学知识可以:
- 分析材料的强度、刚度和稳定性。
- 在机械设计中使材料在相同的强度下可以减少材料用量,优化机构设计,以达到降低成本、减轻重量等目的。
- 将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料,所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。
- 材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律(Hooke's law),在弹性限度内,物体的应力与应变成线性关系。
电阻应变片的测量原理
编辑金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外,还与金属丝的长度,横截面积有关。将金属丝黏贴在构件上,当构件受力变形时,金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化,进而发生电阻变化。
其中, 为材料的灵敏系数,其物理意义是单位应变的电阻变化率,标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。 为测点处应变,为无量纲的量,但习惯上仍给以单位微应变,常用符号 表示。
由此可知,金属丝在产生应变效应时,应变 与电阻变化率 成线性关系,这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。
材料力学实验
编辑由于研究内容的情况复杂,材料力学的课程一般要求安排材料力学实验课。
学生可以在材料力学实验课中对材料的形变进行测量,从而计算材料的应力分布等数据。
典型的实验包括:
- 简单拉伸压缩实验
- 冲击破坏实验
- 稳定性
- 微小形变测量
- 材料弹性测量
实验的内容主要在于对形变的测量和计算,也有些破坏实验进作为观察。由于材料的形变可能很小,实际的测量要求较高的精度和灵敏度。很多情况下人们使用电测法测量实验数据。基本原理是,利用导体(有时称为电阻应变片)在形变时电阻值的变化,将实验件的形变转化为电信号,放大后即可作为测量数据。为了弥补温度等非测量因素的影响,常常需要安排多个电阻应变片构成差值组或桥路,抵消误差。