材料力学
(重定向自材料強度)
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材料力學研究材料在各種力和力矩的作用下所產生的應力和應變,以及剛度和强度的問題。通常是機械工程、土木工程和建築工程以及相關專業的大學生必須修讀的課程,通常在修讀材料力學之前,會要求先修讀應用力學。
材料力學的研究對象主要是棒狀材料,如杆、梁、軸等。對於桁架結構的問題在結構力學中討論,彈性結構的問題在彈性力學中討論。
研究内容
在人們運用材料進行工業工程、機械、土木、建築生產的過程中,需要對材料的實際承受能力和内部變化進行研究,這催生出材料力學。運用材料力學知識可以:
- 分析材料的强度、刚度和穩定性。
- 在機械設計中使材料在相同的強度下可以减少材料用量,優化機構設計,以達到降低成本、減輕重量等目的。
- 将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的線性彈性物體。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料,所以須要各种理论与实际方法对材料进行實驗比較。
- 材料在機構中會受到拉伸、壓縮、彎曲、扭轉及其組合等變形。根據胡克定律(Hooke's law),在彈性限度内,物體的應力與應變成線性關係。
电阻应变片的测量原理
金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之外,還與金屬絲的長度,横截面積有關。將金屬絲黏貼在構件上,當構件受力變形時,金屬絲的長度和横截面積也隨著構件一起變化,進而發生電阻變化。
其中, 為材料的靈敏係數,其物理意義是單位應變的電阻變化率,標誌著該類絲材電阻應變片效應顯著與否。 為測點處應變,為無量纲的量,但習慣上仍给以單位微應變,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
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,从而计算材料的應力分布等数据。
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。
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