力学在工程中的应用作者：孟泽林（学号：13109941032班级：13级电气类十班）摘要力学在工程中的应用十分广泛，它是机械工程，土木工程，食品工程等的重要基础之一，大到机械中的各种机器，建筑中的各个结构，小到汽车中的零部件，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，所以力学就显得尤为重要。作为当代的大学生，了解力学在工程中的广泛应用是非常有必要的。文章将就力学在工程中的一些典型应用做简单的的介绍，来提高对力学的理解和认识。关键词力学应用材料力学计算流体力学引言无论是生产还是生活中，随处都可以看见物理力学的应用。写这篇文章的目的就是能使大学生更加深入和具体地了解力学在工程中的应用，2.1材料力学在工程中的应用[1]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。利用材料力学中卸载与在加载规律得出冷作硬化现象，工程中常利用其原理以提高材料的承载能力，例如建筑用的钢筋与起重的链条，但冷作硬化使材料变硬、变脆，是加工发生困难，且易产生裂纹，这时应采用退火处理，部分或全部地材料的冷作硬化效应。工程设计中要特别注意减少构件的应力集中。在工程中，静不定结构得到广泛应用，如桁架结构。静不定问题的另一重要特征是，温度的变化以及制造误差也会在静不定结构中产生应力，这些应力称为热应力与预应力。为了避免出现过高的热应力，蒸汽管道中有时设置伸缩节，钢轨在两段接头之间预留一定量的缝隙等等，以削弱热膨胀所受的限制，降低温度应力。在工程中实际中，常利用预应力进行某些构件的装配，例如将轮圈套装在轮毂上，或提高某些构件承载能力，例如预应力混凝土构件。螺旋弹簧是工程中常用的机械零件，多用于缓冲装置、控制机构及仪表中，如车辆上的缓冲弹簧，发动机进排气阀与高压容器安全阀中的控制弹簧，弹簧称中的测力弹簧等。很多结构或构件在工作时，对于弯曲变形都有一定的要求。一类是要求构件的位移不得超过一定的数值。例如行车大量在起吊重物时，若其弯曲变形过大，则小车行驶时就要发生振动；若传动轴的弯曲变形过大，不仅会使齿轮很好地啮合，还会使轴颈与轴承产生不均匀的磨损；输送管道的弯曲变形过大，会影响管道内物料的正常输送，还会出现积液、沉淀和法兰结合不密等现象；造纸机的轧辊，若弯曲变形过大，会生产出来的纸张薄厚不均匀，称为废品。另一类是要求构件能产生足够大的变形。例如车辆钢板弹簧，变形大可减缓车辆所受到的冲击；又如继电器中的簧片，为了有效地接通和断开电源，在电磁力作用下必须保证触电处有足够大的位移。2.2计算流体力学在化学工程中的应用[2]计算流体力学(CFD)是流体力学的一个分支,用于求解固定几何形状空间内的流体的动量、热量和质量方程以及相关的其他方程,并通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的有关数据。CFD最早运用于汽车制造业、航天事业及核工业,解决空气动力学中的流体力学问题。CFD计算相对于实验研究,具有成本低、速度快、资料完备、可以模拟真实及理想条件等优点,从而使CFD成为研究各种流体现象,设计、操作和研究各种流动系统和流动过程的有利工具。20世纪60年代末,CFD技术已经在流体力学各相关行业得到了广泛的应用,化学工程的模拟计算始于20世纪90年代后期,如今CFD已经成为研究化工领域中流体流动和传质的重要工具。CFD可以用于各种化工装置的模拟、分析及预测,如模拟搅拌槽混合设备的设计、放大;可以预测流体流动过程中的传质、传热,如模拟加热器中的传热效果,蒸馏塔中的两相传质流动状态;可以描述化学反应及反应速率,进行反应器模拟,如模拟出燃烧反应器、生化反应器中的反应速率;还可有效模拟分离、过滤及干燥等设备及装置内流体的流动。CFD基本原理及常用工具CFD是以动量、能量、质量守恒方程为基础,用数值计算方法直接求解流动主控...
