物理力学在机械方面的应用

裘翔雄

【摘要】：物理学是一门范围很广泛的学科，包括声学、光学、电学、力学等等。物理学也是与人们现实生活密不可分的。其中力学是一门很重要的学科，它广泛的应用于生活中的各个领域。对于机械领域，力学更是重中之重的理论基础。下文就是本人对于力学在机械方面应用的研究分析。

【关键词】：物理力学 机械方面 应用

一、力学的概念

力学是一门独立的基础学科，是有关力、运动和介质（固体、液体、气体和等离子体），宏、细、微观力学性质的学科，研究以机械运动为主，及其同物理、化学、生物运动耦合的现象。力学包括弹性力学、流体力学、热力学、静力学、断裂力学、工程力学、量子力学等，范围较广泛。

二、物理力学在机械方面的应用

（一）弹性力在机械方面的应用

弹性力是指弹性物体因外力产生形变后的恢复力，简称弹力。弹力属于固体力学中的重要组成部分，也称之为“弹性理论”。通过弹性力的研究分析，发现机械设计过程中会存在一些问题。在机械运转的过程中可能会出现很多状况，例如，机械在运行的过程中，内部的构件会给机械带来力的作用；由于机械的高速运转，会导致机械发生弹性形变问题【1】。这些状况对于机械的正常运转起着至关重要的作用，因此为了避免机械在运转的过程中发生问题，就必须掌握一定的关于弹性力的知识，通过弹性力的理论知识改善机械设计的不足。

齿轮的设计就用到了很多有关弹力学的知识，为了保证齿轮曲线的规范，就应该充分的利用渐开线对齿轮的外部曲线进行设计。但是这样的设计也有一定的缺点，当两个齿轮在咬合转动时，根据弹力的知识不难知道，在其他条件相同的情况下，应该通过增强两个齿轮廓在接触点的综合曲率半径，才能减少两个齿轮廓在接触点的最大接触力；对于利用渐开线设计的齿轮来说，要增强两个齿轮廓在接触点的最大接触力，就要增加齿轮的尺寸，但是两个齿轮之间的接触点处的综合曲率半径是有增大限度的，因此不能很好的满足需要【2】。当然，不只是齿轮的设计需要重视，轴承的设计与材质也应该加以计算研究后使用。

（二）断裂力学在机械方面的应用

断裂力学是研究材料和工程结构中裂纹扩展规律的一门学科，裂纹是指宏观的、肉眼可见的裂纹，断裂力是固体力学的一部分。主要包括，线弹性断裂力学、弹塑性断裂力学和断裂动力学等等【3】。线弹性断裂力学是一种被用于裂纹较为轻缓的情况，应用的范围较窄，具有一定的局限性。弹塑性断裂力学是一种被用于裂纹较为严重的情况。这就要求机械设计人员掌握一定的知识，根据情况利用不同的方法、原理设计机械。随着经济的发展和科学技术的进步，断裂力的研究获得了很多突破和进展，方便了机械工程的继续发展。

在机械的高速运行的过程中，难免会由于受力不均等原因，造成机械的内部零件出现变形或者断裂的情况。这就要求设计者在进行设计时，合理的利用断裂力学的理论原理对机械进行设计，保证机械的质量以及安全性。同时，利用断裂力学还能在一定程度上优化生产过程中运用的制造工艺，节约机械制造企业的生产成本。断裂力学对于焊接、工艺等方面也有着很重要的推进作用，还能提高工作效率，减少工人们的工作量。

（三）工程力学在机械方面的应用

工程力学涉及众多的力学学科分支与广泛的工程技术领域，是一门理论性较强、与工程技术联系极为密切的技术基础学科，工程力学的定理、定律和结论广泛应用于各行各业的工程技术中，是解决工程实际问题的重要基础。主要的研究领域包括实验力学、结构检验、结构实验分析等等。由于现在科学技术的进步以及电子计算机的应用，工程力学发展的也较为成熟，使工程力学得到了发展和广泛的应用。

在不断的运行中，难免会有机械设备损坏的现象发生，一般这种情况下，通过利用工程力学的各种原理，或是相关的实验结论就能解决。像在汽车机械维修的过程中，首先就要判断出汽车半轴套管断裂的具体原因与修复的方法，这就要求维修人员熟练的掌握力学的各种知识，当然也包括工程力学的知识原理。工程力学不仅仅在机械的维修中起着至关重要的作用，在机械设计中也有着很大的作用，为了保证构件的的合理性，在进行螺纹连接与螺纹传动等相关工作时就需要计算连接强度，还应该借助工程力学对螺旋副进行受力分析。

（四）静力学在机械方面的应用

静力学是研究质点系受力作用时的平衡规律的学科，它是理论力学的一个分支。静力学主要有五大公理，分别是：力的平行四边形法则、二力平衡公理、加减平衡力系公理、牛顿第三定律和刚化公理。主要的基本物理量有两个，分別是力和力偶。力偶是指大小相等方向相反且作用线不在一条直线上的两个力。静力学在机械方面的应用也较为广泛。例如，平衡吊，平衡吊原理的特点就是，处处平衡。平衡吊是一种小型的起重机在工厂里常常用于机床边上起吊上百牛以上的加工零件，使用起来很方便。此外，台灯、制图尺就是模仿的平衡吊的原理。除了平衡吊还有采用棘轮与手板动棘轮组合的拉近工具、磅秤等等都是关于静力学的应用。

总结：根据以上的研究分析，不难看出，物理力学与生活是息息相关的，物理力学是一门非常实用性的学科。因此，为了使机械行业更快速的发展，应该重视起对于物理力学甚至是物理学的学习，培养专业型的人才，不断探索物理力学与机械方面的联系，利用现有的理论基础完善现代机械行业，促进机械行业进一步发展。

【参考文献】

【1】张巍.物理力学在机械方面的应用[J].现代职业教育，2016（26）：168.

【2】胡安华.高速铁路红层泥岩路基基床填料物理力学特性试验研究[D].西南交通大学，2008（05）：123-124.

【3】朱金鸣，独云嵩.机械系统动力学的发展[J].科技创业家，2012（11）：25-27.