机械行业中的力学应用问题的相关思考

        引言
随着知识经济时代的到来，工业经济逐步呈现出式微的发展态势，但其在经济生产和社会生活中仍然发挥着重要的功能与价值，对国家复兴具有积极的推动作用。机械行业是传统工业部门中的主体，不仅在促进社会经济发展方面起着重要作用，而且在科技创新领域有着重要的平台作用。通常力学在机械行业中起着很大的干预作用，如何解决机械行业中的力学应用问题，已经成为研究人员的关注重点。
1力学概述
力学属于运动和力相结合的科学，主要研究力和能量及其与气体、液体、固体的运动、变形或平衡的关系，可以粗略划分为动力学、运动学、静力学，在诸多方面的应用都十分广泛。作为一门独立的基础学科，力学的研究对象为机械运动的物质宏观体现，将其渗透到机械行业，有利于实现该行业的创新发展。通常力学拥有十分悠久的发展历史，其在古希腊时代属于自然哲学的范畴，后来逐渐发展为物理学的重要分支，而在牛顿三大定律提出之后成为独立的学科。在资本主义生产发展的趋势下，以运动学和动力学为主的经典力学日趋完善；19世纪的大机器生产时期，力学在工程技术中的发展促进了流体力学、弹性固体力学、结构力学等分支的形成；19世纪末期，力学已经发展为自成体系的基础学科。
2力学在机械行业中的应用
2.1工程力学的应用
随着科学技术的不断发展以及科研活动理论基础的日益夯实，物理学中的相关原理在机械设计领域的应用范围越来越广泛，不仅能够有效满足机械设备的相关要求，还能提高生产水平。工程力学作为一门系统性较强的学科，相关的定律和定理都被广泛应用在机械领域，尤其是机械设计方面，很好解决了现场问题；同时工程力学在实践应用中得出的相关结论被应用于机械维修和机械设计等方面，如现场的机械设备出现损坏时，利用工程力学的相关理论及其知识来分析与处理故障，提高生产效率。
2.2断裂力学的应用
作为固体力学中的重要组成部分，断裂力学的研究对象主要包括机械结构的裂纹寿命和裂纹强度，其在机械结构损伤设计中发挥着重要的作用。断裂力学在机械设计过程中可分为弹塑性断裂力学和弹性断裂力学这两种类型，其中前者主要是对裂纹尖端位置的大范围屈服设计进行研究，而后者则是对裂纹尖端位置小范围的屈服设计进行研究。将断裂力学分析应用在机械设计中，不仅能保证机械设备与机械部件的安全稳定运行，避免设备存在毁灭性的断裂，还能促进机械功效与机械性能的提升。目前我国将断裂力学应用在机械结构缺陷的处理和评定等方面，取得了良好的成效，例如：概率断裂力学在机械设计中的应用，在很大程度上提高了设计的可靠性，对机械设计可靠性的创新发展具有积极作用；断裂力学在压力容器设备中的运用，很好地保证了压力容器的运行及使用。值得注意的是，在断裂力学实际应用过程中，必须要科学运用相关的余度分布和设计参量，通过这些参数的校验与计算来客观反应机械设计的常规设计问题和安全系数。当然为了保证机械设计中的安全性能，可以采用强度二阶矩和应力二阶矩，以便直观体现机械设计的安全性能。此外，在机械设备材料的选择环节应用断裂力学，通过相关的断裂力学知识来改进加工工艺，或者是借助断裂力学系统检测与科学分析机械设备的断裂故障等，有利于节省劳动生产力，准确找出设备断裂位置及其原因，提高设备的失效维修和生产效率。
2.3弹性力学的应用
弹性力学也称之为弹性理论，是机械力学领域中的重要分支，主要研究的是在外部温度发生变化或外部压力干扰的前提下，弹性体所发生的一系列变形、位移与应力等，以此满足机械设计中所要求的结构刚度和结构强度问题。一般来说，许多机械在实际运行中往往会呈现出三种状态：①运行中出现弹性变形；②运行中机械内部的承载力较大；③运行中的速度较快。这几种状态会对机械系统的正常运行产生一定的影响，这就需要在机械设计环节充分运用与力学分析相关的弹性问题。在机械设计中应用弹性力学时，基本内容涉及轴、齿轮机构、凸轮结构等方面的设计。以齿轮机构设计为例，在设计中运用弹性力学的知识时，渐開线的存在为齿轮曲线的设计提供了有利条件，利用弹性力学进行确认与分析，能够及时发现齿轮渐开线设计中出现的缺陷，特别是两个齿轮相互啮合运行时存在的缺陷。根据赫兹公式可知：在相同的外部条件下，要想使两个齿轮基础面的最大受力有所降低，则需适当增大两个齿轮相交处的曲率半径。但是对渐开线齿轮来说，只有适当扩大齿轮外部轮廓，才能增加两个齿轮接触点之间的曲率半径，而在实际中其曲率半径的增大相对有限，很难加大齿轮的外部尺寸，也无法有效提升齿轮外部承载力。另外，轴设计中弹性力学的应用也十分广泛，利用弹性力学的相关公式与理论对轴的设计材质及直径大小进行运算，以此解决轴共振问题，如发动机或汽轮机主轴设计中采用弹性力学知识，有效确定与计算相关的共振。
3结语
总而言之，我国机械行业中的诸多问题研发都是以相应的力学分析为基础进行处理与阐述，借助力学建模与力学计算来解决机械行业中的应用问题十分常见，可以为机械设计提供理论支持。在当前的经济活动中，机械产品使用与机械设备之间的联系愈加紧密，因此在机械设计过程中需要深入研究力学理论，结合市场的实际发展需要进行理论创新与技术变革，进一步推动机械行业的持续稳定发展。
参考文献：
[1]吴翠红. 机械行业中的力学应用分析[J]. 科技创新与应用，2016，6（21）：154.
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