彈性力學(xué)在工程中的應(yīng)用.doc

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1、彈性力學(xué)在土木工程中的應(yīng)用摘要：彈性力學(xué)也稱彈性理論，主要研究彈性體在外力作用或溫度變化等外界因素下所產(chǎn)的應(yīng)力、彈性力學(xué)，應(yīng)變和位移，從而解決結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)中所提生出的強(qiáng)度和剛度問題。在土木工程方面，建筑物能夠通過有效的彈性可以抵消部分晃動(dòng)，從而減少在地震中房屋倒塌的現(xiàn)象；對(duì)于水壩結(jié)構(gòu)來說，彈性變化同樣具有曲線性，適合不斷變化的水壩內(nèi)部的壓力，還有大型跨頂建筑、斜拉橋等等。彈性力學(xué)在土木工程中還有一些重要應(yīng)用實(shí)例，如：地基應(yīng)力與沉降計(jì)算原理、混凝土板的計(jì)算方法、混凝土材料受拉劈裂試驗(yàn)的力學(xué)原理、混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫分析、工程應(yīng)變分析、結(jié)構(gòu)中的剪力滯后問題等。關(guān)鍵詞：彈性力學(xué)、力

2、學(xué)、彈性變形、有限元法、強(qiáng)度、土木工程正文：彈性力學(xué)也稱彈性理論，主要研究彈性體在外力作用或溫度變化等外界因素下所產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和位移，從而解決結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)中所提出的強(qiáng)度和剛度問題。在研究對(duì)象上，彈性力學(xué)同材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)之間有一定的分工。材料力學(xué)基本上只研究桿狀構(gòu)件；結(jié)構(gòu)力學(xué)主要是在材料力學(xué)的基礎(chǔ)上研究桿狀構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)，即所謂桿件系統(tǒng)；而彈性力學(xué)研究包括桿狀構(gòu)件在內(nèi)的各種形狀的彈性體。它是材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、塑性力學(xué)和某些交叉學(xué)科的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、化工、航天等工程領(lǐng)域。彈性力學(xué)彈性體是變形體的一種，它的特征為：在外力作用下物體變形，當(dāng)外力不超過某一限度

3、時(shí)，除去外力后物體即恢復(fù)原狀。絕對(duì)彈性體是不存在的。物體在外力除去后的殘余變形很小時(shí)，一般就把它當(dāng)作彈性體處理。彈性力學(xué)所依據(jù)的基本規(guī)律有三個(gè)：變形連續(xù)規(guī)律、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和運(yùn)動(dòng)(或平衡)規(guī)律，它們有時(shí)被稱為彈性力學(xué)三大基本規(guī)律。彈性力學(xué)中許多定理、公式和結(jié)論等，都可以從三大基本規(guī)律推導(dǎo)出來。連續(xù)變形規(guī)律是指彈性力學(xué)在考慮物體的變形時(shí)，只考慮經(jīng)過連續(xù)變形后仍為連續(xù)的物體，如果物體中本來就有裂紋，則只考慮裂紋不擴(kuò)展的情況。對(duì)于物體彈性變形，變形的機(jī)理，應(yīng)從材料內(nèi)部原子間里的作用來分析。實(shí)際上，固體材料之所以能保持其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是由于組成該固體材料（如金屬）的原子間存在著

4、相互平衡的力，吸力使原子間密切聯(lián)系在一起，而短程排斥力則使各原子間保持一定的距離在正常情況下，這兩種力保持平衡，原子間的相對(duì)位置處于規(guī)則排列的穩(wěn)定狀態(tài)。受外力作用時(shí)，這種平衡被打破，為了恢復(fù)平衡，原子便需產(chǎn)生移動(dòng)和調(diào)整，使得吸力、斥力和外力之間取得平衡。因此，如果知道了原子之間的力相互之間的定律，原則上就能算出晶體在一定彈性力作用下的反應(yīng)。實(shí)際上，固體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是多樣的、復(fù)雜的。例如：夾雜、微孔、晶界等，都是影響變形發(fā)展的因素。目前的一些學(xué)說仍不能尚不能解釋全部固體材料的微觀機(jī)理。主要是由于所有的工程材料都不可避免的有缺陷存在。對(duì)于工程問題來說不必具體分析每一個(gè)材料對(duì)于材

5、料性態(tài)的影響，而只需宏觀的研究其統(tǒng)計(jì)特性，即可解決工程力學(xué)中的力學(xué)分析問題。僅宏觀的彈性體在受外部作用時(shí)應(yīng)力場和位移場的分布，主要是梁、板、殼這一類結(jié)構(gòu)及其它形式的結(jié)構(gòu)物和構(gòu)筑物的彈性力學(xué)問題。彈性力學(xué)的典型問題主要有一般性理論、柱體扭轉(zhuǎn)和彎曲、平面問題、變截面軸扭轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)體軸對(duì)稱變形等方面。土木工程中的結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)與力學(xué)息息相關(guān)、緊密聯(lián)系。那么彈性力學(xué)在土木工程中到底有哪些應(yīng)用呢?土木工程包括工民建、路橋、巖土、地下結(jié)構(gòu)等多個(gè)專業(yè)方向，顯然不同專業(yè)方向?qū)椥粤W(xué)要求的程度是不相同的，其中應(yīng)說以巖土、地下等專業(yè)方向?qū)椥粤W(xué)要求較高，而其它專業(yè)方向尤其是建工方向則相對(duì)低一些

6、。彈性力學(xué)，在土木工程方面，建筑物能夠通過有效的彈性可以抵消部分晃動(dòng)，從而減少在地震中房屋倒塌的現(xiàn)象；對(duì)于水壩結(jié)構(gòu)來說，彈性變化同樣具有曲線性，適合不斷變化的水壩內(nèi)部的壓力，還有大型跨頂建筑、斜拉橋等等。彈性力學(xué)在土木工程中還有一些重要應(yīng)用實(shí)例，如：地基應(yīng)力與沉降計(jì)算原理、混凝土板的計(jì)算方法、混凝土材料受拉劈裂試驗(yàn)的力學(xué)原理、混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫分析、工程應(yīng)變分析、結(jié)構(gòu)中的剪力滯問題等。材料力學(xué)及結(jié)構(gòu)力學(xué)主要研究的是“桿狀”構(gòu)件（或結(jié)構(gòu)）的力學(xué)問題，所謂的“桿狀”構(gòu)件是指構(gòu)件的縱向尺寸遠(yuǎn)大于其橫向尺寸，如常見的梁構(gòu)件，其縱向長度遠(yuǎn)大于梁高和寬，對(duì)于這樣的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)可以引入某

7、些計(jì)算假定，如平截面假定，由這些假定所得到的分析結(jié)果與實(shí)際情況吻合良好，這一類的“桿狀”構(gòu)件在土木工程中得到了大量的應(yīng)用，因此在一些承重的“過梁”上經(jīng)常用到“彈性力學(xué)”，這些過梁一般都受到自上而下的“力”如果把這樣的“過梁”作成水平，那么，長時(shí)間受到向下的力，“過梁”就會(huì)向下彎，久而久之，便形成變形。依據(jù)彈性力學(xué)的原理，把過梁作成向上彎一定幅度的形狀，當(dāng)受到向下的力時(shí)過梁就會(huì)把這種重力按過梁彎曲的形狀傳到垂直的“承重墻”那里使建筑物合理承受外力。另外還有連續(xù)梁、框架、排架及桁架結(jié)構(gòu)等，采用材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)可以研究這類結(jié)構(gòu)的強(qiáng)