【精品版】弹性力学在工程中的应用

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弹性力学在土木工程中的应用

摘要:弹性力学也称弹性理论,主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产的应力、弹性力学,应变和位移,从而解决结构或设计中所提生出的强度和刚度问题。在土木工程方面,建筑物能够通过有效的弹性可以抵消部分晃动,从而减少在地震中房屋倒塌的现象;对于水坝结构来说,弹性变化同样具有曲线性,适合不断变化的水坝内部的压力,还有大型跨顶建筑、斜拉桥等等。弹性力学在土木工程中还有一些重要应用实例,如:地基应力与沉降计算原理、混凝土板的计算方法、混凝土材料受拉劈裂试验的力学原理、混凝土结构温度裂缝分析、工程应变分析、结构中的剪力滞后问题等。

关键词:弹性力学、力学、弹性变形、有限元法、强度、土木工程

正文:

弹性力学也称弹性理论,主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移,从而解决结构或设计中所提出的强度和刚度问题。在研究对象上,弹性力学同材料力学和结构力学之间有一定的分工。材料力学基本上只研究杆状构件;结构力学主要是在材料力学的基础上研究杆状构件所组成的结构,即所谓杆件系统;而弹性力学研究包括杆状构件在内的各种形状的弹性体。它是材料力学、结构力学、塑性力学和某些交叉学科的基础,广泛应用于建筑、机械、化工、航天等工程领域。

弹性力学弹性体是变形体的一种,它的特征为:在外力作用下物体变形,当外力不超过某一限度时,除去外力后物体即恢复原状。绝对弹性体是不存在的。物体在外力除去后的残余变形很小时,一般就把它当作弹性体处理。弹性力学所依据的基本规律有三个:变形连续规律、应力-应变关系和运动(或平衡)规律,它们有时被称为弹性力学三大基本规律。弹性力学中许多定理、公式和结论等,都可以从三大基本规律推导出来。连续变形规律是指弹性力学在考虑物体的变形时,只考虑经过连续变形后仍为连续的物体,如果物体中本来就有裂纹,则只考虑裂纹不扩展的情况。

对于物体弹性变形,变形的机理,应从材料内部原子间里的作用来分析。实际上,固体材料之所以能保持其内部结构的稳定性是由于组成该固体材料(如金属)的原子间存在着相互平衡的力,吸力使原子间密切联系在一起,而短程排斥力则使各原子间保持一定的距离在正常情况下,这两种力保持平衡,原子间的相对位置处于规则排列的稳定状态。受外力作用时,这种平衡被打破,为了恢复平衡,原子便需产生移动和调整,使得吸力、斥力和外力之间取得平衡。因此,如果知道了原子之间的力相互之间的定律,原则上就能算出晶体在一定弹性力作用下的反应。实际上,固体结构的内部是多样的、复杂的。例如:夹杂、微孔、晶