材料力学在生活中的应用
摘要：
在高新技术的迅速发展的今天，各种土木建筑工程行业的迅速产生及壮大，使得材料力学知识在生活中得到广泛的运用。尤其在机械器材的装载和运载过程的相关运用，以及在土木建筑工程中材料的强度、刚度、稳定性等知识得到广泛的运用。以及各种机械元件工作许用应力的确定，机械可运载的最大载荷的确定等。
关键词：
汽车千斤顶材料力学、强度、刚度、稳定性、变形、弯曲、千斤顶
在实际生活中，有许多地方都要用到材料力学。生活中机械常用的连接件，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。在生活中我们用的很多包装袋上都会剪出一个小口，其原理就用到了材料力学的应力集中，使里面的食品便于撕开。生活中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，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。
1.千斤顶的承载重量是否可以任意大小
下面，就以我们常见的机械式千斤顶为例，利用材料力学的知识，分析它的规格参数与强度要求。
机械式千斤顶（如图一(a)示），设其丝杠长度为l ，有效直径为d ，弹性模量E ，材料抗压强度为，承载力大小为F ，规定稳定安全因数为。 l F    B    A    B
A
图一(a) 千斤顶示意图图一(b) 千斤顶丝杠简化图
首先，计算丝杆柔度，判断千斤顶丝杆为短粗杆，中等柔度杆，还是细长杆。
丝杆可以简化为一端固定，另一端自由的压杆（如图一(b)所示），长度因数。圆截面的惯性半径为，可计算柔度，查阅千斤顶这种材料的柔度表，将得到的与之比较，确定千斤顶丝杆的性质（一般千斤顶丝杆为中等柔度杆，但是针对具体千斤顶，应该具体分析），最后计算临界力。
如果千斤顶丝杆是细长杆，临界力用欧拉公式计算，其中E是丝杆的弹性模量；如果千斤顶丝杆是中等柔度杆，还要查阅丝杆材料数据手册，利用经验公式，其中a，b都是常数，可以从表里查阅到；如果千斤顶的丝杆是短粗杆，它只会发生强度破坏，不会发生失稳。
计算所得的是临界力，实际生活中，我们是不能直接加载到这个力大小的，因为稍微一个小的扰动，或者材料的不均匀，都会使千斤顶失稳，严重的可能造成千斤顶的破坏，或者是支撑物的损坏，也就是我们还要人为加进去一个安全因数（大于1的常数），使加载力，
确定好最大的安全加载力后，还要校正一下丝杆的强度，先假设力F 作用在圆心处，且与轴线平行，此时只要满足就可以认为加载力安全。
考虑实际生活中，千斤顶使用时承载力并不是集中力，即使将所有的力向圆心处等效，由于力作用面可能不对称，也会产生一个等效的力偶作用，假设等效力大小为，等效力偶为M ’，受力简图如图二所示。
图二 实际千斤顶受力向圆心简化结果
此时，千斤顶的丝杠发生拉伸与扭转的组合变形，危险截面在在丝杠边缘上各个位置。
从A-A 截面截开，在最靠近我们的点处取应力单元体，受力分析F ’
M ’ A    A
如图，其中是压应力，是切应力。
图三 A-A 截面边缘单元体受力情况
a 是截面的抗扭截面系数，对于千斤顶丝杠来说a ，只要给定直径d ，截面面积A 与截面的抗扭截面系数都是已知量。
最后校核这种受力状态下的丝杠强度。如果采用第三强度理论校核，则第一主应力（最大应力），如果采用第四强度理论校核，则第一主应力，选择其中一种校核，如果丝杠的第一主应力，则等效后合力与合力偶满足强度要求，如果不满足这个不等式，则要想法减小，有两个途径，第一，可以减小，通过减小承载力F 或者增大丝杠的直径d 可以达到减小压应力的要求；第二，可以减小，可以通过合理分布载荷F ，使分布载荷对圆心的合力偶尽量小达到要求。