工程力學是什麼?概念、子領域和含義
技術力學是力學的一部分。它將物理原理應用於技術系統,並且主要處理在技術中很重要的固體。
主要目標是計算作用在物體中的力。 技術力學講座是機械工程和土木工程學位課程的一個組成部分。它也包含在其他工程科學中,如電氣工程、過程工程、工業設計或工業和運輸工程,但程度較小。
技術力學的職責範圍是提供理論計算方法,例如機械工程和結構工程。然後,部件或支撐結構的實際設計、材料的選擇等被以應用為導向的學科所取代,其中技術力學是一門輔助科學,例如設計理論或疲勞強度。
技術力學的科目是
經典力學定律,
數學物理物體的力學關係模型,
機械系統計算分析的具體而合理的方法。
經典分類為
靜力學,處理靜止(不動)物體(主要是一維桿件)上的力,
強度理論,涉及可變形物體(或主要是橫截面)並整合材料和橫截面特性,
動力學與動力學和運動學兩個子領域,處理運動物體。
另一方面,在物理學中,力學分為運動學和動力學,其中包含靜力學和動力學。
另一方面,理論力學(也稱為分析力學)是關於基於牛頓定律等公理發展一種非矛盾的數學理論。另一方面,在技術力學中,選擇了一種方法結構,該方法結構傳授了計算機器或結構所需的知識。
子領域
技術力學的分類在各地並不統一。一般來說,以下領域被認為是工程力學的子領域。
靜力學
靜力學是靜止時固體的力學。它包括剛體的靜力學,當力作用在剛體上時,剛體不會變形。作用在靜止物體上的所有力都處於平衡狀態。在這個條件下,可以從許多已知力中建立未知力的方程。例如,在橋樑的情況下,根據自重的重力可以知道到結構公差,假設或計算其他荷載,並且可以用它來計算軸承(橋墩)中的力。靜態計算主要是計算在要設計的元件中發生的力;在橋樑的情況下,例如,在車行道板中。靜力學中最重要的物體是梁,其長度遠大於其寬度和高度。可變形體可以藉助結構分析進行計算。在強度理論和動力學中,都假定由靜力學確定的力是已知的;因此,這些區域基於靜力學。
材料強度
原則上,力量理論處理的是可變形的物體,即變形但處於靜止狀態的物體,就像在靜力學中一樣。在彈性力學中,假設物體是有彈性的,這是強度理論的常見假設。然而,強度理論還包括塑性和粘性材料的行為,如蠕變。強度理論還涉及強度和剛度定律,以便能夠描述材料性能,因此與材料工程密切相關,另一方面,材料工程處理材料及其材料特定性能本身。非常重要的一點是機械應力(每個橫截面積的力)和應變(長度相對於總長度的變化)的概念。假設胡克定律,在恆定溫度下的一維情況下,應變與作用的機械應力成正比。強度理論的一個重要目標是計算給定力和材料的部件的必要橫截面。目的是確保發生的應力和變形小於允許的應力和變形。
動力學
動力學處理導致加速度的運動和時變負載,從而也導致運動。原則上,靜止狀態也被認為是運動的特例;然而,由於這在靜力學中已經進行了詳細處理,因此在這個技術力學領域中分析了具有非零速度的運動過程。在結構動力學和振動理論中,一種重要的運動形式是振蕩。在技術力學中,動力學通常分為
運動學,不考慮力,而只描述物體運動的幾何形狀,
動力學,除了運動學之外,還考慮了力和力矩。
在物理學中,在某種程度上在技術力學中,動力學(希臘語為力)是物理學中處理力的部分,分為靜力學(加速度等於零)和動力學(加速度等於零)。
動力學通常與固體有關,它還包括流體動力學和空氣動力學。這些領域也包含在建築動力學中,例如,水池用於抑制高層建築的振動或激發來自輸電桅杆的風。