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略论机械工程师的几大力学

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发表于 2014-6-14 19:45:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
《经典力学》以静力学为入门,静力学的要旨在“平衡”,以虚功原理一以统之,不需要很高的数学技能;《材料力学》就完全是机械工程师的学问了,但要以经典力学为基础,并且它所研究的只是单一的杆件,用来设计一根轴,一根螺栓,一个销子,杆轴梁柱,对这些单件还行,对复合杆件结构就无能为力;《结构力学》济材力之穷,正好就是研究复合杆件结构的,研究好了,可以设计桁架结构,刚架结构。
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材料力学和结构力学,都是研究细长杆件的中间截面的,对于块体、厚壁圆筒、复合厚壁圆筒的内部应力分布,无能为力。  g: h0 R1 w/ w' ^3 s8 u! e

$ a$ P  I# E6 f9 m/ {# `; A! h6 @/ j至于《弹性力学》,要研究它,所需要的数学知识,远远大于所需要的力学知识。若只论套公式的话,没有研究过,你怎么知道套的对不对?
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4 {+ G1 I; ]3 K6 N材料力学的截面惯性矩,弹性力学的微分方程,需要研究数学分析(微积分)才能做出。数学分析研究上去,就要接触实数系,连续统,集合论……把一块材料看成无数粒子的集合,每一个点都与其坐标值,应力值,应变值相对应,放弃探求它们之间那隐幽的因果关系,转而寻找其点集之间的纯粹映射,并利用其纸面上的有形表现——映射图象,以及能进行映射运算的符号——微分方程,逐步反推而求解。# ?' n  a4 X- K9 N3 ~
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末尾附诗一首以抒怀:% D9 W( B6 ^0 b; A/ K/ }2 x1 P6 X
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       杜甫《不见》
6 n8 d$ N, a' m" [% p1 I4 e9 r不见李生久,佯狂真可哀!
; g# S3 q* S* n, F: s' E世人皆欲杀,吾意独怜才。0 `' p' F7 O7 b2 L8 [
敏捷诗千首,飘零酒一杯。) _( O3 s# c4 H  R# S
匡山读书处,头白好归来。
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点评

要是学完这些去画图,太浪费了。  发表于 2014-6-18 09:53
大学里学材料力学,感觉好难,那门课学的太艰难了,虽然考试过了,实际上没学懂。现在看看,还行。  发表于 2014-6-16 08:42
诸般力学皆学到,白发苍苍人已老;若要学完才画图,世间一事也难成。  发表于 2014-6-15 21:55
搞振动噪声的,总得了解一下声学的知识吧。总之,力学学是学不完的。你想手算,就算是编程计算吧,看看编程方面的书吧,数学分析少不了吧。“攻城狮们”累了点吧。  发表于 2014-6-15 21:28
这些都是基本的知识。如果应用行业不同。相应行业又有自己的简化方法和行业标准。里面也可以说是力学教科书。比如搞汽车的,你总得了解汽车动力学吧,汽车空气动力学吧,汽车方面的摩擦学知识吧  发表于 2014-6-15 21:23
当然,涉及到材料缓慢变化,似乎上面的知识也够了。但是如果遇到冲击这些材料应变变化快的情况,那就看看有关波传导,冲击力学的书。涉及到材料加工热处理这些。似乎还得看看热力学的书。  发表于 2014-6-15 21:20
如果单纯考虑静力状态的结构,上面的力学似乎够了。但是核心的是要掌握动力学,振动力学相关的知识。同样,如果深入理解疲劳的相关内容,就要掌握概率论的知识。如果对材料深入理解,最好看看晶体力学的书。  发表于 2014-6-15 21:16
理论力学,材料力学是学机械应该掌握的。结构力学是为钢结构设计做准备的。当然如果要设计好结构,就要了解塑性力学,前提是学好弹性力学。同时,学好塑性力学可以进一步了解疲劳的相关理论。  发表于 2014-6-15 21:12

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发表于 2014-6-14 19:52:31 | 显示全部楼层
弹性力学还是要学习的,对一个结构,有定量分析的能力,* ~* A8 S. j% `4 e; e
7 D7 t! E: M5 F8 L4 s+ @+ S
当然不是说弹性力学万能,对于结构边角的处理能力还不足,

点评

差分计算,在早年热力计算,流动计算,都用的非常多,现在有相应软件,但我从来建议年轻人是先学理论,再用计算机,而不是鼓励他们用这些‘模块’,不懂原理,直接用模块,一辈子就只能做‘菲佣’  发表于 2014-6-15 13:06
算到计算机一样的精度,那该得相当的耐心了。大侠,差分法在流体和热学计算里用得更广泛些吧。  发表于 2014-6-14 23:19
有耐心,可以玩到计算机一样的精度,只是没有必要,  发表于 2014-6-14 22:52
大侠,手拉网格用差分法计算能算到多复杂的东西呢。学弹性力学的时候照着徐芝纶书中的差分松弛算法例子算过几道题,实心规则截面的已经挺麻烦的了。要是截面内有空,边界不规则,计算该相当大了吧。  发表于 2014-6-14 22:48
就是经验了,横纵梁比例关系,其刚度比例关系,变形引起的‘尖点偏移’,应力集中的折减与增加,你会玩这些,就可以镇住小鼻子,小鼻子是最难缠的,敢把会议停了,把东西发会日本计算,都等着,但服了就是服了  发表于 2014-6-14 22:33
大概应力多少怎么知道的呢,经验吗  发表于 2014-6-14 22:27
我不算,有专门人给我计算,比如大机架,我知道哪里要算,就是说,在结构体的汇交点上,你会画哪个‘桃形’或‘梨形’,并且基本已经知道大概应力是多少了,就可以交给人家去计算,以前都是我自己算  发表于 2014-6-14 22:20
大侠你现在玩结构还手算吗  发表于 2014-6-14 22:16
懂的人少了,觉得神秘了,  发表于 2014-6-14 22:15
我记得有限元实际上是微分方程的一种数值解法,为何现在给捧为圣经了???  发表于 2014-6-14 22:13
不复杂,就是先学了弹性力学,再学习差分计算,矢量分解,按弹性力学公式就可以,但可能会累死你,我从来不玩‘神秘主义’,也不说什么高深东西,都是基础,就上面这些基础,你自己就可玩,编程计算就是了  发表于 2014-6-14 22:01
前辈,教我们手拉网格吧,这个好高端啊  发表于 2014-6-14 21:57
我还会‘手拉网格’,我后面的就没有会的,米国40年代,多数工程师都会玩,当年设计大轰炸机,有计算机吗?B29一样非常可靠,德国就不行,会精确计算的少,人数就不够,这就是国力差距  发表于 2014-6-14 21:52
像这种东西手算现在基本没人会了,大家都上软件了,前几天看到了个力士乐的设计,手绘图纸手算加有限元,简直牛逼坏了  发表于 2014-6-14 21:49
哈哈,大虾,40年代也是手算个中东西,当年的大铲也非常大的,有一套计算方式,也准确,当然比今天有些差距,大概有10%的误差,也不是很大的,  发表于 2014-6-14 21:41
手算那玩意感觉无从下手,我们几千吨的车架都是有限元,公司有人专门玩这个,一到关键时刻就请某著名大学来算  发表于 2014-6-14 21:33
早年也是手算的,我有人家算例,只是比较粗,现在都是有限元,有专门人玩这个,  发表于 2014-6-14 21:29
挖机的转台、车架手算基本算不了,我们是桁架才是手算,其他也是有限元  发表于 2014-6-14 21:22
行走架,现在都是弹性力学计算,之后还有偏载试验,不完全依赖计算结果  发表于 2014-6-14 21:09
8爷,对挖掘机来说,它的上部回转平台,以及下部X型底架,能用材料力学计算吗?误差大概能有多少?  发表于 2014-6-14 21:00
这么说吧,你简单计算梁的弯曲,有材料力学就够了,计算弯扭合成,有些场合,材料力学也可以,对一些特殊断面,材料力学无法下手,就必须是弹性力学了,这个,没有绝对,只有合适,合适就是好用,  发表于 2014-6-14 20:51
8爷,俺跟zero123正好相反,虽然跟他一样都是工程机械行业的,但俺感觉材料力学基本无法适用在俺工作中,哪有多么多适合材力的杆件啊,俺接触的基本都不是杆件。还是我学习方法有问题?没有理解材力精髓?求指导。  发表于 2014-6-14 20:47
粗的东西,材料力学就够了,但对于受力复杂,有强力扭转的结构体,材料力学就无法处理了,就必须用弹性力学,你玩到一个程度,自然就认识到必须用弹性力学,这是工作的要求,自然你就会学习的,  发表于 2014-6-14 20:03
大侠,我怎么感觉弹性力学在工程上都不怎用的到呢,对于一般的结构材料力学加上规范就够了  发表于 2014-6-14 19:55
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发表于 2014-6-14 20:32:34 | 显示全部楼层
塑性力学有必要不??一直没怎么看' N2 J- S7 B# {% q
6 W5 S* R3 D$ C' o; c) V
现在在看铁木辛哥的板壳理论

点评

当你玩外压的时候,主要玩‘稳定性’,就有用了,人们都是到用的时候,现有的不够了,自然就会再考虑其它东西,  发表于 2014-6-14 20:53
塑性力学俺没看过,但俺工作中,工程机械上的驾驶室用的ROPS和FOPS,要进行塑性变形分析,可能跟塑性力学有关。  发表于 2014-6-14 20:49
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发表于 2014-6-14 21:44:01 | 显示全部楼层
998大侠不知道我这思路正确不?? 我现在坚持手算,淘了个二手编程计算器辅助,夏普的PC-G850V,我觉得,有限元必须在手算非常清楚熟悉的条件下才能使用

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mark  发表于 2015-7-16 21:59
我看了一下美国手工划分网格计算驾驶室ROPS&FOPS的。最后我还是放弃了手算。网格划分要求较高,模型间单元类型匹配做不好,精度还是保证不了。只有简单的模型,编程算算还可以。  发表于 2014-6-16 13:42
线性有限元主要是大型稀疏矩阵求解,商业软件的求解器稳定性和精度都非常不错,而且算法还需要标定和认证的,所以,要精度,还是要上专业CAE软件。  发表于 2014-6-15 08:44
手拉网格其实挺有意思,大学学现代设计的时候学过,不过后来用手的时候很少了就。其实就是结合力学的微积分论。但是网格大小的处理就跟控制论差不多,有几种算法。哈哈  发表于 2014-6-15 00:40
勉强合格,复试OK  发表于 2014-6-14 22:15
不知层主考研情况如何?  发表于 2014-6-14 22:11
这个手拉网格,听前辈说过好几次了,就不知道什么样,学完弹力就会吗  发表于 2014-6-14 21:59
大虾,你这个思路是绝对正确的,自己先拉粗网格,编程计算,找到‘关键点’,再上有限元,一下就找到精髓了,玩几次,再玩结构,就无敌,找个大设计院,都无敌,没有多数人懂这个过程,所以有限元结果都不敢确认  发表于 2014-6-14 21:54
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发表于 2014-6-14 22:45:21 | 显示全部楼层
来社区里不久,私下里很敬佩你和zerowing大侠的数学、力学之功底,看二位前辈的帖子收获很大!

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鄙人不敢当。  发表于 2014-6-14 22:49
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发表于 2014-6-15 00:47:20 | 显示全部楼层
受教了。
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发表于 2014-6-15 02:36:23 | 显示全部楼层
兄弟你太喜欢绕弯子说话了!力学关键都是平衡,不平衡也要虚拟凑平衡,要不然等式哪来?

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一针见血  发表于 2015-9-18 18:01
不错啊,想的挺正确  发表于 2014-11-22 13:47

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发表于 2014-6-15 08:41:55 | 显示全部楼层
大侠,第一个应该是 狭义的《理论力学》,如果说是《经典力学》的话,那包含的可就广了
3 ?' p- Y9 ]/ f* Y3 {2 d7 D( ]四大工程力学:材力,结力,弹力,流力9 q& ?) h, B& h, T- O, T  }( A
广义的四大力学:经典力学,热力学,量子力学,电动力学

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高见  发表于 2015-7-20 11:51
mark  发表于 2015-7-16 22:01
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发表于 2014-6-15 08:55:53 | 显示全部楼层
2266998 发表于 2014-6-14 19:52 3 g- @& R  Z3 J/ [$ f3 t% Q, Y3 |3 w
弹性力学还是要学习的,对一个结构,有定量分析的能力,0 T1 n2 x* l1 R- v- x: h
5 Y& A* g/ m3 Z+ G9 o
当然不是说弹性力学万能,对于结构边角的处理能 ...

2 {7 }( R- C) K! H/ ?0 w- S* y大侠,有限元是有限元,有限差分是有限差分,两者是不同的算法

点评

尖角部位有应力集中,弹性肯定是奇异的,而且随着网格细化,峰值点会增大,如果是弹塑性呢,塑性的应变相对弹性要大得多,就可以拉低局部应力,让更大的弹性部分承担变形,但是计算成本陡升,所以CAE不是那么好玩的  发表于 2014-6-15 13:25
datree大侠,你提到形状变化剧烈这个问题,例如冲压,锻造,粘流等等,换有限容积法,不就OK了,很多商业软件也是这么做的。  发表于 2014-6-15 13:22
多谢998大侠回复!datree大侠,因为按应力函数或者位移求解,都只有三个独立的方程,比求解应变和应力要容易很多,并不是不能作为未知量。  发表于 2014-6-15 13:18
算是个理解问题吧,怎么理解都可以,这无所谓的,你玩一阵就会发现,最后都走在一起的,甭管你手算,计算机计算,只要时间够,精度是差不了太多的,你可以试验一下,  发表于 2014-6-15 13:10
有限元积分点是微分方程的解,节点由积分点算来的,如果形状变化剧烈,就会出现奇异值。如没有倒角的位置,不断的细化网格也得不到收敛值。  发表于 2014-6-15 12:58
对于约束条件、位移边界明确,可以把应力作为未知量,写应变式来求解的。类似结构力学里的力法和位移法。  发表于 2014-6-15 12:51
差分的节点值是准确的,而有限元是积分点的值是准确的,节点值是差分抹平之后得到的。  发表于 2014-6-15 11:35
datree大侠,没有应变函数这个东西,应力函数对应的是位移。不同的偏微分方程,适用的求解方法肯定是不同的。  发表于 2014-6-15 11:33
两者是不同的算法,但都是用来求解微分方程的。基本思想都是把整体细分成网格来处理。差分法是把应力函数或应变函数的微分变成差分来计算。有限元从能量出发得到单元能量式的泛函,泛函变分求解,再组装所有单元。  发表于 2014-6-15 11:10
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发表于 2014-6-15 09:30:21 | 显示全部楼层
有一门力学叫连续介质力学

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