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探讨土木工程中力学的运用
摘要：随着社会的不断发展,建筑物越来越多。建筑施工时需要遵循一定的力学原理,如此才能保证建筑本身的安全性和稳定性。本文首先介绍力学的发展及分类,然后对理论力学、弹性力学、结构力学在土木工程中的应用做了阐述,为初学者了解该行业提供了一定的参考价值。
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力学是一门基础学科,由其推演出的规矩具有普遍性,为许多工程提供了理论基础和技术支持。力学同时也是一门技术学科,为许多工程提供技术原理、计算方法和试验方案。按研究对象的不同,力学可以分为流体力学、固体力学和一般力学三个分支。力学和工程学密不可分,二者结合延伸出了工程力学各个分支的形成和发展。力学在工程技术方面的应用造就了工程力学等各种分支,例如理论力学、弹性力学、材料力学、结构力学、天体力学、物理力学、电流体动力学、岩石力学、复合材料力学、地质力学、爆炸力学和理性力学等。
土木工程不断地为人类社会创造崭新的物质环境,尤其是经历了近代工业技术革命的洗礼后,其便逐渐形成了一个比较完善的现代工程建设体系。随着土木工程项目的日益增多,生活中的建筑施工、道路工程、高铁项目等都可将其看作土木工程的内容。在这一过程中,土木工程施工的内容也日益丰富,项目工程的前期勘测、施工准备、技术选择、质量把控等都成为其实现的重要环节。从土木工程技术层面来看,由于工程项目的日益增多,项目结构的日益复杂,建筑成品的稳定性和安全性是所有工程中必须要考虑的重要原因之一。正如生活中所见到的各种令人惊奇称赞的建筑物,如中国拱桥、比萨斜塔、空中花园等,正是应用了各种力学原理和计算证明了其稳定性和安全性,才呈现在世人面前,因此力学原理是土木工程构造的根基,以理论力学、弹性力学和结构力学为例,介绍其在土木工程中的应用。
1、理论力学
理论力学作为研究物体机械运动一般规律的学科,其内容包括静力学、运动学和动力学,是各种力学的分析基础。它是基于生活和生产实践总结出力学的最基本规律,由实际抽象出力学模型然后建立的理论体系。力学在各种工程中的应用,要先根据相应的工程计算模型来分析。理论力学研究的土木工程对象均为理想化模型,在遵循基本规律的基础上,经过缜密的逻辑推理和精确的数学计算,从而建立理论体系。理论力学将工程理想化、具体化,方便解决其中的问题,使我们看清其本质。要正确看待理论力学的价值,小到微观粒子,大到天文体系,它都担任着重要的角色。建筑工程时,更是要利用它来计算各种受力作用,像结构力学、弹性力学和材料力学等都是由理论力学发展而来的。
2、弹性力学
弹性力学也称作弹性理论,主要研究物体在外力作用或者温度不断变化的情况下,弹性体所产生的应力、应变和位移等现象,对于物体受力变形能够较为准确地计算,从而解决结构或设计中所出现的刚度和强度等问题。弹性力学是在长期的生产实践和科学实验的丰富经验上发展起来的,它与社会生产有着密不可分的关系,源于生产实践又为生产实践服务。在土木工程中,通过弹性力学的分析和计算建筑物,能够有效地通过弹性来抵消部分的摇晃,从而有效地减少在地震等一些自然灾害中出现房屋倒塌的现象;也可以根据弹性变化规律来研究水坝的压力分布,适应不断变化的水坝内部的压力;还可以通过弹性力学计算桥梁的刚度和强度,让其受力均匀。大部分涉及到实体结构的工程对象,均可以应用弹性力学和岩石力学的手段设计实现。
3、结构力学
结构力学是固体力学的一个分支,它是一门主要研究工程结构传力和受力规律以及如何进一步优化结构的学科。属于杆系机构的工程对象,要使用结构力学的手段进行处理。结构力学所研究的主要内容包括结构的组成规则,通过对研究对象施加一定的外力,使得结构在此作用下作出相应的位移和形变,进而使我们知道研究对象整体的受力情况,便于对结构材料进行增加或者减少,达到建筑的结构优化、节约成本的目的。
综上所述,力学跟土木工程的发展是密不可分的,没有力学原理作为支撑,便不能保障建筑的安全性和实用性。二者相互促进、相互交织发展,共同实现越来越多的旷世建筑。
参考文献：
[1]张搏,张吉,王林均,等.实验与可视化教学在高校土木工程力学教学中的应用[J].科教导刊,2019(09):106-107.
[2]苏星.土木工程力学技术的控制与实现[J].江西建材,2019(08):214+216.
[3]高雅巍.力学在土木工程中的应用[J].居舍,2019(22):166.
[4]闫瑞亭.土木工程中工程力学知识的应用举例[J].科技风,2019(06):100.
王冰冰,孙静.力学在土木工程中的应用[J].科技经济导刊,2020,28(06):159.
基金:国家级大学生创新训练计划项目(201812216016);安徽省大学生创新训练计划项目(201712216017).
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量子不确定关系表明,即使我们知道了量子态的全部信息,我们也无法同时精确地预测任意两个互不对易的可观测量的测量结果.量子不确定关系是量子力学和经典力学的本质区别,因此对不确定关系的研究能够帮助我们更好的认知量子力学.此外,不确定关系被广泛的应用于量子信息科学的每一分支中,比如,量子非克隆理论,量子密码,纠缠探测,量子自旋压缩,量子度量学和量子同步.
2020-12-08
地震研究的终极目标是对地震事件的发生时间、位置和震级进行准确的预测.目前,地震短期预测仍是具有高复杂度的世界性科学难题,现有的预测方法仍存在很大的可创新空间(周硕愚等,2019).对于地壳内部的构造地震而言,地震事件的发生是整体断层系统长期演化的结果.因此,地震预测方法的发展离不开对发震断层内部的摩擦过程及触发机制的研究.
2020-09-05
创新不仅是民族进步的灵魂，也是国家蓬勃发展的不竭动力。有关数据表明，教育部正在制定本科专业的教学质量标准，重点纳入创新精神和能力的培养。同时，全国各高校都在结合自己学校专业的特点，组织修改培养方案，将创新精神和能力作为重要培养指标之一。 空气动力学是能源与动力工程专业的技术基础课，是研究作为流体的空气的力学运动规律及其应用的学科。
2020-08-10
风洞试验、数值计算和模型飞行试验是空气动力学研究的三大手段，通过三大手段的综合应用，形成闭环的气动试验研究体系。气动试验研究体系着眼设备发展大局和信息化发展趋势，以CPS技术为核心，实现“人”、“信息系统”和“物理系统”的综合集成，形成链路通畅、高度数字化的试验研究环境，形成气动数据从生产到应用生态链，用多维度融合赋能气动研究创新发展，为气动研究工作注入新的活力[3,4]。
2020-08-10
风洞是航空航天领域极为重要的地面试验设施，油源系统是风洞的动力系统，为风洞所有阀门和执行机构提供液压动力，用于实现试验模型各种高难度状态的自动驱动和控制，是十分重要的组成部分。文中风洞是国内主力生产型风洞，控制系统已非常老旧，故障频发，另外随着国内各新型装备吹风试验对风洞的运行性能及功能要求进一步提高，原控制系统已不能很好地满足试验需求。
2020-08-10
“材料力学”课程是全国高等院校机械工程、土木建筑、车辆工程等专业的必修科目，根据国家对本科教育和人才培养的整改优化，国内高校对“材料力学”课程的教学课时做出相应调整[1]。“材料力学”课程因内容较抽象、研究问题较繁琐，因此对于基础较薄弱、理解能力较差的学生学习该课程会更加困难[2]。
2020-08-10
平流层浮空器是指利用轻于空气的浮升气体产生的浮力在平流层底部进行持久驻空飞行的浮空类飞行器,主要包括平流层飞艇和高空气球,具有飞行时间长、搭载能力强、使用效费比高等优点.平流层浮空器在全天候、全天时的信息获取应用中具有显著优势,可为对地观测、通信保障、防灾减灾、环境监测等应用需求提供重要的技术解决方案,具有巨大的军民应用前景[1].
2020-08-10
间隙这一非光滑因素广泛存在于机械系统中,比如齿轮传动系统中的齿侧间隙、导杆滑块机构中的多运动副间隙、起落架系统中的扭转间隙、空间机械臂的关节间隙、共振筛内的弹簧间隙等[1,2,3,4,5]。系统结构内的间隙,是引起分段约束问题的主要因素,它会对机械系统的动力学特性产生重要的影响,因此吸引了许多学者对含间隙系统的动力学行为进行研究。
2020-08-10
当飞机、车、船及火车运行速度较高时,湍流边界层激励的结构振动噪声成为该类交通工具内噪声的重要组成部分,会大大降低乘坐舒适度。舰艇在10kn以上中高航速时,流激振动噪声是声呐自噪声的重要组成部分,对声呐正常工作有不利影响[1]。湍流边界层激励结构振动主要包括湍流壁面脉动压力功率谱和结构随机振动响应功率谱两大内容。
2020-08-10
当一个物体在流体中作刚体运动或模态振动时,会带动其周围的流体一起发生运动,其中运动流体的动能可以用相应的附加质量进行度量。若假定流体无黏无旋,则依据势流理论,完全浸没物体的附加质量取决于其形状及运动模式,而与位移大小、速度及加速度无关[1]。对于附加质量,除极个别简单情形存在解析解外,一般需由数值方法或实验进行计算。
2020-08-10
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期刊名称：力学学报
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主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院力学研究所
出版地方：北京
专业分类：科学
国际刊号：0459-1879
国内刊号：11-2062/O3
邮发代号： 2-814
创刊时间：1957年
发行周期：双月刊
期刊开本：大16开
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2020-06-30
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