陈宇-材料力学漫谈感想

材料力学漫谈感想班级：0113501学号：011310521姓名：陈宇摘要：一.对材料力学的基本认识二.冲击力量的案例分析1.冲击与建筑：世贸大楼的垂直垮塌2.冲击的减弱：跑酷运动的落地缓冲，电梯坠落的自救3.冲击的增强：道路破拆与路基压实三.心得体会材料力学(mechanicsofmaterials)是研究材料在各种外力作用下产生的应变、应力、强度、刚度、稳定和导致各种材料破坏的极限。材料力学是所有工科学生必修的学科，是设计工业设施必须掌握的知识。在我四周的材料力学漫谈课中，我初步了解了材料力学的几个研究方向，分别是材料的力学性能，桥梁的弯曲，杆的稳定以及冲击力量，其中最让我感兴趣的当属冲击的力量2001年9月11日早晨，四架美国国内民航航班被劫持，其中两架撞击位于纽约曼哈顿的世界贸易中心。08时46分40秒，美国航空公司11次航班（一架满载燃料的波音767飞机）以大约每小时490英里的速度撞向世界贸易中心北楼，撞击位置为大楼北方94至98层之间。大楼立即失火，而飞机上的燃料倾倒进大楼，更加剧火势，整幢大楼结构遭到毁坏。被撞击楼层以下的人员开始疏散。但所有的3道楼梯都被撞坏，因此被撞击楼层以上的人员无法逃离。09时02分54秒，美国联合航空175次航班（另一架满载燃油的波音767飞机）以大约每小时590英里的时速入世界贸易中心南楼78至84层处，并引起巨大爆炸。飞机的部分残骸从大楼东侧与北侧穿出。但还有1个楼梯间完好无损，因此少数在撞击点以上的人员仍可生还。纽约世界贸易中心的两幢110层摩天大楼在遭到攻击后相继倒塌，除此之外，世贸中心附近5幢建筑物也受震而坍塌损毁。在此我并不是想重读新闻，这次事件中最吸引我的是大楼的倒塌方式及其中的力学原理。南楼被飞机以590英里的时速撞在了78-84层，北楼被飞机以490英里的时速撞在了94-98层，北楼先被撞，但却在南楼之后垮塌，撞北楼的飞机撞击楼层比南楼高，按照中学物理，它的力臂更长，对楼房的冲击应当更大，北楼应当先倒塌，但事实却相反。现在有了材料力学基础知识，可以知道冲击力的考虑已经远不止力矩平衡那么简单，冲击力的大小与静位移，速度，高度都有关，在这个事件中，撞南楼的飞机撞击楼层低，从而导致位移小，而其又较大，导致南楼所受冲击力比北楼更大，从而先垮塌，至于垂直垮塌的原因，则是因为飞机携带的燃油燃烧产生高温，使钢筋软化甚至融化。冲击所涉及的不仅有建筑，还有体育运动，其中以撑杆跳高与跑酷最为典型。撑竿跳高，田径运动项目一种。运动员借助竿子支撑和弹力，以悬垂、摆体和举腿、引体等竿上动作使身体越过一定高度。撑竿跳高是一项技术复杂的田径运动项目。撑杆跳高的落地点上会铺上很厚的垫子，符合常识，撑杆跳能跳到五六米，若是直接落地没有任何防护后果不堪设想，这个垫子也有要求，不会是像一般跳高的垫子那样硬，而是像消防救生用的垫子那样非常蓬松，按照常识很容易理解，但若要找一个力学解释呢？从上面说的可以联想到，冲击力的大小是与形变量有关的，垫子越软，形变就越大，冲击力自然就会变小，从而保护了下坠的人。还有一种运动也不得不提，那就是跑酷，跑酷亦称作“城市疾走”或Parkour。它诞生于80年代的法国，“Parkour”一词来自法文的“parcourir”，直译就是“到处跑”，此外它还含有“超越障碍训练场”的意思。Parkour把整个城市当作一个大训练场，一切围墙、屋顶都成为可以攀爬、穿越的对象，特别是废弃的房屋这项街头疾走极限运动，非常具有观赏性，但同时也伴随着巨大的危险，当跑酷者从高处跳下，他们没有任何防护，只能靠自己的身体动作来尽量减少冲击，可以看到他们落地时并不是双脚紧绷直立落地，而是双腿弯曲，这同样是为了增加形变从而减少冲击，而且在落地之后，他们并没有直接做其他动作，而是伴随着前滚翻或侧翻的动作，这又有什么道理呢？与此类似的还有飞机的着陆，很明显飞机着陆时会有很大的冲击，靠着地的轮子根本无法承受，但飞机却能够安全降落，这其中的奥秘便是继续运动，跑酷着地与飞机着陆一样，都不会立即停下，而是保持着较大速度继续运动，本身的机械能只有很少一部分转化为冲击能量，这样即使无法改变影响冲击力的要素，依然能减小冲击。减小冲击的作用巨大，汽车的前保险杠与发动机之间有一段间隔，为的就是在发生车祸时保险杠有足够空间进行形变，从而减小冲击，保护车内人员。当遭遇电梯事故，电梯下坠，按照减小冲击的方法，我们应该屈腿站立，紧贴内壁，而不能直立或蹲下，更不能指望通过跳跃来减小相对速度，了解这些冲击常识，将来面对意外我们便能多一分希望。冲击并不只能造成伤害，冲击照样也能成为日常生活的助力，因此，我们不仅需要减少冲击，现实应用中我们也会想方设法增大冲击。现在的城市中不断在进行道路改造与延伸，拆除旧路面所用的破碎锤，它工作主要便是靠坚硬的钻头撬开路面，它的钻头必定会坚硬且较尖锐，这是为了减少静位移，钻头下坠频率较高，是在提高速度，钻头离地，是为提高高度，可谓是想尽办法提高冲击力。而构建新路必定会涉及路基的压实，从前的压路机大多都是振动式的，就像建筑工地里的小型打夯机，而现在普遍采用的冲击式压路机，多是三角形或五边形的滚轮，棱角处下落产生的冲击来压实路基，提高了高度，使效率大大提升，安全性也大大增强，实践证明，这种冲击式压路机十分优越，每小时压实的基础可高达20000平方米，平均工作速度为每小时10~15千米，压实影响深度可高达5米，有效压实深度1米，每次填方厚度为800~1200毫米，工程效益是其它设备的十倍。可见增加冲击在现实生活中同样有巨大作用。通过学习材料力学，我了解到力学与我们的现实生活密切相关。从前学习中学物理，虽然其中也涉及一些现实应用，如交流电等，但其注重的受力分析，能量转换，以及过于理想化的运动分析，这些都让我感觉自己所学的离现实非常遥远，似乎即使我将整本书都倒背如流完全吃透，也不过是考试能考个漂亮一点的分数，于实际应用毫无用处，但通过这短短四周的材料力学漫谈课的学习，我的想法改变了，从桥梁建造，到石像雕刻，从大楼减震，到杆件的稳定，从工程，到体育，从效率提高，到安全保证……这些大大小小的事情几乎囊括了社会生活的全部，而他们都离不开力学，就连我们的身体，他所做出的在我们看来再自然不过的动作与行为，其中也都包含了极其复杂的力学原理，是亿万年进化才得出的宝贵经验，我感到从前自己认为物理无用，认为力学无用是多么浅薄的想法。而在物理中，材料力学与现实的关联又十分密切，任何物体受力都会有形变产生的断裂，拉伸，疲劳等等，由此产生的物理问题又极为复杂，甚至无法用理论物理解决，而解决这些复杂问题正是材料力学的任务，这使我更觉材料力学的必要与重要。这几周材料力学漫谈课，不仅让我对材料力学有了初步的认识，更让我学会了在日常生活中寻找力学问题，并试着解释它们，而其中总有我暂时无法理解的问题，这又激励着我不断地学习，思考，不断地充实自己。我想，这短短几周的课程并不能在知识上让我变得如何充实，但在这过程中我所获得的发现与探索的能力必将使我受益终生。