Basic Concepts in Mechanics力学的基本概念中英文翻译

力学的基本概念

对运动，时间和作用力作出科学分析的分支被称为力学，它由静力学和动力学两部分组成。静力学对静止系统进行分析，即在静力学系统中不考虑时间这个因素，而动力学是对随时间变化的系统进行分析。

通过配合表面作用力被传送到机器的各个部件，例如从齿轮传到轴或者是从一个齿轮通过啮合传递到另一个齿轮，从三角皮带传到皮带轮，或者从凸轮传到从动件。由于很多原因，我们必须知道这些力的大小。在边界或啮合表面作用力的分布一定要合理，他们的大小必须在构成配合表面材料的工作极限以内。例如，如果施加在滑动轴承的作用力太大，那么它就会将油膜挤压出来，并且造成金属和金属的接触，使温度过高，使滑动轴承失效。如果作用在齿轮轮齿上的力过大，就会将油膜从齿间挤压出来。这将会导致金属表层的破裂和剥落，噪音增大，运动不精确，直至报废。在力学研究中，我们主要关心力的大小，方向和作用点。

当一些物体连接在一起形成一个组合或者系统时，在两个接触的物体之间作用和反作用的力被称之为约束力。这些力约束各个物体使其处于特有的状态。作用在这个物体系统外部的力叫做外力。

电力，磁力和重力是不需要直接接触就可以施加的力的实例。不是全部但是大多数，与我们有关的力都是通过直接的实际接触或者是机械接触才能产生的。

力是一个矢量。力的要素就是它的大小，它的方向和作用点，一个力的方向包括力的作用线的概念和它的指向。因此，沿着力的作用线，力的方向有正副之分。

沿着两条不重合的平行线作用在一个物体上的两个大小相等、方向相反的作用力不能合并成一个合力。任何作用在一个刚体上的两个力构成一个力偶。力偶

臂就是这两个力的作用线之间的垂直距离。

力偶矩也是一个矢量，用M表示，垂直于力偶面；M的方向主要依据右手螺旋定则确定。力矩的大小是力偶臂与其中一个力的大小的乘积。

如果一个刚体满足下列条件，那么它处于平衡状态：

（1）作用在它上面的所有外力的矢量和等于零。

（2）作用在它上面的所有外力对于任何一个轴的力矩之和等于零。

在数学上这两个条件被表示为

∑=0

M

F∑=0

所使用的术语“刚体”可以是整台机器，一个机器中几个相互连接的零件，一个单独的零件或者是零件的一部分。隔离体简图是一个从机器中隔离出来的物体的草图或视图，在图中标出所有作用在物体上的力和力矩。通常图中应该包括已知的力和力矩的大小、方向还有其他相关信息。

这样得到的图成为“隔离体简图”，其原因是图中的零件或物体的一部分已经从其余的机械零部件中隔离出来了，其余的机器零部件对它的作用已经用力和力矩代替。对于一个完整的机器零部件隔离体简图，图上所表示出的，作用在其上面的力和力矩是通过与其相邻或相接触零件施加的，是外力。对于一个零件的一部分的隔离体简图作用在切面上的力和力矩都是通过被切掉部分施加的，是内力。

绘制和提交简洁、清晰的隔离体简图是工程交流的核心。这是真实的，因为他们代表了思考过程的一部分，无论这个过程有没有绘制在图纸上，因为简图的绘制是把思考结果进行交流的唯一方式。无论出现的问题多么简单，你都要养成绘制隔离体简图的习惯。隔离体简图的绘制加速了解决问题的过程，大大的降低

了犯错误的机会。

使用隔离体简图的优点总结如下：

（1）对于一个人来说，把词语、想法和观点用物理模型表示是很容易的。

（2）有助于帮助人们观察和理解一个问题的各个方面。

（3）有助于确定解决问题的途径。

（4）有助于发现和数学的关系。

（5）他们的应用易于记录解题的步骤，有助于作出有关简化的假设。

（6）解题所用的方法可以存储，供以后参考。

（7）他们有助于你的记忆，并且易于向其他人解释和表达你的工作。

在分析机器中的力时，我们几乎总是要把机器分离成许多单个的部件来绘制标有作用在各个部件上的力的隔离体简图。许多部件都要通过运动副进行连接。

在任何工程结构中，单个的零件或部件都将受到外力，而这些力是由他们所工作的环境或条件产生的。如果零部件处于平衡状态，那么外力作用的结果就是零，但是这些力共同在这个零部件上施加了一个载荷，这个载荷使这个零部件有变形的趋势，这种趋势是内力相互作用的结果，是在物体内部建立起来的。

把载荷施加到零部件上有许多不同的方法。载荷可以被归为如下几类：

（a）静载荷是一个逐渐施加的载荷，因此在一个相对很短的时间力就可以达到平衡。

（b）持续载荷是一个在相当长的时间内持续作用的载荷，例如物体的重力。这种类型的载荷被认为是和静载荷以同样的方式作用着；

但是，由于温度和应力的原因，在短时间内加载和持续加载两种

情况下，阻力失效有所不同。

（c ） 冲击载荷是一个快速被施加的载荷（能源载荷）。震动通常是由冲

击载荷引起的，直到震动被消除才能达到平衡，震动通常都是有

阻尼力消除的。

（d ）

重复载荷是一个被施加并且移动过上千次的载荷。 （e ） 疲劳载荷或交变载荷的大小随着时间而改变。

有人注意到上述作用在处于平衡状态的物体上的外力和物体的内力相互作用。因此，如果一个物体受到拉伸或是挤压，例如在横截面上施加一个均匀的外力，那么就会产生均匀的内力，并且这个物体也会受到均匀的应力，这个应力被定义为

()A

P area load stress ==σ 因此应力σ是压缩应力还是拉伸应力取决于载荷的性质，它的单位是牛顿每平方米。

如果一个物体受到轴向载荷的作用，还产生力应力，物体的长度将发生变化。如果物体的原始长度是L ，变化后长度增加了L δ，那么所产生的应变如下

()L

L length original length in change strain δε== 因此应变衡量了物体的变形程度，它是无量纲，例如它没有单位；他是两个具有相同单位的数量的比值。

因此，在载荷的作用下材料的变化实际上都是很小的，通常都用应变来表示，其形式是应变610⨯，当它的形式变为με时就是微应变。

拉伸应力和应变被认为是正向的。拉缩应力和应变被认为是负向的。因此负应变使长度减小。

如果材料在卸下载荷后恢复到没加载荷是的状态，这种材料是弹性材料。应