力学在土木工程中的应用

1 土木工程中所使用力学基本理论内容研究

通常，在实际学习中，力学是一门属于利用数学方法对机械运动进行探究的学科，由于其阐述的基本规律和内容带有一定的普遍性，故在实际工程中可提供较为广泛的技术理论，也可为土木工程等工程技术提供相关设计原理、计算方式、实验等依据。对于力学的基本分类可根据不同要求进行划分，如依据不同研究对象，可将力学划分成固体、流体、一般力学三大类，其中固体力学和流体力学主要针对连续介质研究对象的模型进行探究，而剩余部分的研究对象则属于一般力学研究范畴。一般，固体力学会包含弹性力学部分内容、断裂力学部分内容、散体力学部分内容等，流体力学会包含水动力学、空气动力学、渗流力学等部分，多力学范畴进行交叉后可囊括流变学等内容。而不同种类力学在土木工程中进行利用时会包含多力学知识的交叉，如经常会用到土力学知识、岩石力学知识、爆炸力学知识、物理力学知识、计算力学知识等，依据土木工程所使用力学知识的不同可选取不同的计算方法和设计方法等，以下为土木工程中所使用力学基本理论内容研究。

1.1 土木工程中所使用力学基本量研究

由于土木工程建设中多考察的研究对象大多处于静力平衡体系，故土木工程中所使用的力学基本量会包括以下内容：

（1）土木工程中所使用力学基本量会包括外力。通常在弹性力学中外力会包含体力及面力两种，理论力学中所包含外力则包含集中力，材料力学中所包含外力则包含集中力及分布力，在土力学中所包含外力为分布力。对于不同种类外力作用在实际设计计算中所使用的求解方法也不尽相同，而静力平衡中所涉及外力主要表现为体力与面力的组合。

（2）土木工程中所使用力学基本量会包括内力。在弹性力学中内力会涉及到正应力及剪应力两种，理论力学所涉及内力则主要指所研究对象内部不同质点的互相作用力，材料力学中所涉及内力主要包含弯矩、剪切力等，针对岩石力学中所研究块体结构设计内力会包含正应力及剪应力等。对于不同种类的应力，在实际工程应用时，可将大部分内力转化为对研究对象内部不同作用点的应力计算，该基本用量在土木工程设计中属于较为重要的指标，可依据给基本用量对材料的基本性能尽相对比。

（3）土木工程中所使用力学基本量还包括应变。该类基本量主要是指较小单元的变形，包括有线应变与角应变，对于不同使用力学类型所使用的应变求解方法会不尽相同，如弹性力学中应变的求解属于位移计算的一个中间过程，结构力学中针对杆件或者质点系尽相应变的计算也没有太大的含义，而读于土木工程中应变的计算主要可当作不同断面的位移变形标准，可为土木工程设计及计算提供科学依据。

（4）土木工程中所使用力学基本量还包括位移。该类基本量为应变的宏观表现，与应变之间关系为偏微分关系，在不同种类的力学中其表示的方法会有所不同，如在弹性力学中位移可使用坐标的分量类进行表示，在材料和结构力学中位移则可使用截面的位移来进行表示等。位移在使用时还分为角位移和线位移两种，无论哪种位移，在实际使用时截面都应为平面状态，绝不可能出现曲面的状态，如出现截面为曲面状态时，需要将截面假设为平面，做土木工程计算机设计的近似处理。

1.2 土木工程中所使用力学解析计算法研究

在土木工程建设中所使用力学模型大多涉及平面问题，故对于土木工程所使用的力学解析方法只针对平面问题，或将较为复杂的空间问题转化为平面结构进行分析和处理，对于复杂空间转化为平面结构进行处理需要在涉及中增加安全系数来进行设计，以下为土木工程中所使用力学解析计算法具体研究：

（1）在土木工程中可使用基本求解方程的方法进行力学解析，对于该方法在使用时要进行基本的假设，如要假设所研究对象具有较强的连续性和均匀性，还要保证其形变位移处于较小状态等。针对土木工程中所涉及到的不同力学类型，其实用的方程设立也不尽相同，如对于研究对象外部因素确定情况，所设立的方程可依据质量守恒建设流体力学的连续性方程，也可依据动量平衡设立粘性流体或者弹性固体的平衡微分方程等。而在固体力学中使用方程尽相解析时，要考虑到被研究对象的平衡、位移、本身结构，所建立力学方程主要包括纳维方程、柯西方程与物理方程等，使用不同方程还要考虑到被研究对象的微元状态，描述好其本身结构的关系，之后进行方程的计算。

文章来源：《力学季刊》 网址: http://www.lxjkzz.cn/qikandaodu/2021/0326/458.html