这里谈谈从一个机械产品出发-为基点,来看看力学应用-这是一个综合性的问题-机械是主角-看看对力学的需求。
例子是塔式起重机。
工程中的塔式起重机
塔式起重机的多种形式
塔式起重机的蓝图-总图
轨轮式塔式起重机的简化形式
就整体而言,稳定性是个问题。如:轨轮行走式。需要用刚体力学中的理论力学做静力学平衡分析:
轨轮式塔式起重机的倾翻研究-受力图
评判倾翻的力学条件是:支撑力A或B为0
由此获得安全起吊的最大重量与最远距离。也能用理论力学的动力学确定它的最佳起吊速度-加速度值。当然还有风力问题-也就是可承受的最大风速。
好了。这些都没问题。那会不会把他压垮哪?
这个问题就复杂-麻烦多了。
谁先垮掉?轨轮的轴?轴承?支撑钢架?包括起吊臂。
升高用的一节钢架
它是一种用型钢制作的网状形式-钢架-《钢结构》或更抽象的-理论模型-桁架《结构力学》的处理对象。他们的研究范围限定在整体性能的分析与分解。也就是说,他们要给出许多单个钢件的合理尺寸(长度的允许误差)与连接方式(焊接、铆接、螺栓连接等-还包括焊条型号、焊接方式、焊缝长度与高度、……等)。而结构力学则要给出单个杆件的组成方式-静定的或超静定的(冗余的)。因为还有一个问题,那就是细长杆的压力下的稳定性问题-这是《材料力学》的研究范畴。是关于轴方向受压而产生垂直于轴方向的变形问题-力与变形不在同一轴线方向上。
当然,垮掉还有两个问题,那就是某个杆件-钢构件受力变形太大(《塑性力学》问题)-或整个长方体钢架构件的整体或其中的某一个构件变形过大(材料力学-刚度研究),造成别人承载了过多的力而垮掉。或者,整个长方体钢架构件的某一个构件自身损毁-断裂-破坏而失效(材料力学-强度研究)。也许是连接处断裂失效等(《断裂力学》问题)。
也许之制造精度-尺寸问题。也许是装配问题-不到位(定位销?)。
现在的制造精度-还要人工智能与自动控制、监测塔机的状态-预警与防范等。
当然,还有起吊系统-钢丝绳的问题、滑轮问题、制动与安全锁紧等。钢丝绳是多少股、多少丝、轮子直径-使钢丝绳弯折半径是多少、可以弯折多少次-使用寿命(疲劳问题)。
其实,电梯与它有许多、太多相似之处。