¿Qué incluye exactamente la ingeniería mecánica?
La comprensión por parte de la humanidad de algunos principios básicos de la mecánica se remonta a tiempos prehistóricos. Ya existen descripciones de la mecánica en escritos antiguos chinos y griegos. Pero los edificios anteriores a la Edad Media se construyeron empíricamente.
En marzo de 1638, el libro de Galileo "Diálogo y demostraciones matemáticas sobre dos nuevas ciencias" se considera el primer libro del mundo sobre mecánica de materiales, pero su análisis de la distribución de tensiones en vigas aún no se ha investigado. maduro.
En 1819, Navi propuso una solución completa para la resistencia y deflexión de las vigas. El 14 de mayo de 1821, Navid leyó el artículo "Ecuaciones generales de equilibrio y movimiento que deben establecerse en todos los puntos de la superficie y el interior de los objetos" en la Academia de Ciencias de París. Este artículo se considera la base de la teoría de la elasticidad. Posteriormente, en 1870, Saint-Venant publicó un artículo sobre la teoría de la plasticidad. La hidráulica también es una disciplina antigua.
Ya en el Período de Primavera y Otoño y el Período de los Reinos Combatientes en China (siglos V-IV a.C.), Zhai Mo describió la relación entre la flotabilidad de un objeto y el volumen de líquido que desplazaba en el "Mo Jing". Euler propuso las ecuaciones de movimiento de fluidos ideales. La reología de objetos es una nueva disciplina que estudia el movimiento mecánico generalizado. En 1929, Bingham en los Estados Unidos inició el establecimiento de la Sociedad de Reología y el tema recibió amplia atención.
Los métodos de investigación
se dividen en investigación experimental y análisis y cálculo teórico. Pero los dos se utilizan a menudo en combinación y se promueven mutuamente.
Investigación experimental
Incluyendo mecánica experimental, inspección estructural y análisis de ensayos estructurales. Las pruebas de modelos se dividen en pruebas de modelos locales y pruebas de modelos generales. Las pruebas de campo estructurales incluyen pruebas de componentes estructurales y pruebas de la estructura general. La investigación experimental es el principal medio para verificar y desarrollar métodos de análisis y cálculo teóricos. Las pruebas in situ de estructuras también tienen otros propósitos:
(1) Verificar si la función y la seguridad de la estructura cumplen con los requisitos de planificación, diseño y construcción estructural
② Identificar; la estructura durante su uso la integridad del sistema y obtener datos de reparación y refuerzo.
Análisis teórico y cálculo
Los pasos del análisis teórico estructural son determinar primero el modelo de cálculo y luego seleccionar el método de cálculo.
La mecánica de suelos se formó gradualmente a principios del siglo XX y se desarrolló rápidamente después de la década de 1940. Terzaghi jugó un papel importante en los primeros años de su formación y desarrollo. La mecánica de rocas es una disciplina joven que comenzó a organizar debates académicos especializados en la década de 1950 y desde entonces se ha expandido desde el estudio de las propiedades de las rocas duras con superficies discontinuas al estudio de las propiedades de las rocas blandas. La mecánica de rocas es el producto de la combinación de la ingeniería mecánica y la ingeniería geológica.
Desde el siglo XIX hasta la primera mitad del siglo XX, la mecánica continua se caracterizó por el estudio de las propiedades de diversos objetos, como la rigidez y resistencia de las vigas, la estabilidad de las columnas, la relación entre deformación y fuerza, y módulo elástico y módulo viscoso, etc. La mecánica continua en este período estudió diversas propiedades de los objetos desde una perspectiva macro a través del análisis experimental y el análisis teórico. Se extiende desde las leyes de la mecánica de partículas hasta las leyes de la mecánica continua, por lo que, naturalmente, existen algunas contradicciones.
A partir del progreso de la física y las matemáticas modernas en la primera mitad del siglo XX, surgió una nueva disciplina: la mecánica racional. En 1945, Reiner propuso un artículo sobre el análisis de fluidos viscosos y en 1948, Rivlin propuso un artículo sobre el análisis de sólidos elásticos, estableciendo gradualmente un nuevo sistema de la llamada mecánica continua racional.
A medida que avanza la tecnología de la ingeniería estructural, los ingenieros han contribuido al avance de la ingeniería mecánica, así como de los mecánicos y los matemáticos. Si no existía un método de análisis en los primeros días del desarrollo de las armaduras, no fue hasta 1847 que el ingeniero de puentes estadounidense Whipple publicó el método de análisis de armaduras correcto. La aplicación de computadoras, equipos experimentales modernos, la investigación de nuevos materiales y nuevas tecnologías de construcción y la aplicación de las matemáticas modernas han promovido el rápido desarrollo de la ingeniería mecánica.
Las partículas, los sistemas de partículas y la mecánica de cuerpos rígidos son los objetos de investigación de la mecánica teórica.
El llamado cuerpo rígido se refiere a un sólido idealizado cuyo tamaño y forma son fijos y no cambiarán debido a efectos externos, es decir, la distancia entre cada punto del sistema de partículas es absolutamente constante. La base teórica de la mecánica teórica es la ley de Newton, que es la base mecánica para estudiar la ciencia de la tecnología de la ingeniería.
La mecánica de sólidos incluye la mecánica de materiales, la mecánica estructural, la mecánica elástica, la mecánica de la plasticidad, la mecánica de los materiales compuestos y la mecánica de la fractura. En particular, las tres primeras disciplinas de la mecánica se utilizan ampliamente en la ingeniería civil. Es habitual referirse a estas tres disciplinas colectivamente como mecánica arquitectónica para ilustrar que se trata de una disciplina que utiliza los principios generales de la mecánica para estudiar el impacto de diversos efectos en diversas formas de arquitectura civil.
A finales de la década de 1950, con la aparición de las computadoras electrónicas y los métodos de elementos finitos, se formó gradualmente una disciplina interdisciplinaria: la mecánica computacional. La mecánica computacional se divide en dos ramas: mecánica computacional básica y mecánica computacional de ingeniería. Cuando este último se aplica a la mecánica arquitectónica, sus cuatro pilares son la mecánica arquitectónica, las técnicas de discretización, el análisis numérico y el software informático. Su misión es utilizar tecnología de discretización y métodos de análisis numérico para estudiar métodos de programación informática para análisis estructural, métodos de optimización estructural y visualización de imágenes de análisis estructural.
Muchas ramas de la ingeniería mecánica se pueden subdividir en estática y dinámica si se clasifican según las propiedades de las acciones que hacen que las estructuras reaccionen. Por ejemplo, estática estructural y dinámica estructural, esta última incluye principalmente la teoría de la vibración estructural, la mecánica ondulatoria y la teoría de la estabilidad dinámica estructural. Porque las fuerzas externas ejercidas sobre la estructura son casi aleatorias y la resistencia del material es inherentemente incierta.
Con el avance de la ciencia y la tecnología, desde la década de 1950, la aplicación de la teoría de la probabilidad y la estadística en la ingeniería mecánica se ha vuelto cada vez más extensa y profunda, formando gradualmente nuevas ramas y métodos, como la confiabilidad. Mecánica y métodos probabilísticos de elementos finitos.