旋壓封頭在力學(xué)中常用的基礎(chǔ)理論

　　由前面的引例中可以看出，要解決旋壓封頭在力學(xué)的多種問題，僅用彈性力學(xué)的理論是不夠的，還必須借助于其它力學(xué)理論。

　　彈性力學(xué)是變形固體力學(xué)的一個分支，而變形固體力學(xué)除彈性力學(xué)這一分支外，還包括旋壓封頭材料力學(xué)、理論力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、計算力學(xué)、試驗力學(xué)等分支。這些分支之間相互支持和交叉，但各自又有側(cè)重面。這些力學(xué)研究的內(nèi)容和方法分述如下：

　　1、材料力學(xué)

　　材料力學(xué)主要是研究桿狀構(gòu)件(即其長度遠大于寬度的構(gòu)件)在外力作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能(即外力、應(yīng)力、位移和應(yīng)變之間的關(guān)系)，并給出其強度和剛度應(yīng)滿足的條件，從而確定構(gòu)件的合理尺寸。旋壓封頭材料力學(xué)根據(jù)構(gòu)件的簡單變形規(guī)律導(dǎo)出了許多變形固體力學(xué)的基本理論，因此它是其它力學(xué)的基礎(chǔ)。本節(jié)中的 、第二部分實際上 是材料力學(xué)的內(nèi)容。

　　2、理論力學(xué)

　　理論力學(xué)是研究物體機械運動一般規(guī)律的科學(xué)。物體一旦處于運行狀態(tài)，便具有動能和勢能，理論力學(xué)通過將物體所受的力與其動能和勢能建立起關(guān)系，從而給出物體剛度和強度應(yīng)滿足的條件，旋壓封頭并由此確定物體的合理結(jié)構(gòu)和尺寸。本書第七章中介紹的管道振動問題， 涉及到了理論力學(xué)的理論。

　　3、結(jié)構(gòu)力學(xué)

　　結(jié)構(gòu)力學(xué)主要是研究桿狀構(gòu)件組成的系統(tǒng)在外力作用下所表現(xiàn)出來的力學(xué)性能，并給出系統(tǒng)中各構(gòu)件的強度和剛度應(yīng)滿足的條件，從而確定各構(gòu)件的合理尺寸。應(yīng)該說，旋壓封頭的結(jié)構(gòu)力學(xué)與材料力學(xué)是承上啟下的兩個學(xué)科，材料力學(xué)是結(jié)構(gòu)力學(xué)的基礎(chǔ)，而結(jié)構(gòu)力學(xué)是材料力學(xué)的進一步深化。在旋壓封頭在力學(xué)研究中，如果說管道的壁厚設(shè)計、管道元件(如三通、大小頭、彎頭、封頭)的強度分析、管法蘭的密封和強度設(shè)計等是采用了材料力學(xué)、彈性力學(xué)和塑性力學(xué)理論的話，那么由管道元件組成的管道系統(tǒng)的強度分析則主要是采用了結(jié)構(gòu)力學(xué)的理論。這方面的問題將在本章第二節(jié)中介紹。

　　4、彈性力學(xué)

　　彈性力學(xué)主要是研究一般彈性體(并非限定于桿狀構(gòu)件)在外力的作用下所表現(xiàn)出的力學(xué)性能。它是材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的深化和細化。彈性力學(xué)理論 突出的 點 是遵守彈性準則，這也是它與塑性力學(xué)的主要區(qū)別。單個旋壓封頭的受力分析一般都采用彈性力學(xué)的理論。

　　5、塑性力學(xué)

　　塑性力學(xué)主要是研究一般彈性體在外力的作用下局部出現(xiàn)屈服時的安定情況，并由此建立其強度判定條件。雖然塑性力學(xué)研究的對象與彈性力學(xué)相同，但它遵守的是塑性準則，即彈性體中局部出現(xiàn)屈服不一定發(fā)生強度破壞，并在此基礎(chǔ)上來建立強度條件。下面旋壓封頭將要介紹的安定分析 是采用了塑性力學(xué)的理論。

　　6、斷裂力學(xué)

　　斷裂力學(xué)研究的對象是存在宏觀缺陷的彈性體，研究的內(nèi)容是尋找存在宏觀缺陷(主要指裂紋)的彈性體在外力的作用下其宏觀缺陷擴展并導(dǎo)致破壞的規(guī)律，并由此建立強度條件。第十一章中提到的旋壓封頭壽命評估 是以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)的分析方法。斷裂力學(xué)是一門新發(fā)展起來的科學(xué)，目前仍有許多不完善的地方，故本書不作過多的介紹。

　　7、計算力學(xué)

　　計算力學(xué)是利用差分法、有限元法等方法將復(fù)雜的力學(xué)微分方程或者偏微分方程轉(zhuǎn)化為線性代數(shù)方程組，并以此近似求解復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)力的一門學(xué)科，旋壓封頭是彈性力學(xué)的深化和發(fā)展。前文已經(jīng)講到，它是伴隨著電子計算機的應(yīng)用而發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。

　　8、試驗力學(xué)

　　當構(gòu)件的邊界條件和受力情況比較復(fù)雜，用其它力學(xué)方法無法求解或求解比較困難時，可以借助于試驗方法如變形儀法、光學(xué)彈性法等實測其應(yīng)力狀態(tài)，旋壓封頭并由此分析評估其強度問題。這樣的一種力學(xué)分支稱為試驗力學(xué)。試驗力學(xué)在工程上應(yīng)用的并不多。