材料力學

材料力學研究材料在各種力和力矩的作用下所產生的應力和應變，以及剛度和強度的問題。通常是機械工程、土木工程和建築工程以及相關專業的大學生必須修讀的課程，通常在修讀材料力學之前，會要求先修讀應用力學。

材料力學的研究對象主要是棒狀材料，如杆、梁、軸等。對於桁架結構的問題在結構力學中討論，彈性結構的問題在彈性力學中討論。

研究內容[編輯]

在人們運用材料進行工業工程、機械、土木、建築生產的過程中，需要對材料的實際承受能力和內部變化進行研究，這催生出材料力學。運用材料力學知識可以：

分析材料的強度、剛度和穩定性。
在機械設計中使材料在相同的強度下可以減少材料用量，優化機構設計，以達到降低成本、減輕重量等目的。
將研究對象被看作均勻、連續且具有各向同性的線性彈性物體。但在實際研究中不可能會有符合這些條件的材料，所以須要各種理論與實際方法對材料進行實驗比較。
材料在機構中會受到拉伸、壓縮、彎曲、扭轉及其組合等變形。根據虎克定律(Hooke's law)，在彈性限度內，物體的應力與應變成線性關係。

電阻應變片的測量原理[編輯]

金屬絲的電阻值除了與材料的性質有關之外，還與金屬絲的長度，橫截面積有關。將金屬絲黏貼在構件上，當構件受力變形時，金屬絲的長度和橫截面積也隨著構件一起變化，進而發生電阻變化。

${\cfrac {\mathbf {d} R}{R}}=K_{s}\epsilon$

其中， $K_{s}$ 為材料的靈敏係數，其物理意義是單位應變的電阻變化率，標誌著該類絲材電阻應變片效應顯著與否。 $\epsilon$ 為測點處應變，為無量綱的量，但習慣上仍給以單位微應變，常用符號 $\mu \epsilon$ 表示。

由此可知，金屬絲在產生應變效應時，應變 $\epsilon$ 與電阻變化率 ${\cfrac {\mathbf {d} R}{R}}$ 成線性關係，這就是利用金屬應變片來測量構件應變的理論基礎。

材料力學實驗[編輯]

由於研究內容的情況複雜，材料力學的課程一般要求安排材料力學實驗課。

學生可以在材料力學實驗課中對材料的形變進行測量，從而計算材料的應力分布等數據。

典型的實驗包括：

簡單拉伸壓縮實驗
衝擊破壞實驗
穩定性
微小形變測量
材料彈性測量

實驗的內容主要在於對形變的測量和計算，也有些破壞實驗進作為觀察。由於材料的形變可能很小，實際的測量要求較高的精度和靈敏度。很多情況下人們使用電測法測量實驗數據。基本原理是，利用導體（有時稱為電阻應變片）在形變時電阻值的變化，將實驗件的形變轉化為電信號，放大後即可作為測量數據。為了彌補溫度等非測量因素的影響，常常需要安排多個電阻應變片構成差值組或橋路，抵消誤差。