力流的体会

Spindoal

      力流是一种概念，力流和水流很相似，力流在结构中传递汇聚并最终流向地球，而水流是在山脉中传递汇聚并最终流向大海；力流是沿着结构刚度最大的地方分布的，而水流总是沿着地势最陡的地方流的；结构的承载力代表最大能有多少力流流量，而河流的宽度代表能有多少水流流量。力流不是严格的力学概念，只是为了方便理解力的传递特性，而做的形象描述。


      一般对于结构设计而言，合理地布置结构中的力流是为了合理布置结构中的应力。对于如何布置力流，大体应该分三步走，第一步认识现有结构中力流的分布，第二步思考这种分布哪里不合理，第三步如何设计结构得到合理的力流。

      第一步，认识力流分布，力流的分布主要遵循连续性原理和沿刚度分布原理，连续性原理说的是力流是连续的，不凭空产生，也不凭空消失。沿刚度分布原理说的是力流流向刚度最大的位置，为何刚度最大的位置呢？因为主要是某些刚度小的地方，受力之后这些地方易变形，变形后就不受很大的力了，而是由刚度大的地方受力。这个原理还可以说是变形最小的原理，也就是力流流向那些受力后不易变形的地方。（原理是自己编的）

      第二步，合理的力流，判断力流是否合理主要遵循两个原则，力流均匀原则和力流轨迹最短原则，力流均匀原则说的是力流尽可能要均匀，没有力流集中。力流轨迹最短原则说的是，力流尽可能短，尽可能将结构中的施力点与受力点连起来；

      第三步，改变力流分布，改变方法是通过设计合理刚度结构。如何理解结构刚度的作用呢？结构力学有句老话，按刚分配，说的就是结点中内力分析中，按照杆件的刚度来分配杆件的内力。那么这样一来,对于杆件设计来说，可以通过设计不同刚度的杆件，来实现对杆件内力来分配。其实改变结构力流也是同样道理，可以通过改变结构件局部的刚度来改变力流的分布。




下面通过几个例子来分析。



例子1 有缺口的结构

      缺口会产生力流集中，出现集中的原因是由于局部变形不均，力流被迫急剧改变其原有路径，从而因力流抢近道引起在近道局部力线拥挤，即应力水平上升（可以尝试着用上面的第一步分析一下）。可以通过改变结构局部刚度（形状），来改善变形的不均匀，从而合适的引导力流（第三步）。


例子2 焊接结构

      不合理的原因，不符合第二步中的力流轨迹最短原则。

例子3焊接结构

      力流在结构中分布是按刚度分布，所以a图左右两端力流是均匀的。但因为中间刚度变化大，所以力流分配有集中，违反了第二步中的力流均匀原则。应该通过布置合理形状（刚度）的结构来达对力流进行引导，到达均匀。如bc


例子4焊接结构

      可以用第一步的方法，分析焊缝力流的大致分布，试着在脑海中把力流连起来。然后能看出哪里不均匀。


例子5焊接结构

      因为焊缝凸出的部分有刚度，把力流引去了一部分，造成力流轨迹不直接。为了使其直接，要把凸角焊缝弄成凹角焊缝。


例子6 螺栓

      螺母变形的不均匀，第一圈牙受到的力流最密集。改善方法，是通过合理设计螺母的刚度。如下图：

      改变螺母的刚度，可改善其力流。


例子7 连杆结构

      对于从A施加力到B而言，上面a、b图的设计，都不是最短的路线，不符合力流轨迹最短原则，所以不可取。


例子8 轴

      如上图的力流分布，a会产生边缘的应力集中（a的力流线画的有问题）。C是通过改变结构的局部刚度，来引导力流。


例子9 轴

      可以看出，b改变了刚度，但轨迹不够直接，c是最好了，符合力流轨迹原则。




参考资料：

机械设计---------------------------------------------------------穆斯
基于统一强度理论的结构力流优化分析---------------------贾红英
力流法及其在机械设计中的应用-----------------------------陈贻伍
遵循力学原理的结构设计准则( l )---------------------------杨文彬
合理力流原理在轴类零件结构设计中的应用---------------程建伟

2266998

这态度好，非常好，

川中小卒

受力分析到是用的多，力流这概念到是第一次接触，谢谢大侠分享。

辰宇

锻打就比直接铸造出来的综合力学性能要好。

yinalan

2266998 发表于 2018-5-31 16:11
这态度好，非常好，

之前搜集的书上关于铬在钢中的的作用，可能比较浅显，我自己也不懂为什么，希望对大侠有帮助

zerowing

因为主要是某些刚度小的地方，受力之后这些地方易变形，变形后就不受很大的力了，而是由刚度大的地方受力。

这么说不大合适，按照理论力学的说法，应该是变形的一致性导致同一变形平面上的力分布的不均匀性。而且，即便是对于同一刚度平面，这个力的分布也是不均匀的。这是弹性力学的东西。换句话说，当讨论同一变形量下的不同刚度体受力时，大刚度的要承受更多的力。当讨论同一刚度同一变形量的受力时，根据弹性累积，也会有一个抛物线形的力分布。
写得挺好。

胸大当饭吃

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