材料力学

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材料力学研究材料在各种力和力矩的作用下所产生的应力和应变，以及刚度和强度的问题。通常是机械工程、土木工程和建筑工程以及相关专业的大学生必须修读的课程，通常在修读材料力学之前，会要求先修读应用力学。

材料力学的研究对象主要是棒状材料，如杆、梁、轴等。对于桁架结构的问题在结构力学中讨论，弹性结构的问题在弹性力学中讨论。

在人们运用材料进行工业工程、机械、土木、建筑生产的过程中，需要对材料的实际承受能力和内部变化进行研究，这催生出材料力学。运用材料力学知识可以：

• 分析材料的强度、刚度和稳定性。
• 在机械设计中使材料在相同的强度下可以减少材料用量，优化机构设计，以达到降低成本、减轻重量等目的。
• 将研究对象被看作均匀、连续且具有各向同性的线性弹性物体。但在实际研究中不可能会有符合这些条件的材料，所以须要各种理论与实际方法对材料进行实验比较。
• 材料在机构中会受到拉伸、压缩、弯曲、扭转及其组合等变形。根据胡克定律(Hooke's law)，在弹性限度内，物体的应力与应变成线性关系。

金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝黏贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。

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

其中， ${\displaystyle K_{s}}$ 为材料的灵敏系数，其物理意义是单位应变的电阻变化率，标志着该类丝材电阻应变片效应显著与否。 ${\displaystyle \epsilon }$ 为测点处应变，为无量纲的量，但习惯上仍给以单位微应变，常用符号 ${\displaystyle \mu \epsilon }$ 表示。

由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变 ${\displaystyle \epsilon }$ 与电阻变化率 ${\displaystyle {\cfrac {\mathbf {d} R}{R}}}$ 成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。

由于研究内容的情况复杂，材料力学的课程一般要求安排材料力学实验课。

学生可以在材料力学实验课中对材料的形变进行测量，从而计算材料的应力分布等数据。

典型的实验包括：

• 简单拉伸压缩实验
• 冲击破坏实验
• 稳定性
• 微小形变测量
• 材料弹性测量

实验的内容主要在于对形变的测量和计算，也有些破坏实验进作为观察。由于材料的形变可能很小，实际的测量要求较高的精度和灵敏度。很多情况下人们使用电测法测量实验数据。基本原理是，利用导体（有时称为电阻应变片）在形变时电阻值的变化，将实验件的形变转化为电信号，放大后即可作为测量数据。为了弥补温度等非测量因素的影响，常常需要安排多个电阻应变片构成差值组或桥路，抵消误差。