流体力学在汽车设计中的应用——桥梁篇

流体力学在车辆上的应用？

流体力学是人们在利用流体的过程中逐渐形成的一门学科，它起源于阿基米德对浮力的研究，由于数理学科和流体工程学科相互推动而得到发展[1]。现如今已经成为航空航天、车辆、机械、环境生物等工程学科的基础之一。通过对流体力学的基础理论的学习，结合汽车工况，发现流体力学在汽车设计中具有重要的应用。

流体力学在汽车设计中的应用——桥梁篇

流体力学在汽车设计中的应用——桥梁篇

随着汽车技术不断的革新与进步，人们对汽车的安全性、环保性提出了更高、更严的要求，同时汽车设计要符合人机工程学的要求，满足人性化的需求。因此，在汽车设计中必须全面考虑所受到的空气阻力、表面压力、气动升力、气动侧力等力学问题，分析这类力学问题的影响，多采用风洞实验636f7079e799bee5baa631333433623164，而风洞试验时间长、成本高。随着流体力学和计算机技术的发展，计算流体力学逐渐在汽车设计中起到了重要的作用，本文旨在分析流体力学在汽车分析中的应用，确定流体力学在汽车设计中的重要地位和作用。

力学知识在桥梁中的运用，给我个详细的研究性学习或论文！！！！！！

现代桥梁通常分为梁式桥、拱式桥、斜拉桥及悬索桥四类。近年来，中学教材和教辅资料中出现了一些相关内容和习题，从技术应用的角度展示了物理学与生活的联系，体现了物理与技术的结合，培养了学生观察、探究身边物理现象的兴趣和能力。本文择取几例，加以解析与点评，仅供参考。

一、梁式桥

梁式桥是以受弯为主的主梁作为主要承重构件的桥梁。

按主梁的静力图示，梁式桥又可分为简支梁桥、连续梁桥和伸臂梁桥三类。

前两类梁桥从古到今，屡见不鲜。目前世界的钢桁梁桥主跨已达549 m。人们不太熟悉的伸臂梁桥，在山东科学技术出版社发行的《普通高中课程标准实验教科书物理I(必修)》第92面有图文介绍，使人一目了然，笔者不再赘述(该课本为课标诸多新教材之一，以下简称为“山科本”)。

例l 不同劲度的材料各有用处。混凝土坚硬，但缺乏弹性，容易在拉伸时断裂，而钢筋耐拉伸，所以在混凝土预制桥梁桥板的承受张力的部位用钢筋来加固。正确地放置钢筋的位置，可以使桥梁更加牢固。如图1所示，桥梁加固钢筋位置正确的是 ( )

解析 当物体压在该桥梁上时，桥墩内侧桥板的上表面受的是压力，下表面受的是拉力。桥墩外侧桥板上表面受的是拉力，下表面受的是压力。为了使钢筋受到的都是拉力，所以应当按图1(a)所示的方式放置钢筋。

点评 题的关键是体会桥梁各部分承受的是压力还是拉力。

类似问题在山科本第68面也有图文介绍。

二、拱式桥

拱式桥是以承受轴向压力为主的拱(称为主拱圈)作为主要承重构件的桥梁。我国古代能工巧匠建造出许多结构精美的拱桥，如赵州桥等，堪称早期拱形桥的经典。山科本第87面有图文介绍，并简述了力学原理。目前世界的钢拱桥为上海卢浦大桥，主跨为550 m。已建成的较大跨度的拱桥还有长江大桥(混凝土拱桥，主跨达420 m)及湖南凤凰乌巢河石拱桥(主跨达120m)。

例2 轻轨“明珠线”的建成，缓解了徐家汇地区的交通拥挤状况，请在图2中画出拱形梁在A点的受力示意图。这种拱形桥的优点是 。

解析 根据力的分解原理，拱形梁在A处的受力方向应为切向(如图2所示中补画的箭头所示)。其优点是：梁身所受的力通过切向传递，终将受力传递给桥墩，同时形成较大的跨度空间。

点评 本题为上海2002年春季招生试题之一。在技术上，这种桥面在拱肋下方的拱形桥属于下承式拱桥。由于在拱脚处用一被称为系杆的纵向水平拉杆将两拱脚连接起来(图2中未画出，其作用是减小拱肋对桥墩的水平推力)，故下承式拱桥又称系杆拱桥。

三、斜拉桥

典型示意图如图3所示，它由主梁、斜拉紧主梁的钢索以及支承钢索的索塔等部分组成。斜拉桥的钢索拉成直线，与索塔、桥面(主梁)构成稳定的三角形结构；与具有多个桥墩的连续梁桥对照，一根(对)斜拉索就是代替一个桥墩的(弹性)支点，故主梁同弹性支承上的连续梁性能相似，其刚度比悬索桥大，而主梁跨径一般介于梁式桥与悬索桥之间。

目前世界上的斜拉桥主跨达890 m。我国已位居世界前列的钢结构与混合结构的斜拉桥有南京长江二桥(主跨628m)、上海杨浦大桥(主跨602m)、上海徐浦大桥(主跨590m)；预应力混凝土结构斜拉桥有重庆长江二桥(主跨444m )、铜陵长江二桥(主跨432m)、郧阳汉江桥(主跨414m)、武汉长江二桥(主跨400m)。斜拉桥是近年来应用广的桥梁。

例3 如图4所示，重力为G的均匀吊桥处于水平位置时，三根平行钢索与桥面均成

30°，点间距ab=bc=cd＝dO，若每根钢索受力相同，则每根钢索受力大小为 ( )

解析 若以0点为转轴(设每根钢索拉力均为F)，由力矩平衡关系可有

解得F＝2/3G,故选择选项D。

点评：与图3相对照，图4相当于斜拉桥索塔某一侧的一部分。

实际的斜拉桥十分复杂，仅钢索分布就有单面布索或双面布索、密索或少索、平行状或放射状等多种形式，故设计时斜拉索的受力计算要在综合诸多因素后由大型计算机处理，施工中索力的控制与调整也极为精密。本题仅为简化的模型(本题为全国中学生力学竞赛试题)。

四、悬索桥

是以承受拉力的钢索或链索(均称为主索)作为主要承重构件的桥梁。它由主索、索塔、锚碇、吊索(或吊杆)、桥面等部分组成，基本示意图如图5所示。主索主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材制作，可以充分利用材料的强度，且具有用料省、自重轻等特点，因而在各类桥梁中跨越能力(跨径可达到1000 m以上)。悬索桥的主要缺点是刚度小。

例4 l999年lO月，我国座跨度超千米的特大悬索桥在江阴正式通车。该桥主跨为1385 m，桥全长3071 m，桥下通航高度为50m，两岸的桥塔高196 m。横跨长江南北两岸的两根主缆绕过桥塔顶鞍座，由南北锚碇固定，整个桥面和主缆的4.8万吨重量都悬在这两根主缆上。为计算方便起见，其整体结构可简化为如图6所示，每根主缆的张力约为( )

A．2．4万吨 B．6万吨

C．12万吨 D．24万吨

解析 图6中大桥受整个桥面和主缆的总重力以及四段钢索的拉力，这些力的合力为零，大桥处于静止的平衡状态。这些力可等效为平面共点力系，设其延长线相交于O点，其受力图如图7所示。设总重力为G(4.8×108N)，四段钢缆每段拉力均为F，则由相似三角形关系

解得F＝5.8×108N。故选择选项B。

点评 实际悬索桥计算甚为复杂，本题作此简化，学生就可以根据中学物理知识进行估算了。

学习与应用力学对道路桥梁工程有什么作用

答：学习与应用力学对道路桥梁工程有如下作用：

1、可以把道路桥梁工程的项目设计更科学合理，符合力学规律，提高结构使用安全的可靠度；

2、可以用于验证和总结已有工程经验，为一些经验提供理论依据；同时修正与力学原理相悖的经验；

3、可以帮助初学者学习、理解及应用道路桥梁工程设计理论，缩短工程经验积累的时间。

工程流体力学在车辆上有哪些应用

按用途来分，工程流体力学主要有七个方面的应用：1）油在油箱里的贮存、在管道内的流动与在内燃机里的燃烧；2）内燃机里燃烧过程中的进气与排气、以及气体通过气缸产生的驱动力；3）液压油通过一系列的阀与管路产生制动力；4）风扇对电动机、发电机及其它电器的散热冷却；5）通过水的循环对电动机、发电机及其它电器的散热冷却；6）润滑油对车辆中运动副的润滑；7）车体外形对空气流体的阻力。

力在自行车中应用

目前，世界环境日益遭到破坏。随着地球气温的升高，人们便开始关注大气污染，而交通工具尾气排放又使之愈演愈烈。因此，自行车变成了为环保的“绿色交通工具”。据调查表明，每年因自行车引起的车祸以惊人的速度增长。要提高自行车的安全性，就必须研其工作原理。研究自行车不仅可以拓宽我们的知识面，培养我们的动手能力，还可以将课本上学到的力学知识应用到实际中去。我认为自行车中主要有以下几种力学现象。

一、 摩擦

1、启动过程中的摩擦力在链条驱动下，后轮胎逆时针转动时，轮胎与地面接触处相对于地面有向后运动的趋势，故地面对后轮胎施加向前的摩擦力 ，此摩擦力成为自行车向前运动的动力。在此力的作用下，自行车整体具有向前运动的趋势，自行车的前轮胎与地面接触处相对于地面有向前运动的趋势，则地面将对前轮胎产生向后的摩擦力 ，在 的作用下，前轮胎便沿着后轮胎相同的方向转动起来，自行车就向前运动，因此，人们也将后轮胎称为主动轮，前轮胎称为从动轮。

如没有摩擦力会出现什么情况呢？同样以人在冰面上为例，当站在冰面上时，摩擦力很小，几乎为零。这时人要向前走是很困难的，并且会很容易摔倒。同理，下雨天或下雪天时，由于地面摩擦力变小，人骑自行车很容易摔倒，也就是通常所说的打滑。我们知道，自行车的轮胎并不是光滑的，而是有凹凸不平的纹路。正是通过这种方法来增大摩擦力。如果轮胎表面越粗糙，摩擦力越大，行驶过程中越安全。

2、刹车过程中的摩擦力

摩擦力对自行车的制动也很关键。如果刹车性能不好，会影响到骑车人的行驶安全。自行车能停下来，主要是靠刹车块与轮胎之间的摩擦。人捏刹车柄，使刹车线带动刹车块与轮胎靠紧，产生摩擦力使自行车减速，终停下来。

影响摩擦力大小的因素有压力大小和接触面粗糙程度。借助自行车， 可以用一个简易的实验来证明：以一恒定大小的速度驾驶同一辆自行车，用大小不相同的力捏刹车柄，结果力越大，自行车制动越快；相同的初速度，停下来越快则加速度越大，即摩擦力越大。说明压力越大，产生的摩擦力越大。再用新、旧两辆自行车，在相同的速度下，用相同的力捏刹车柄，结果新车制动得快。因为旧车的刹车块磨得比较光滑了，所以产生的摩擦力小。这符合压力相同，接触面越粗糙，摩擦力越大的结论。

二、杠杆

1、调档

（1）脚踏板与牙同轴转动相当于一个变形的省力杠。

（2）飞轮与后轮胎同轴转动，相当于一个变形的费力杠杆。而后车胎转动时受到地面对它的阻力矩一定时，当动力作用在不同半径的飞轮上根据转动平衡则飞轮上的动力矩一定。则有 。当 小于 ，则 大于 故链条绕在半径小的飞轮1上比飞轮2上所需的蹬力大。也就称为重挡。

（3）当人以一定的速度踏板，则牙盘转动的速度一定，则链条运动的速率一定，链条无论绕在轮1或轮2上，两轮边缘的速率均相同，根据 知当 一定时， 越小， 越大。故链条绕在轮1上时自行车后轮胎转动的 大。又因后轮胎半径 一定，则后轮胎运动的 大。因而自行车前进得快,所以也称该档为快挡。

2、刹车系统

刹车柄固定在 点，金属丝从 点接出连结刹车块，它们构成一个杠杆。捏刹车柄时，带动刹车块抵紧轮胎。当手作用在 点时，根据力矩平衡： ；当手作用在 点时： 。所以当手在距 点越远的地方捏刹车时，越省力.

三、减震

为了提高自行车的舒适性，自行车上装上了减震器。自行车上共有3处应用到减震：三角架、鞍座、车头，这几处都是用弹簧作边结，如果没有减震，当自行车震动时，整个车身都会显得不灵活，人便随着弹起又落下。而有减震的自行车，在同样的坑洼路上，由于变具有形变性，使人落下时与车身接触的时间增长，受力变小，提出高了舒适性。好比从高处跳到水泥上，脚会生痛，而在地面上铺上软垫后，再从相同高度跳下，人会感觉舒服得多。减震不仅能提高人骑自行车的舒适性，同时也减少了自行车的磨损。没有减震的自行车，由于车身不灵活，震动会很剧烈。因此对材料的磨损很大。而装上减震后，车身变得灵活，而且减小了震动，对材料的磨损大大减小，也就延长了车的寿命。减震在自行车的行驶过程中必不可少。至于减震的应用效果，与安装部位也很关联，当然，三角架、鞍座、车头这三处便是理想之处。因为车头处对车前身起到了减震作用，鞍座和三角架对整个车身也起到减震作用，这就是比较完整的构造。

四、平衡

骑自行车平衡的原理：凡是高速转动的物体，都有一种能保持转动轴方向不变的能力，使它们不向两侧倒。小朋友打的陀螺不倒也是这个道理。我们骑自行车时是在前进的方向上给自行车一个力，使车轮转动起来，车轮就能保持一定的平衡状态，再利用车把调节一下平衡，自行车就可以往前行进了，可是一停下来，车子就会因失去平衡而倒下来。

我相信，随着科技的发展，自行车会以全新的面貌展现在我们面前。我们骑着它会感到更舒适、更安全。

汽车上物理知识的应用

一、力学方面

1、汽车的底盘质量都较大，这样可以降低汽车的重心，增加汽车行驶时的稳度。

2、汽车的车身设计成流线型，是为了减小汽车行驶时受到的阻力

3、汽车前进的动力--地面对主动轮的摩擦力(主动轮与从动轮与地面的摩擦力的方向相反)

4、汽车在平直路面匀速前进时--牵引力与阻力互相平衡，汽车所受重力与地面的支持力平衡

5、汽车拐弯时:①司机要打方向盘--力是改变物体运动状态的原因;②乘客会向拐弯的反方向倾倒--由于乘客具有惯性

6、汽车急刹车(减速)时，①司机踩刹车--力是改变物体运动状态的原因;②乘客会向车行方向倾倒――惯性 ;③司机用较小的力就能刹住车――杠杆原理;④用力踩刹车--增大压力来增大摩擦;⑤急刹车时，车轮与地面的摩擦由滚动变摩擦成滑动摩擦

7、不同用途的汽车的车轮还存在大小和个数的异--这与汽车对路面的压强大小相关

8、汽车的座椅都设计得既宽且大，这样就减小了对坐车人的压强，使人乘坐舒服

9、汽车快速行驶时，车的尾部会形成一个低气压区，这是我们常常能在运动的汽车尾部看到卷扬的尘土形成原因

10、交通管理部门要求:①小汽车的司机和前排乘客必须系好安全带--这样可以防止惯性的危害;②严禁车辆超载--不仅仅减小车辆对路面的破坏，还有减小摩擦、惯性等;③严禁车辆超速--防止急刹车时，因反应距离和制动距离过长而造成车祸

11、简单机械的应用:①方向盘、车轮、开窗摇柄等都是轮轴，②调速杆，自动开关门装置是杠杆

12、汽车爬坡时要调为低速:由P=Fv，功率一定时，降低速度，可增大牵引力

13、关于速度路程，时间的计算问题;参照物与运动状态的描述问题

14、认识限速，里程，禁鸣等标志牌，了解其含义

二、声学方面

1、汽车喇叭发声要响，发动机的声音要尽量消除(发动机上装配)――这是在声源处减弱噪声

2、为减轻车辆行驶时的噪声对道旁居民的影响，在道旁设置屏障或植树――可以在传播过程中减弱噪声

3、喇叭发声:电能――机械能

三、热学方面

1、汽车发动机常用柴油机或汽油机--它们是内燃机--利用内能来做功

2、发动机外装有水套，用循环流动的水帮助发动机散热--水的比热容大

3、冬天，为防冻坏水箱，入夜时要排尽水箱中的水――防止热胀冷缩的危害

4、小汽车的后窗玻璃板中嵌有一道道的电热丝--它可以防止车内形成的雾气附着于玻璃上并凝结

5、刚坐进汽车或有汽车从你身旁驶过时，会闻到浓浓的汽油味--扩散现象

6、空调车车窗玻璃设计成双层的――防止传热

7、环保汽车使用气体燃料，可减小对大气的污染

四、电学方面

1、汽车的发动机常用低压电动机起动:电动机是根据磁场对电流的作用的道理制成的，工作时把电能转化为机械能。

2、汽车电动机(汽车电机)常用车载电瓶(蓄电池)供电，汽车运行过程中可以利用的车轮带载发电机发电，给蓄电池充电。给蓄电池充电时，电能转化为化学能储存起来，此时蓄电池是用电器;用蓄电池给电动机供电时，化学能转化为电能，此时蓄电池才是电源

3、车载蓄电池还被用来为汽车上配装的空调、电扇、收录机、CD机及各种用途的电灯供电，方便地电能转化为机械能、声能、光能等等

3、油罐车的尾部通常要挂一条铁链直达路面，这样做有利于使运输过程中因颠簸而产生的电荷迅速传到大地上，避免因静电放电而带来灾难

4、车灯发光:电能――光能

五、光学方面

1、汽车旁的观后镜，交叉路口的观察镜用的都是凸面镜，可以开阔视野

2、汽车在夜间行驶时，车内一般不开灯，这样可防止车内乘客在司机前的挡风玻璃上成像，干扰司机正确判断

3、汽车前的挡风玻璃通常都不直立(底盘高大的车除外)，这是因为挡风玻璃相当于平面镜车内物体易通过它成像于司机面前，影响司机的判断

4、汽车尾灯灯罩:角反射器可将射来的光线反回，保证后面车辆安全

5、汽车头灯:凹面镜反射原理，近距光灯丝在焦点附近，远距光灯丝在焦点上

汽车上应用物理知识的地方太多，可以说所有功能，性能都是物理知识的应用。如动力产生的内燃机工作，一个小小的玻璃窗升降等等……。

汽车上物理知识的应用 在汽车上，汽车行驶有一个速度 你从后面向前面走也有一个速度 你的实际速度在地面上是多少 如果从钱往后走 你的速度 在地面上是多少