西工大飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)電子PPT課件

1、第一章 緒論一、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 結(jié)構(gòu)力學(xué)顧名思義就是研究結(jié)構(gòu)在外界因素作用下的力學(xué)行為及其組成規(guī)律。 因此，結(jié)構(gòu)力學(xué)的研究對(duì)象是結(jié)構(gòu)，其定義為：結(jié)構(gòu)是由結(jié)構(gòu)元件或構(gòu)件( (如桿、梁、板等) )通過(guò)某些連接方式( (如螺接、鉚接、焊接、膠接等) )組合起來(lái)的可以承受載荷和傳遞載荷的受力系統(tǒng)。第1頁(yè)/共38頁(yè)一、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 結(jié)構(gòu)力學(xué)顧名思義就是研究結(jié)構(gòu)在外界因素作用下的力學(xué)行為及其組成規(guī)律。外界因素機(jī)械力溫度變化：溫度變化導(dǎo)致元件伸長(zhǎng)或縮短。制造誤差：元件尺寸誤差、連接誤差。第一章 緒論 靜力動(dòng)力靜力學(xué)動(dòng)力學(xué)本課程主要研究結(jié)構(gòu)在靜力作用下的力學(xué)行為。采用的是靜力學(xué)平衡原理。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第

2、2頁(yè)/共38頁(yè)一、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 結(jié)構(gòu)力學(xué)顧名思義就是研究結(jié)構(gòu)在外界因素作用下的力學(xué)行為及其組成規(guī)律。力學(xué)行為受力狀態(tài)變形狀態(tài)穩(wěn)定性第一章 緒論 研究結(jié)構(gòu)承受外界因素的能力，內(nèi)力分析或強(qiáng)度分析，目的是進(jìn)行強(qiáng)度校核。研究結(jié)構(gòu)在外界因素作用下抵抗變形的能力，變形分析或剛度分析，目的是進(jìn)行剛度校核。研究結(jié)構(gòu)局部失穩(wěn)或整體失穩(wěn)破壞，穩(wěn)定性分析。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第3頁(yè)/共38頁(yè)一、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù) 結(jié)構(gòu)力學(xué)顧名思義就是研究結(jié)構(gòu)在外界因素作用下的力學(xué)行為及其組成規(guī)律。組成規(guī)律第一章 緒論 研究受力系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)元件之間的連接方式是否合理以及系統(tǒng)的組成規(guī)律，稱為結(jié)構(gòu)幾何組成分析。受力系統(tǒng)是否具有承受和傳遞載荷的

3、能力，取決于系統(tǒng)中元件之間的連接方式的合理性。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第4頁(yè)/共38頁(yè)一、結(jié)構(gòu)力學(xué)的任務(wù)本課程的教學(xué)任務(wù)是：第一章 緒論 研究結(jié)構(gòu)的組成規(guī)律，以及在靜力載荷作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形的計(jì)算方法和步驟,以計(jì)算方法為主。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第5頁(yè)/共38頁(yè)第一章 緒論 (飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué))結(jié)構(gòu)力學(xué)的應(yīng)用：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第6頁(yè)/共38頁(yè)第一章 緒論 (土木與建筑結(jié)構(gòu)力學(xué))(橋梁結(jié)構(gòu)力學(xué))(船舶結(jié)構(gòu)力學(xué))結(jié)構(gòu)力學(xué)的應(yīng)用：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第7頁(yè)/共38頁(yè)第一章 緒論 (水力學(xué))(土力學(xué)，沙漠力學(xué))非結(jié)構(gòu)力學(xué)類：(風(fēng)力學(xué))飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第8頁(yè)/共38頁(yè)二、與其它相關(guān)課程的區(qū)別先修課程：理論力學(xué)

4、、材料力學(xué)、線性代數(shù)、 彈性力學(xué)等。第一章 緒論 研究質(zhì)點(diǎn)、質(zhì)點(diǎn)系或剛體在外力作用下的平衡及運(yùn)動(dòng)規(guī)律（靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)）。理論力學(xué)研究結(jié)構(gòu)元件（簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)）在外力作用下的內(nèi)力、變形和穩(wěn)定性計(jì)算，元件剖面的合理選擇，元件材料選擇，元件破壞理論等。材料力學(xué)研究由結(jié)構(gòu)元件組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)在外力作用下的內(nèi)力和變形計(jì)算。結(jié)構(gòu)力學(xué)飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第9頁(yè)/共38頁(yè)二、與其它相關(guān)課程的區(qū)別第一章 緒論 ( (1) )細(xì)長(zhǎng)桿件，桿件的橫截面尺寸遠(yuǎn)小于桿件的縱向尺寸； (2)薄板，板的厚度遠(yuǎn)小于板的橫向和縱向尺寸。采用了平截面假設(shè)。材料力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)研究連續(xù)體在外力作用下的內(nèi)力和變形計(jì)算。引入的假設(shè)條件較少，結(jié)果更為

5、精確，可認(rèn)為是理論解。彈性力學(xué)什么是平截面假設(shè)呢？飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第10頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 實(shí)際結(jié)構(gòu)計(jì)算模型合理簡(jiǎn)化計(jì)算模型的簡(jiǎn)化原則： 力求反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要受力和變形特征； 力求便于結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為分析。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第11頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 可以從以下5個(gè)方面進(jìn)行簡(jiǎn)化：1. 外載荷的簡(jiǎn)化（1）略去對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)行為影響不大的外載荷，著重考慮起主 要作用的外載荷。（2）將作用面積很小的分布載荷等效地簡(jiǎn)化為集中載荷。（3）將載荷梯度變化不大的分布載荷簡(jiǎn)化為均布載荷。（4）將動(dòng)力效應(yīng)不大的動(dòng)力載荷簡(jiǎn)化為靜力載荷。例如：將作用在飛機(jī)機(jī)翼表面

6、上的氣動(dòng)分布載荷，等效地簡(jiǎn)化為作用在計(jì)算模型的各個(gè)結(jié)點(diǎn)上的集中載荷。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第12頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 2. 幾何形狀的簡(jiǎn)化幾何形狀的簡(jiǎn)化( (1) )用若干折線代替曲線，用若干平面代替曲面。用若干折線代替曲線，用若干平面代替曲面。( (2) )對(duì)錐度不大的物體，用無(wú)錐度體代替有錐度體。對(duì)錐度不大的物體，用無(wú)錐度體代替有錐度體。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)圖(a)機(jī)身圓形框，可以簡(jiǎn)化為由若干段直梁所組成的受力模型 圖(b)機(jī)翼，可以簡(jiǎn)化為由若干個(gè)盒式結(jié)構(gòu)組成的受力模型 第13頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 3. 受力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化（1）略去系統(tǒng)中不受力或受

7、力不大的元件。（2）對(duì)結(jié)構(gòu)元件的受力規(guī)律或受力類型作某 些假設(shè)，抽象為理想化的元件。飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第14頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 承受彎矩和剪力作用的平面梁，可以簡(jiǎn)化為雙緣條薄壁梁。該模型中有兩類元件，一類是只承受軸力的桿，一類是只承受剪力的板，元件受力形式得到簡(jiǎn)化。例如桿-板模型飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第15頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 4. 元件連接關(guān)系的簡(jiǎn)化（內(nèi)部連接） 按照結(jié)構(gòu)元件之間連接處的受力與構(gòu)造特點(diǎn)，將元件之間的連接關(guān)系簡(jiǎn)化為： 不計(jì)摩擦的鉸接 、剛接 或 滑接飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第16頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 鉸接被連

8、接的元件在鉸接點(diǎn)處，不能發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，但可以繞鉸接點(diǎn)發(fā)生自由轉(zhuǎn)動(dòng)（夾角發(fā)生改變）。用符號(hào) 表示鉸接，也稱為鉸結(jié)點(diǎn)。因此，鉸接可以傳遞力，但不能傳遞力矩。鉸接的力學(xué)特征：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第17頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 剛接被連接的元件在剛接點(diǎn)處，即不能發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，也不能繞剛接點(diǎn)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。將剛性連接處涂黑涂黑來(lái)表示剛接，也稱為剛結(jié)點(diǎn)。因此，剛接即可以傳遞力，也可以傳遞力矩。夾角保持不變剛接的力學(xué)特征：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第18頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 組合結(jié)點(diǎn)在同一結(jié)點(diǎn)處，某些元件采用剛接，某些元件采用鉸接，形成組合結(jié)點(diǎn)。剛接鉸接組合結(jié)點(diǎn)具有鉸結(jié)點(diǎn)

9、和剛結(jié)點(diǎn)的力學(xué)特征，組合結(jié)點(diǎn)的力學(xué)特征：元件A、B采用剛接，元件C采用鉸接飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第19頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 5、支座的簡(jiǎn)化（外部連接）支座：連接結(jié)構(gòu)于基礎(chǔ)或其它支承物的裝置。 可動(dòng)鉸支座支座可分為 固定鉸支座 固定支座（或稱固持） 定向支座飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第20頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 可動(dòng)鉸支座結(jié)構(gòu)具有繞鉸A的轉(zhuǎn)動(dòng)及平行于基礎(chǔ)平面方向的平動(dòng)，但在垂直于基礎(chǔ)平面方向上不能發(fā)生平動(dòng)。相當(dāng)于限制了結(jié)構(gòu)的一個(gè)平動(dòng)。可動(dòng)鉸支座的幾何特征：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第21頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 固定鉸支座結(jié)構(gòu)具有繞鉸A的轉(zhuǎn)動(dòng)，

10、但沒(méi)有平行于基礎(chǔ)平面方向和垂直于基礎(chǔ)平面方向上的平動(dòng)。平面固定鉸支座相當(dāng)于限制了結(jié)構(gòu)的兩個(gè)平動(dòng)。空間固定鉸支座相當(dāng)于限制了結(jié)構(gòu)的三個(gè)平動(dòng)。固定鉸支座的幾何特征：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第22頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 固定支座（固持）結(jié)構(gòu)在固持端A處無(wú)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。相當(dāng)于限制了結(jié)構(gòu)在A處的所有平動(dòng)和所有轉(zhuǎn)動(dòng)。固定支座的幾何特征：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第23頁(yè)/共38頁(yè)三、結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型第一章 緒論 定向支座結(jié)構(gòu)只發(fā)生平行于基礎(chǔ)平面一個(gè)方向的平動(dòng)，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)。相當(dāng)于限制了結(jié)構(gòu)繞A的轉(zhuǎn)動(dòng)和其它方向的平動(dòng)。定向支座的幾何特征：飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第24頁(yè)/共38頁(yè)四、結(jié)構(gòu)的分類第一章 緒論 常

11、見(jiàn)的結(jié)構(gòu)力學(xué)的計(jì)算模型有5種。組成桁架的結(jié)構(gòu)元件是細(xì)長(zhǎng)直桿，即桿的橫截面尺寸遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)度。各桿之間均采用無(wú)摩擦的鉸（鉸結(jié)點(diǎn)）相連。載荷只能作用在位于桿兩端的鉸結(jié)點(diǎn)上。1. 桁架飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第25頁(yè)/共38頁(yè)四、結(jié)構(gòu)的分類第一章 緒論 組成剛架的結(jié)構(gòu)元件是細(xì)長(zhǎng)直桿或曲桿。桿件之間采用剛性連接。外載荷可以作用在桿件的任何部位。2. 剛架飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第26頁(yè)/共38頁(yè)四、結(jié)構(gòu)的分類第一章 緒論 3. 薄壁結(jié)構(gòu)厚度比長(zhǎng)度及寬度小得多的結(jié)構(gòu)，它是飛行器結(jié)構(gòu)中用得最多的一種形式。組成薄壁的結(jié)構(gòu)元件是桿(直桿或曲桿)和板(直板或曲板) 。在飛行器結(jié)構(gòu)中，薄壁結(jié)構(gòu)是指由構(gòu)件(梁、緣條、桁粱、桁條、

12、肋、隔框)及蒙皮所構(gòu)成的受力系統(tǒng)。 機(jī)翼盒段計(jì)算模型 機(jī)身某段計(jì)算模型 飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第27頁(yè)/共38頁(yè)四、結(jié)構(gòu)的分類第一章 緒論 4. 整體結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)通常是由機(jī)械銑切或化學(xué)腐蝕加工而成。先進(jìn)的機(jī)身整體加筋結(jié)構(gòu)(整體加筋板+整體框)常規(guī)組裝的機(jī)身結(jié)構(gòu)(蒙皮+筋條+組合框)飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第28頁(yè)/共38頁(yè)第一章 緒論 四、結(jié)構(gòu)的分類4. 整體結(jié)構(gòu) 機(jī)身上部整體加筋板概念 常規(guī)加筋結(jié)構(gòu)與整體加筋結(jié)構(gòu)等效示意圖飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第29頁(yè)/共38頁(yè)四、結(jié)構(gòu)的分類第一章 緒論 由上述各種結(jié)構(gòu)模式混合組成。5. 混合結(jié)構(gòu)飛機(jī)起落架簡(jiǎn)化模型梁元件與桿元件混合飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第30頁(yè)/共38頁(yè)五、

13、結(jié)構(gòu)的外載荷、內(nèi)力和支座反力第一章 緒論 1. 外載荷作用在結(jié)構(gòu)上的已知的力，包括線力和力矩。線力集中力線分布力面分布力力矩集中力矩( (力偶) )線分布力矩面分布力矩飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第31頁(yè)/共38頁(yè)五、結(jié)構(gòu)的外力、內(nèi)力、支座反力第一章 緒論 2. 內(nèi)力指結(jié)構(gòu)元件上的力，用于維持元件的平衡和變形協(xié)調(diào)。不同的元件，有不同形式的元件力。( (1) )兩端帶鉸的直桿，也稱為二力桿。它是組成桁架的主要元件。只承受沿桿軸線的力，稱為桿軸力。桿軸線飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第32頁(yè)/共38頁(yè)五、結(jié)構(gòu)的外力、內(nèi)力、支座反力第一章 緒論 2. 內(nèi)力( (2) ) 梁：它是組成剛架的主要元件。在梁的任意一個(gè)橫截面上

14、，均承受軸力、剪力、彎矩、扭矩。 xyz空間梁zy平面梁x飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第33頁(yè)/共38頁(yè)五、結(jié)構(gòu)的外力、內(nèi)力、支座反力第一章 緒論 3. 支座反力( (支反力) )傳遞到支座上的力或支座對(duì)結(jié)構(gòu)的反力。支反力用于平衡結(jié)構(gòu)外載荷，維持結(jié)構(gòu)整體平衡?；顒?dòng)鉸支座平面固定鉸支座空間固定鉸支座提供多少支反力？飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第34頁(yè)/共38頁(yè)五、結(jié)構(gòu)的外力、內(nèi)力、支座反力第一章 緒論 3. 支座反力( (支反力) )平面固定支座平面定向支座空間固定支座提供多少支反力？飛行器結(jié)構(gòu)力學(xué)基礎(chǔ)第35頁(yè)/共38頁(yè)六、基本關(guān)系和基本假設(shè)第一章 緒論 （1）平衡關(guān)系1. 基本關(guān)系作用在結(jié)構(gòu)上的力是平衡的，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的所有元件也是平衡的。（2）協(xié)調(diào)關(guān)系結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時(shí)，各個(gè)元件之間的變形是協(xié)調(diào)的。（3）物理關(guān)系元件的力和位移之間，滿足材料的物理性質(zhì)。結(jié)構(gòu)力學(xué)的原理和計(jì)算方法均是基于這三種基本關(guān)系而建立的。飛行器結(jié)構(gòu)力