華中科技大學工程材料學PPT

1、 （Engineering Mechanics） TEL：南一樓東北南一樓東北E422華中科技大學力學系華中科技大學力學系考考 核核 考試（閉卷）成績70-80%； 平時成績20-30%（平時作業(yè)的平均）。 考勤：點名未到者扣5分/次，點名3次未 到者取消考試資格。34。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門基礎科學基礎科學。 直接服務于工程直接服務于工程, ,又是一門又是一門技術(shù)科學技術(shù)科學。 5機械、結(jié)構(gòu)等機械、結(jié)構(gòu)等 受力如何？受力如何？ 如何運動？如何運動？ 如何變形？破壞？如何變形？破壞？ 如何控制設計？如何控制設計？其目的目的是： 了解工程系統(tǒng)的性態(tài)了解工程系

2、統(tǒng)的性態(tài) 并為其設計提供合理的規(guī)則并為其設計提供合理的規(guī)則。性態(tài)性態(tài)規(guī)則規(guī)則6以力學與航空航天工程為例以力學與航空航天工程為例2009：CA（愛德華茲）（愛德華茲）-FL（肯尼迪）（肯尼迪）7817831783年年6 6月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。18751875年，氫氣球載人飛行到萬米高空。年，氫氣球載人飛行到萬米高空。1919世紀后，出現(xiàn)了飛艇。世紀后，出現(xiàn)了飛艇。 充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力，充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力， 用動力裝置輔助控制用動力裝置輔助控制, , 可以向任意方向飛行。可以向任意方向飛行。：919031903年，萊特兄弟（美國）的木

3、制機身、雙年，萊特兄弟（美國）的木制機身、雙層帆布機翼螺旋槳飛機第一次飛行。層帆布機翼螺旋槳飛機第一次飛行。1011飛行力學飛行力學 無缺陷均勻材料，無缺陷均勻材料， 變形體。變形體。研究對象研究對象12131415跨、超音速空氣動力學跨、超音速空氣動力學噴氣機、后掠翼、復合材料噴氣機、后掠翼、復合材料理論力學理論力學飛行力學飛行力學振動振動 噪聲噪聲；穩(wěn)定性穩(wěn)定性材料力學材料力學結(jié)構(gòu)力學結(jié)構(gòu)力學彈性力學彈性力學計算力學計算力學疲勞力學疲勞力學斷裂力學斷裂力學空氣動力學空氣動力學雙、單翼機雙、單翼機氣球、飛艇氣球、飛艇流體力學流體力學實驗實驗力學力學1617 軸軸 葉輪葉輪 疲勞斷裂破壞疲勞斷

4、裂破壞18 轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸 疲勞開裂疲勞開裂 疲勞斷裂破壞疲勞斷裂破壞19202000年年8月月27日下午日下午3時時20分，臺灣南部高屏大橋斷裂分，臺灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長達，大橋中間下陷部分長達100米。米。17輛車墜河，輛車墜河，22人人受傷。受傷。 采沙過度，河面沉降采沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。余米，橋墩先斷裂。21地面鐵條使地面鐵條使輪胎爆裂，輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)碎片侵入發(fā)動機。動機。2223242526ITER : International Thermonuclear Experimental Reactor ITER

5、 is based on the tokamak concept of magnetic confinement, in which the plasma is contained in a doughnut-shaped vacuum vessel. The fuel - a mixture of Deuterium and Tritium, two isotopes of Hydrogen - is heated to temperatures in excess of 150 million oC, forming a hot plasma (等離子體). Strong magnetic

6、 fields are used to keep the plasma away from the walls; these are produced by superconducting coils surrounding the vessel, and by an electrical current driven through the plasma.27強磁場中的線圈設計目標：100特斯拉2829材料與對象材料與對象：金屬、土木石等 新型復合材料、高分子材料、 結(jié)構(gòu)陶瓷、功能材料。尺度尺度：宏觀、連續(xù)體 含缺陷體， 細、微觀、納米尺度。實驗技術(shù)實驗技術(shù)： 電、光測實驗技術(shù)電、光測實驗技

7、術(shù) 全息、超聲、光纖測量，全息、超聲、光纖測量， 及實驗裝置的大型化。及實驗裝置的大型化。30靜強度、靜強度、 斷裂控制設計、抗疲勞設計、斷裂控制設計、抗疲勞設計、剛度設計剛度設計 損傷容限設計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、損傷容限設計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計、 耐久性設計和可靠性設計等。耐久性設計和可靠性設計等。保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能 設計設計- -制造制造- -使用使用- -維護的綜合分析與控制，維護的綜合分析與控制， 功能功能安全安全經(jīng)濟的綜合性評價，經(jīng)濟的綜合性評價， 自感知、自激勵、自適應自感知、自激勵、自適應 （甚至自診斷、自修復）的智能結(jié)構(gòu)。（甚至自診斷、自修復）的智能結(jié)構(gòu)

8、。31應用現(xiàn)代計算機、信息技術(shù)應用現(xiàn)代計算機、信息技術(shù)， 與其他基礎或技術(shù)學科相互結(jié)合與滲透。與其他基礎或技術(shù)學科相互結(jié)合與滲透。：按所要求的性能設計材料。按所要求的性能設計材料。( (90年代年代) )：計算力學計算力學+ +計算機應用計算機應用 ( (60年代年代) ) 解決復雜、解決復雜、 困難的工程實際問題困難的工程實際問題。使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合CADCAD技術(shù)）技術(shù)） 監(jiān)測、控制技術(shù)（如振動監(jiān)測、故障診斷）；監(jiān)測、控制技術(shù)（如振動監(jiān)測、故障診斷）； 工程系統(tǒng)動態(tài)過程的計算機數(shù)值仿真技術(shù)；工程系統(tǒng)動態(tài)過程的計算機數(shù)值仿真技術(shù)； 廣泛應用至各工程領域。廣泛

9、應用至各工程領域。329090年代開始，力學與材料、控制（包括傳感與作年代開始，力學與材料、控制（包括傳感與作動）、計算機相結(jié)合，研究發(fā)展面向動）、計算機相結(jié)合，研究發(fā)展面向2121世紀的、世紀的、具有具有“活活”的功能的智能結(jié)構(gòu)的功能的智能結(jié)構(gòu)。生物材料力學性能、微循環(huán)、定量生理學、心血生物材料力學性能、微循環(huán)、定量生理學、心血管系統(tǒng)臨床問題和生物醫(yī)學工程等。管系統(tǒng)臨床問題和生物醫(yī)學工程等?！皼]有生物力學，就不能很好地了解生理學。沒有生物力學，就不能很好地了解生理學?！?。 3334 ： 。：35表面力表面力體積力體積力36是力是力( (力系力系) )作用的結(jié)果。有二種效應：作用的結(jié)果。有二種

10、效應：（外效應）（外效應）物體自身形狀的局部畸變。物體自身形狀的局部畸變。 如機翼、機身結(jié)構(gòu)的變形。如機翼、機身結(jié)構(gòu)的變形。（內(nèi)效應）（內(nèi)效應）37是動力學基本方程動力學基本方程。 注意 F 、 a 是矢量。maF 38提出問提出問題，選題，選擇有關(guān)擇有關(guān)的研究的研究系統(tǒng)。系統(tǒng)。對系統(tǒng)對系統(tǒng)進行抽進行抽象與簡象與簡化，建化，建立力學立力學模型。模型。利用力利用力學原理學原理進行分進行分析、推析、推理，得理，得出結(jié)論出結(jié)論與已知與已知結(jié)論相結(jié)論相比較，比較，或由實或由實驗進行驗進行驗證。驗證。確認或確認或進一步進一步改善模改善模型，深型，深化認識化認識工程力學解決問題的一般方法，類似于一般科學工

11、程力學解決問題的一般方法，類似于一般科學研究的普遍方法，可歸納為：研究的普遍方法，可歸納為：模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等 真實情況的理想化和簡化。真實情況的理想化和簡化。39變形體模型變形體模型剛體模型剛體模型4041薄膜剛性附粘薄膜剛性附粘半球狀物質(zhì)單元附粘半球狀物質(zhì)單元附粘01-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5x 106y/Ru(y)/B1Ponit N1Ponit M1Ponit N242例如，研究工程構(gòu)件（如桿、梁、軸等）時，例如，研究工程構(gòu)件（如桿、梁、軸等

12、）時， 先將其理想化為先將其理想化為剛體剛體，研究其上的受力和運動；，研究其上的受力和運動；研究不同的問題，采用不同的模型。研究不同的問題，采用不同的模型。 好的模型，既能使問題的求解簡化，好的模型，既能使問題的求解簡化， 又能使結(jié)果基本符合實際情況，滿足精度。又能使結(jié)果基本符合實際情況，滿足精度。43工程力學問題工程力學問題的分析，一般都需要進行的分析，一般都需要進行 - -力的研究。力的研究。 - -運動和變形的研究。運動和變形的研究。 - -聯(lián)系力與運動、力與變形之關(guān)系的研究。聯(lián)系力與運動、力與變形之關(guān)系的研究。若構(gòu)件處于靜止或平衡狀態(tài)，則不必考慮其運動。若構(gòu)件處于靜止或平衡狀態(tài)，則不必

13、考慮其運動。平衡狀態(tài)的力學問題平衡狀態(tài)的力學問題稱為稱為。力的平衡關(guān)系力的平衡關(guān)系、變形的幾何協(xié)調(diào)關(guān)系幾何協(xié)調(diào)關(guān)系 和力與變形間的物理關(guān)系力與變形間的物理關(guān)系。44物體受什么力作用？物體受什么力作用？ 處于平衡狀態(tài)的物體，應處于平衡狀態(tài)的物體，應 當滿足什么條件？（靜力平衡條件）當滿足什么條件？（靜力平衡條件）材料是均勻連續(xù)的，受力變形后仍然應連續(xù)，材料是均勻連續(xù)的，受力變形后仍然應連續(xù)，固體內(nèi)既不引起固體內(nèi)既不引起“空隙空隙”，也不產(chǎn)生，也不產(chǎn)生“重疊重疊”。發(fā)生破壞前，材料的變形應是幾何可能的。發(fā)生破壞前，材料的變形應是幾何可能的。力與變形力與變形( (如伸長如伸長) )成正比，如虎克定律

14、，是反成正比，如虎克定律，是反映材料線彈性性能的最簡單的物理關(guān)系。映材料線彈性性能的最簡單的物理關(guān)系。不同材料、不同的變形形式，有不同的模型。不同材料、不同的變形形式，有不同的模型。454) 4) 運動分二類。運動分二類。運動運動是物體位置隨時間的變化；是物體位置隨時間的變化； 變形變形是物體形狀的局部畸變。是物體形狀的局部畸變。3) 3) 力是物體間的相互作用力是物體間的相互作用。有直接接觸物體間的。有直接接觸物體間的 表面力表面力；非直接接觸物體間的；非直接接觸物體間的體積力體積力。2) 2) 工程力學工程力學研究的目的是研究的目的是: :了解工程系統(tǒng)的性態(tài)了解工程系統(tǒng)的性態(tài) 并為其設計提供合理的規(guī)則。并為其設計提供合理的規(guī)則。5) 5) 若運動狀態(tài)不變（若運動狀態(tài)不變（a=0=0）, ,則物體處于則物體處于平衡平衡。6) 6) 力的平衡力的平衡、變形變