飛行器結構力學基礎——電子教學教案

1、飛行器結構力學基礎電子教學教案飛行器結構力學基礎電子教學教案第一章第一章 緒論緒論一、結構力學的任務一、結構力學的任務 結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素作用下的力學行為及其組成規(guī)律。作用下的力學行為及其組成規(guī)律。 因此，結構力學的研究對象是結構，其定義因此，結構力學的研究對象是結構，其定義為：為：結構是由結構是由結構元件或構件結構元件或構件( (如桿、梁、板等如桿、梁、板等)()(如螺接、如螺接、鉚接、焊接、膠接等鉚接、焊接、膠接等) )組合起來的可以組合起來的可以承受載荷和傳承受載荷和傳遞載荷的受力系統(tǒng)遞載荷的受力系統(tǒng)。飛行器結構力學基礎電子教學教

2、案一、結構力學的任務一、結構力學的任務 結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素作用下的力學行為及其組成規(guī)律。作用下的力學行為及其組成規(guī)律。外界外界因素因素機械力機械力溫度變化：溫度變化導致元件伸長或縮短。溫度變化：溫度變化導致元件伸長或縮短。制造誤差：元件尺寸誤差、連接誤差。制造誤差：元件尺寸誤差、連接誤差。第一章第一章 緒論緒論 靜力靜力動力動力靜力學靜力學動力學動力學本課程主要研究結構在靜力作用下的力學行為。本課程主要研究結構在靜力作用下的力學行為。采用的是靜力學平衡原理。采用的是靜力學平衡原理。飛行器結構力學基礎電子教學教案一、結構力學的任務一、結構

3、力學的任務 結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素作用下的力學行為及其組成規(guī)律。作用下的力學行為及其組成規(guī)律。力學力學行為行為受力狀態(tài)受力狀態(tài)變形狀態(tài)變形狀態(tài)穩(wěn)定性穩(wěn)定性第一章第一章 緒論緒論 研究結構承受外界因素的能研究結構承受外界因素的能力，內力分析或強度分析，力，內力分析或強度分析，目的是進行強度校核。目的是進行強度校核。研究結構在外界因素作用下研究結構在外界因素作用下抵抗變形的能力，變形分析抵抗變形的能力，變形分析或剛度分析，目的是進行剛或剛度分析，目的是進行剛度校核。度校核。研究結構局部失穩(wěn)或整體失研究結構局部失穩(wěn)或整體失穩(wěn)破壞，穩(wěn)定性分析。穩(wěn)破

4、壞，穩(wěn)定性分析。飛行器結構力學基礎電子教學教案一、結構力學的任務一、結構力學的任務 結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素結構力學顧名思義就是研究結構在外界因素作用下的力學行為及其組成規(guī)律。作用下的力學行為及其組成規(guī)律。組成規(guī)律組成規(guī)律第一章第一章 緒論緒論 研究受力系統(tǒng)中結構元件之間的連研究受力系統(tǒng)中結構元件之間的連接方式是否合理以及系統(tǒng)的組成規(guī)接方式是否合理以及系統(tǒng)的組成規(guī)律，稱為結構幾何組成分析。律，稱為結構幾何組成分析。受力系統(tǒng)是否具有承受和傳遞載荷受力系統(tǒng)是否具有承受和傳遞載荷的能力，取決于系統(tǒng)中元件之間的的能力，取決于系統(tǒng)中元件之間的連接方式的合理性。連接方式的合理性。飛行器結構力

5、學基礎電子教學教案一、結構力學的任務一、結構力學的任務本課程的教學任務是：本課程的教學任務是：第一章第一章 緒論緒論 研究結構的組成規(guī)律，以及在靜力載荷研究結構的組成規(guī)律，以及在靜力載荷作用下結構的內力和變形的計算方法和步驟作用下結構的內力和變形的計算方法和步驟,以計算方法為主。以計算方法為主。飛行器結構力學基礎電子教學教案第一章第一章 緒論緒論 (飛行器結構力學飛行器結構力學)結構力學的應用：結構力學的應用：飛行器結構力學基礎電子教學教案第一章第一章 緒論緒論 (土木與建筑結構力學土木與建筑結構力學)(橋梁結構力學橋梁結構力學)(船舶結構力學船舶結構力學)結構力學的應用：結構力學的應用：飛行

6、器結構力學基礎電子教學教案第一章第一章 緒論緒論 (水力學水力學)(土力學，沙漠力學土力學，沙漠力學)非結構力學類：非結構力學類：(風力學風力學)飛行器結構力學基礎電子教學教案二、與其它相關課程的區(qū)別二、與其它相關課程的區(qū)別先修課程：理論力學、材料力學、線性代數(shù)、先修課程：理論力學、材料力學、線性代數(shù)、 彈性力學等。彈性力學等。第一章第一章 緒論緒論 研究質點、質點系或剛體在外力作用下的平衡研究質點、質點系或剛體在外力作用下的平衡及運動規(guī)律（靜力學、動力學）。及運動規(guī)律（靜力學、動力學）。理論力學理論力學研究結構元件（簡單結構）在外力作用下的內研究結構元件（簡單結構）在外力作用下的內力、變形和

7、穩(wěn)定性計算，元件剖面的合理選擇，力、變形和穩(wěn)定性計算，元件剖面的合理選擇，元件材料選擇，元件破壞理論等。元件材料選擇，元件破壞理論等。材料力學材料力學研究由結構元件組成的復雜結構在外力作用下研究由結構元件組成的復雜結構在外力作用下的內力和變形計算。的內力和變形計算。結構力學結構力學飛行器結構力學基礎電子教學教案二、與其它相關課程的區(qū)別二、與其它相關課程的區(qū)別第一章第一章 緒論緒論 ( (1) )細長桿件，桿件的橫截面尺寸遠小于桿件的縱向尺寸；細長桿件，桿件的橫截面尺寸遠小于桿件的縱向尺寸； (2)薄板，板的厚度遠小于板的橫向和縱向尺寸。薄板，板的厚度遠小于板的橫向和縱向尺寸。采用了平截面假設。

8、采用了平截面假設。材料力學，結構力學材料力學，結構力學研究連續(xù)體在外力作用下的內力和變形計算。引入的假設條研究連續(xù)體在外力作用下的內力和變形計算。引入的假設條件較少，結果更為精確，可認為是理論解。件較少，結果更為精確，可認為是理論解。彈性力學彈性力學什么是平截面假設呢？什么是平截面假設呢？飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 實際結構實際結構計算模型計算模型合理合理簡化簡化計算模型的簡化原則：計算模型的簡化原則： 力求反映實際結構的主要受力和變形特征；力求反映實際結構的主要受力和變形特征； 力求便于結構的力學行為分析。力求便于結構的力

9、學行為分析。飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 可以從以下可以從以下5個方面進行簡化：個方面進行簡化：1. 外載荷的簡化外載荷的簡化（1）略去對結構力學行為影響不大的外載荷，著重考慮起主）略去對結構力學行為影響不大的外載荷，著重考慮起主 要作用的外載荷。要作用的外載荷。（2）將作用面積很小的分布載荷等效地簡化為集中載荷。）將作用面積很小的分布載荷等效地簡化為集中載荷。（3）將載荷梯度變化不大的分布載荷簡化為均布載荷。）將載荷梯度變化不大的分布載荷簡化為均布載荷。（4）將動力效應不大的動力載荷簡化為靜力載荷。）將動力效應不大的動力載荷

10、簡化為靜力載荷。例如：將作用在飛機機翼表面上的氣動分布載荷，等效地簡化例如：將作用在飛機機翼表面上的氣動分布載荷，等效地簡化為作用在計算模型的各個結點上的集中載荷。為作用在計算模型的各個結點上的集中載荷。飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 2. 幾何形狀的簡化幾何形狀的簡化( (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) )對錐度不大的物體，用無錐度體代替有錐度體。對錐度不大的物體，用無錐度體代替有錐度體。飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模

11、型第一章第一章 緒論緒論 3. 受力系統(tǒng)的簡化受力系統(tǒng)的簡化（1）略去系統(tǒng)中不受力或受力不大的元件。）略去系統(tǒng)中不受力或受力不大的元件。（2）對結構元件的受力規(guī)律或受力類型作某）對結構元件的受力規(guī)律或受力類型作某 些假設，抽象為理想化的元件。些假設，抽象為理想化的元件。飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 承受彎矩和剪力作用的平面梁，可以簡化為雙緣條承受彎矩和剪力作用的平面梁，可以簡化為雙緣條薄壁梁。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，元件受力形式得到的桿，一類是

12、只承受剪力的板，元件受力形式得到簡化。簡化。例如例如桿桿-板模型板模型飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 4. 元件連接關系的簡化（內部連接）元件連接關系的簡化（內部連接） 按照結構元件之間連接處的受力與構造特按照結構元件之間連接處的受力與構造特點，將元件之間的連接關系簡化為：點，將元件之間的連接關系簡化為： 不計摩擦的鉸接不計摩擦的鉸接 、剛接、剛接 或或 滑接滑接飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 鉸接鉸接被連接的元件在鉸接點處，不能發(fā)被連接的元件在鉸接點處，不能發(fā)生

13、相對移動，但可以繞鉸接點發(fā)生生相對移動，但可以繞鉸接點發(fā)生自由轉動（夾角發(fā)生改變）。自由轉動（夾角發(fā)生改變）。用符號用符號 表示鉸接，表示鉸接，也稱為鉸結點。也稱為鉸結點。因此，鉸接可以傳遞力，但不能傳因此，鉸接可以傳遞力，但不能傳遞力矩。遞力矩。鉸接的力學特征：鉸接的力學特征：飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 剛接剛接被連接的元件在剛接點處，即不被連接的元件在剛接點處，即不能發(fā)生相對移動，也不能繞剛接能發(fā)生相對移動，也不能繞剛接點發(fā)生相對轉動。點發(fā)生相對轉動。將剛性連接處涂黑來表示剛接，將剛性連接處涂黑來表示剛接，也稱為剛結點。

14、也稱為剛結點。因此，剛接即可以傳遞力，也可因此，剛接即可以傳遞力，也可以傳遞力矩。以傳遞力矩。夾角保持不變夾角保持不變剛接的力學特征：剛接的力學特征：飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 組合結點組合結點在同一結點處，某些元件采用剛在同一結點處，某些元件采用剛接，某些元件采用鉸接，形成組接，某些元件采用鉸接，形成組合結點。合結點。剛接鉸接剛接鉸接組合結點具有鉸結點和剛結點的組合結點具有鉸結點和剛結點的力學特征，力學特征，組合結點的力學特征：組合結點的力學特征：元件元件A、B采用剛接，采用剛接，元件元件C采用鉸接采用鉸接飛行器結構力學基

15、礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 5、支座的簡化（外部連接）、支座的簡化（外部連接）支座：連接結構于基礎或其它支承物的裝置。支座：連接結構于基礎或其它支承物的裝置。 可動鉸支座可動鉸支座支座可分為支座可分為 固定鉸支座固定鉸支座 固定支座（或稱固持）固定支座（或稱固持） 定向支座定向支座飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 可動鉸支座可動鉸支座結構具有繞鉸結構具有繞鉸A的轉動及平的轉動及平行于基礎平面方向的平動，行于基礎平面方向的平動，但在垂直于基礎平面方向上但在垂直于基礎平面方向上不能

16、發(fā)生平動。不能發(fā)生平動。相當于限制了結構的一個平相當于限制了結構的一個平動。動?？蓜鱼q支座的幾何特征：可動鉸支座的幾何特征：飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 固定鉸支座固定鉸支座結構具有繞鉸結構具有繞鉸A的轉動，但沒有的轉動，但沒有平行于基礎平面方向和垂直于基平行于基礎平面方向和垂直于基礎平面方向上的平動。礎平面方向上的平動。平面固定鉸支座相當于限制了結平面固定鉸支座相當于限制了結構的兩個平動。構的兩個平動?？臻g固定鉸支座相當于限制了結空間固定鉸支座相當于限制了結構的三個平動。構的三個平動。固定鉸支座的幾何特征：固定鉸支座的幾何特

17、征：飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 固定支座（固持）固定支座（固持）結構在固持端結構在固持端A處無平動和處無平動和轉動。轉動。相當于限制了結構在相當于限制了結構在A處的處的所有平動和所有轉動。所有平動和所有轉動。固定支座的幾何特征：固定支座的幾何特征：飛行器結構力學基礎電子教學教案三、結構力學的計算模型三、結構力學的計算模型第一章第一章 緒論緒論 定向支座定向支座結構只發(fā)生平行于基礎平面結構只發(fā)生平行于基礎平面一個方向的平動，無轉動。一個方向的平動，無轉動。相當于限制了結構繞相當于限制了結構繞A的轉的轉動和其它方向的平動。動和其

18、它方向的平動。定向支座的幾何特征：定向支座的幾何特征：飛行器結構力學基礎電子教學教案四、結構的分類四、結構的分類第一章第一章 緒論緒論 常見的結構力學的計算模型有常見的結構力學的計算模型有5種。種。組成桁架的結構元件是組成桁架的結構元件是細長直桿，即桿的橫截細長直桿，即桿的橫截面尺寸遠小于其長度。面尺寸遠小于其長度。各桿之間均采用無摩擦各桿之間均采用無摩擦的鉸（鉸結點）相連。的鉸（鉸結點）相連。載荷只能作用在位于桿載荷只能作用在位于桿兩端的鉸結點上。兩端的鉸結點上。1. 桁架桁架飛行器結構力學基礎電子教學教案四、結構的分類四、結構的分類第一章第一章 緒論緒論 組成剛架的結構元件組成剛架的結構元

19、件是細長直桿或曲桿。是細長直桿或曲桿。桿件之間采用剛性連桿件之間采用剛性連接。接。外載荷可以作用在桿外載荷可以作用在桿件的任何部位。件的任何部位。2. 剛架剛架飛行器結構力學基礎電子教學教案四、結構的分類四、結構的分類第一章第一章 緒論緒論 3. 薄壁結構薄壁結構組成薄壁的結構元件是桿組成薄壁的結構元件是桿( (直桿或曲桿直桿或曲桿) )和板和板(直板直板或曲板或曲板) 。 機翼盒段計算模型機翼盒段計算模型 機身某段計算模型機身某段計算模型 飛行器結構力學基礎電子教學教案四、結構的分類四、結構的分類第一章第一章 緒論緒論 4. 整體結構整體結構整體結構通常是由機械銑切或化學腐蝕加工而成。整體結

20、構通常是由機械銑切或化學腐蝕加工而成。先進的機身整體加筋結構先進的機身整體加筋結構(整體加筋板整體加筋板+整體框整體框)常規(guī)組裝的機身結構常規(guī)組裝的機身結構(蒙皮蒙皮+筋條筋條+組合框組合框)飛行器結構力學基礎電子教學教案第一章第一章 緒論緒論 四、結構的分類四、結構的分類4. 整體結構整體結構 機身上部整體加筋板概念機身上部整體加筋板概念 常規(guī)加筋結構與整體加筋結構等效示意圖常規(guī)加筋結構與整體加筋結構等效示意圖飛行器結構力學基礎電子教學教案四、結構的分類四、結構的分類第一章第一章 緒論緒論 由上述各種結構模式由上述各種結構模式混合組成?；旌辖M成。5. 混合結構混合結構飛機起落架簡化模型飛機起

21、落架簡化模型梁元件與桿元件混合梁元件與桿元件混合飛行器結構力學基礎電子教學教案五、結構的外載荷、內力和支座反力五、結構的外載荷、內力和支座反力第一章第一章 緒論緒論 1. 外載荷外載荷作用在結構上的已知的力，包括線力和力矩。作用在結構上的已知的力，包括線力和力矩。線力線力集中力集中力線分布力線分布力面分布力面分布力力矩力矩集中力矩集中力矩( (力偶力偶) )線分布力矩線分布力矩面分布力矩面分布力矩飛行器結構力學基礎電子教學教案五、結構的外力、內力、支座反力五、結構的外力、內力、支座反力第一章第一章 緒論緒論 2. 內力內力指結構元件上的力，用于維持元件的平衡和變指結構元件上的力，用于維持元件的

22、平衡和變形協(xié)調。不同的元件，有不同形式的元件力。形協(xié)調。不同的元件，有不同形式的元件力。( (1) )兩端帶鉸的直桿，也兩端帶鉸的直桿，也稱為二力桿。它是組成稱為二力桿。它是組成桁架的主要元件。桁架的主要元件。只承受沿桿軸線的力，只承受沿桿軸線的力，稱為桿軸力。稱為桿軸力。桿軸桿軸線線飛行器結構力學基礎電子教學教案五、結構的外力、內力、支座反力五、結構的外力、內力、支座反力第一章第一章 緒論緒論 2. 內力內力( (2) ) 梁：它是組成剛架的主要元件。梁：它是組成剛架的主要元件。在梁的任意一個橫截面上，均承受軸力、剪力、彎矩、在梁的任意一個橫截面上，均承受軸力、剪力、彎矩、扭矩。扭矩。 xyz空間梁空間梁zy平面梁平面梁x飛行器結構力學基礎電子教學教案五、結構的外力、內力、支座反力五、結構的外力、內力、支座反力第一章第一章 緒論緒論 3. 支座反力支座反力( (支反力支反力) )傳遞到支座上的力或支座對結構的反力。支反力用傳遞到支座上的力或支座對結構的反力。支反力用于平衡結構外載荷，維持結構整體平衡。于平衡結構外載荷，維持結構整體平衡?；顒鱼q支座活動鉸支座平面固定鉸支座平面固定鉸支座空間固空間固定鉸支定鉸支座提供座提供多少支多少支反力？反力？飛行器結構力學基礎電子教學教案五、結構的