【大學(xué)課件】飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)電子教學(xué)教案

飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)電子教學(xué)教案課程內(nèi)容概述1力學(xué)基礎(chǔ)涵蓋靜力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等基礎(chǔ)知識，為理解飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)奠定基礎(chǔ)。2飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)深入探討飛機結(jié)構(gòu)的受力分析、應(yīng)力應(yīng)變分析、穩(wěn)定性分析等內(nèi)容，并結(jié)合具體案例進行講解。3結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則和方法，重點講解抗疲勞設(shè)計、抗腐蝕設(shè)計等。1.緒論飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)是航空工程的核心課程之一，為飛機的設(shè)計、制造和維護提供理論基礎(chǔ)。1.1力學(xué)在航空工程中的地位基礎(chǔ)學(xué)科力學(xué)是航空工程的核心基礎(chǔ)學(xué)科，為飛機設(shè)計提供理論基礎(chǔ)和計算方法。安全保證力學(xué)分析可以確保飛機結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性，保障飛行安全。性能提升力學(xué)原理可以優(yōu)化飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高飛機的性能和效率。1.2力學(xué)在飛機設(shè)計中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)用于分析機翼、機身、尾翼等部件承受的載荷和應(yīng)力，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。氣動設(shè)計力學(xué)原理應(yīng)用于優(yōu)化飛機外形，提高升力，降低阻力，改善飛行性能。動力系統(tǒng)飛機發(fā)動機設(shè)計需要考慮力學(xué)原理，確保發(fā)動機功率輸出，并滿足安全可靠性要求。1.3力學(xué)知識體系飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)是航空工程中的核心學(xué)科，涵蓋了多種力學(xué)分支。該學(xué)科涉及從基礎(chǔ)的牛頓定律到復(fù)雜的有限元分析，為飛機設(shè)計提供堅實的理論基礎(chǔ)。主要包含以下力學(xué)分支:靜力學(xué)材料力學(xué)動力學(xué)振動力學(xué)流體力學(xué)有限元方法2.力的平衡在飛機結(jié)構(gòu)力學(xué)中，力的平衡是基礎(chǔ)概念，它揭示了物體在力的作用下保持靜止或勻速直線運動的條件。平衡條件力的平衡條件是指作用在物體上的所有外力的合力為零，且所有外力矩的合力矩為零。應(yīng)用該概念在分析飛機結(jié)構(gòu)的受力情況，如機翼、機身和機尾的受力，以及設(shè)計相應(yīng)的結(jié)構(gòu)以抵抗這些力，以確保飛機的安全飛行至關(guān)重要。2.1力的概念定義力是物體間相互作用的一種表現(xiàn)形式，可以使物體發(fā)生形變或改變運動狀態(tài)。性質(zhì)力具有大小和方向，是矢量，力的作用效果與力的作用點和方向有關(guān)。分類按力的性質(zhì)可分為重力、彈力、摩擦力、壓力、拉力等，按力的作用效果可分為外力、內(nèi)力等。2.2力的分析1分解力將一個力分解為兩個或多個分力，使這些分力的合力等于原力。2合成力將多個力合成為一個等效力，使該力產(chǎn)生的效果與多個力的共同作用效果相同。3力的投影將力投影到指定方向上，得到該力在該方向上的分量。2.3力的平衡條件合力為零∑F=0力矩平衡3.應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力的概念應(yīng)力是材料內(nèi)部抵抗外力的能力，反映了物體內(nèi)部各部分之間的相互作用。應(yīng)變的概念應(yīng)變是物體在外力作用下發(fā)生的形變，反映了物體在外力作用下形狀和尺寸的變化。3.1材料的基本力學(xué)性質(zhì)強度材料抵抗外力而不發(fā)生破壞的能力。例如，鋼材的強度很高，可以承受很大的壓力而不變形或斷裂。剛度材料抵抗變形的能力。例如，鋼材的剛度很高，在受到壓力時，只會產(chǎn)生微小的變形。塑性材料在發(fā)生斷裂前能夠承受的永久變形量。例如，銅的塑性很好，能夠在斷裂前發(fā)生很大的變形。3.2應(yīng)力的概念應(yīng)力的定義應(yīng)力是指物體內(nèi)部抵抗形變的力，通常用單位面積上的力來表示。應(yīng)力的單位應(yīng)力的單位是帕斯卡（Pa）或牛頓每平方米（N/m2）。應(yīng)力類型應(yīng)力可以分為正應(yīng)力和切應(yīng)力兩種。正應(yīng)力垂直于作用面，切應(yīng)力平行于作用面。3.3應(yīng)變的概念1形變物體在載荷作用下發(fā)生的尺寸和形狀變化，稱為形變。2應(yīng)變定義應(yīng)變是形變程度的量度，表示物體形變的大小。3應(yīng)變類型應(yīng)變可以是正應(yīng)變，表示物體的拉伸或壓縮，也可以是剪應(yīng)變，表示物體的切變。4.一維應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系胡克定律應(yīng)力和應(yīng)變之間的線性關(guān)系，描述材料在彈性范圍內(nèi)受力時的行為。彈性模量材料抵抗彈性形變的能力，反映材料的剛度。泊松比材料在受拉伸或壓縮時，橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比，反映材料的橫向收縮程度。4.1胡克定律線性彈性材料中，應(yīng)力與應(yīng)變成正比。公式：σ=Eε應(yīng)力-應(yīng)變曲線在彈性范圍內(nèi)為直線。4.2彈性模量定義材料在彈性范圍內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變之比單位帕斯卡(Pa)意義反映材料抵抗形變的能力影響因素材料種類、溫度、應(yīng)力狀態(tài)4.3泊松比0.3典型值大多數(shù)金屬的泊松比約為0.3。0不可壓縮泊松比為0表示材料在拉伸或壓縮時不會發(fā)生橫向變形。0.5理論極限泊松比的理論極限值為0.5，表示材料在拉伸時橫向尺寸會減半。5.多維應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系復(fù)雜形變真實世界中材料承受多種力的作用，導(dǎo)致復(fù)雜的形變。三維應(yīng)力三維應(yīng)力狀態(tài)描述了材料在各個方向上的應(yīng)力大小和方向。5.1三維應(yīng)力狀態(tài)正應(yīng)力物體內(nèi)部垂直于截面的力，表示物體抵抗變形的能力。剪應(yīng)力物體內(nèi)部平行于截面的力，表示物體抵抗剪切變形的能力。應(yīng)力張量用一個矩陣來表示物體內(nèi)部所有方向上的應(yīng)力狀態(tài)。5.2三維應(yīng)變狀態(tài)正應(yīng)變在三個相互垂直的方向上，物體長度的變化分別稱為正應(yīng)變。剪應(yīng)變物體在力的作用下，其形狀發(fā)生變化，導(dǎo)致物體內(nèi)各點之間相對位置改變，這種變化稱為剪應(yīng)變。體應(yīng)變物體體積的變化與原來體積之比稱為體應(yīng)變。5.3廣義胡克定律應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系描述材料在受載荷時的變形行為。廣義胡克定律將應(yīng)力和應(yīng)變聯(lián)系起來的數(shù)學(xué)表達式。彈性模量材料的剛度，表示抵抗變形的程度。泊松比材料的橫向變形與縱向變形之比。6.構(gòu)件受力分析應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中會影響構(gòu)件的強度和壽命有限元分析數(shù)值模擬方法，可以模擬復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力情況6.1軸向載荷拉伸沿軸線方向的拉力。壓縮沿軸線方向的壓力。6.2剪切載荷剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力是指作用在構(gòu)件截面上的平行于截面的力。剪切變形剪切變形是指構(gòu)件在剪切應(yīng)力作用下發(fā)生的形狀變化。應(yīng)用剪切載荷在飛機結(jié)構(gòu)中廣泛存在，例如機翼連接處、機身連接處等。6.3彎曲載荷1彎矩彎曲載荷會導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生彎矩，引起橫截面的變形。2剪力彎曲載荷也會產(chǎn)生剪力，影響構(gòu)件的強度和穩(wěn)定性。3彎曲應(yīng)力彎曲載荷導(dǎo)致構(gòu)件橫截面上產(chǎn)生拉伸和壓縮應(yīng)力。4彎曲變形彎曲載荷會使構(gòu)件發(fā)生彎曲變形，影響其功能。7.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在承受載荷時保持其初始形狀和平衡的能力，避免發(fā)生失穩(wěn)破壞。失穩(wěn)破壞失穩(wěn)破壞通常發(fā)生在結(jié)構(gòu)的臨界載荷下，結(jié)構(gòu)會發(fā)生突然的變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失去承載能力。7.1桿件穩(wěn)定性桿件在軸向壓力作用下，可能會發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，即發(fā)生彎曲變形。臨界載荷是桿件開始發(fā)生失穩(wěn)的最小載荷，超過臨界載荷，桿件將失去穩(wěn)定。歐拉公式用來計算桿件的臨界載荷，取決于桿件的長度、截面形狀和材料的彈性模量。7.2板殼穩(wěn)定性薄板結(jié)構(gòu)薄板結(jié)構(gòu)是指厚度遠小于其平面尺寸的結(jié)構(gòu)，如飛機蒙皮、機翼壁板等。穩(wěn)定性問題薄板結(jié)構(gòu)在受壓情況下容易發(fā)生屈曲失效，即失去原有形狀而發(fā)生局部彎曲。抗屈曲設(shè)計抗屈曲設(shè)計是薄板結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，通過合理的結(jié)構(gòu)形式、材料選擇和加筋措施來提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。7.