华中科技大学工程材料学PPT

1、 （Engineering Mechanics） TEL：南一楼东北南一楼东北E422华中科技大学力学系华中科技大学力学系考考 核核 考试（闭卷）成绩70-80%； 平时成绩20-30%（平时作业的平均）。 考勤：点名未到者扣5分/次，点名3次未 到者取消考试资格。34。所阐述的规律带有普遍性，是一门所阐述的规律带有普遍性，是一门基础科学基础科学。 直接服务于工程直接服务于工程, ,又是一门又是一门技术科学技术科学。 5机械、结构等机械、结构等 受力如何？受力如何？ 如何运动？如何运动？ 如何变形？破坏？如何变形？破坏？ 如何控制设计？如何控制设计？其目的目的是： 了解工程系统的性态了解工程系

2、统的性态 并为其设计提供合理的规则并为其设计提供合理的规则。性态性态规则规则6以力学与航空航天工程为例以力学与航空航天工程为例2009：CA（爱德华兹）（爱德华兹）-FL（肯尼迪）（肯尼迪）7817831783年年6 6月，法蒙高兄弟布袋式热气球飞行。月，法蒙高兄弟布袋式热气球飞行。18751875年，氢气球载人飞行到万米高空。年，氢气球载人飞行到万米高空。1919世纪后，出现了飞艇。世纪后，出现了飞艇。 充填氢、氦、热空气等产生升力，充填氢、氦、热空气等产生升力， 用动力装置辅助控制用动力装置辅助控制, , 可以向任意方向飞行。可以向任意方向飞行。：919031903年，莱特兄弟（美国）的木

3、制机身、双年，莱特兄弟（美国）的木制机身、双层帆布机翼螺旋桨飞机第一次飞行。层帆布机翼螺旋桨飞机第一次飞行。1011飞行力学飞行力学 无缺陷均匀材料，无缺陷均匀材料， 变形体。变形体。研究对象研究对象12131415跨、超音速空气动力学跨、超音速空气动力学喷气机、后掠翼、复合材料喷气机、后掠翼、复合材料理论力学理论力学飞行力学飞行力学振动振动 噪声噪声；稳定性稳定性材料力学材料力学结构力学结构力学弹性力学弹性力学计算力学计算力学疲劳力学疲劳力学断裂力学断裂力学空气动力学空气动力学双、单翼机双、单翼机气球、飞艇气球、飞艇流体力学流体力学实验实验力学力学1617 轴轴 叶轮叶轮 疲劳断裂破坏疲劳断

4、裂破坏18 转子轴转子轴 疲劳开裂疲劳开裂 疲劳断裂破坏疲劳断裂破坏19202000年年8月月27日下午日下午3时时20分，台湾南部高屏大桥断裂分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达，大桥中间下陷部分长达100米。米。17辆车坠河，辆车坠河，22人人受伤。受伤。 采沙过度，河面沉降采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。余米，桥墩先断裂。21地面铁条使地面铁条使轮胎爆裂，轮胎爆裂，碎片侵入发碎片侵入发动机。动机。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 (等离子体). 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强磁场中的线圈设计目标：100特斯拉2829材料与对象材料与对象：金属、土木石等 新型复合材料、高分子材料、 结构陶瓷、功能材料。尺度尺度：宏观、连续体 含缺陷体， 细、微观、纳米尺度。实验技术实验技术： 电、光测实验技术电、光测实验技

7、术 全息、超声、光纤测量，全息、超声、光纤测量， 及实验装置的大型化。及实验装置的大型化。30静强度、静强度、 断裂控制设计、抗疲劳设计、断裂控制设计、抗疲劳设计、刚度设计刚度设计 损伤容限设计、结构优化设计、损伤容限设计、结构优化设计、 耐久性设计和可靠性设计等。耐久性设计和可靠性设计等。保证结构与构件的安全和功能保证结构与构件的安全和功能 设计设计- -制造制造- -使用使用- -维护的综合分析与控制，维护的综合分析与控制， 功能功能安全安全经济的综合性评价，经济的综合性评价， 自感知、自激励、自适应自感知、自激励、自适应 （甚至自诊断、自修复）的智能结构。（甚至自诊断、自修复）的智能结构

8、。31应用现代计算机、信息技术应用现代计算机、信息技术， 与其他基础或技术学科相互结合与渗透。与其他基础或技术学科相互结合与渗透。：按所要求的性能设计材料。按所要求的性能设计材料。( (90年代年代) )：计算力学计算力学+ +计算机应用计算机应用 ( (60年代年代) ) 解决复杂、解决复杂、 困难的工程实际问题困难的工程实际问题。使工程结构分析技术；（结合使工程结构分析技术；（结合CADCAD技术）技术） 监测、控制技术（如振动监测、故障诊断）；监测、控制技术（如振动监测、故障诊断）； 工程系统动态过程的计算机数值仿真技术；工程系统动态过程的计算机数值仿真技术； 广泛应用至各工程领域。广泛

9、应用至各工程领域。329090年代开始，力学与材料、控制（包括传感与作年代开始，力学与材料、控制（包括传感与作动）、计算机相结合，研究发展面向动）、计算机相结合，研究发展面向2121世纪的、世纪的、具有具有“活活”的功能的智能结构的功能的智能结构。生物材料力学性能、微循环、定量生理学、心血生物材料力学性能、微循环、定量生理学、心血管系统临床问题和生物医学工程等。管系统临床问题和生物医学工程等。“没有生物力学，就不能很好地了解生理学。没有生物力学，就不能很好地了解生理学。”。 3334 ： 。：35表面力表面力体积力体积力36是力是力( (力系力系) )作用的结果。有二种效应：作用的结果。有二种

10、效应：（外效应）（外效应）物体自身形状的局部畸变。物体自身形状的局部畸变。 如机翼、机身结构的变形。如机翼、机身结构的变形。（内效应）（内效应）37是动力学基本方程动力学基本方程。 注意 F 、 a 是矢量。maF 38提出问提出问题，选题，选择有关择有关的研究的研究系统。系统。对系统对系统进行抽进行抽象与简象与简化，建化，建立力学立力学模型。模型。利用力利用力学原理学原理进行分进行分析、推析、推理，得理，得出结论出结论与已知与已知结论相结论相比较，比较，或由实或由实验进行验进行验证。验证。确认或确认或进一步进一步改善模改善模型，深型，深化认识化认识工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学工

11、程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学研究的普遍方法，可归纳为：研究的普遍方法，可归纳为：模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等 真实情况的理想化和简化。真实情况的理想化和简化。39变形体模型变形体模型刚体模型刚体模型4041薄膜刚性附粘薄膜刚性附粘半球状物质单元附粘半球状物质单元附粘01-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5x 106y/Ru(y)/B1Ponit N1Ponit M1Ponit N242例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时，例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等

12、）时， 先将其理想化为先将其理想化为刚体刚体，研究其上的受力和运动；，研究其上的受力和运动；研究不同的问题，采用不同的模型。研究不同的问题，采用不同的模型。 好的模型，既能使问题的求解简化，好的模型，既能使问题的求解简化， 又能使结果基本符合实际情况，满足精度。又能使结果基本符合实际情况，满足精度。43工程力学问题工程力学问题的分析，一般都需要进行的分析，一般都需要进行 - -力的研究。力的研究。 - -运动和变形的研究。运动和变形的研究。 - -联系力与运动、力与变形之关系的研究。联系力与运动、力与变形之关系的研究。若构件处于静止或平衡状态，则不必考虑其运动。若构件处于静止或平衡状态，则不必

13、考虑其运动。平衡状态的力学问题平衡状态的力学问题称为称为。力的平衡关系力的平衡关系、变形的几何协调关系几何协调关系 和力与变形间的物理关系力与变形间的物理关系。44物体受什么力作用？物体受什么力作用？ 处于平衡状态的物体，应处于平衡状态的物体，应 当满足什么条件？（静力平衡条件）当满足什么条件？（静力平衡条件）材料是均匀连续的，受力变形后仍然应连续，材料是均匀连续的，受力变形后仍然应连续，固体内既不引起固体内既不引起“空隙空隙”，也不产生，也不产生“重叠重叠”。发生破坏前，材料的变形应是几何可能的。发生破坏前，材料的变形应是几何可能的。力与变形力与变形( (如伸长如伸长) )成正比，如虎克定律，是反成正比，如虎克定律，是反映材料线弹性性能的最简单的物理关系。映材料线弹性性能的最简单的物理关系。不同材料、不同的变形形式，有不同的模型。不同材料、不同的变形形式，有不同的模型。454) 4) 运动分二类。运动分二类。运动运动是物体位置随时间的变化；是物体位置随时间的变化； 变形变形是物体形状的局部畸变。是物体形状的局部畸变。3) 3) 力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用。有直接接触物体间的。有直接接触物体间的 表面力表面力；非直接接触物