工程力学基础

1 什么是工程力学 2 1 1什么是力学 1 2力学与工程 1 3现代力学的发展及其特点 1 7工程静力学研究主线 1 5最基本概念 力和运动 1 4学科分类 1 6一般研究方法 第一章绪论 返回主目录 3 1 1什么是力学 4 机械 结构等受力如何 如何运动 如何变形 破坏 如何控制设计 其目的是 了解工程系统的性态并为其设计提供合理的规则 工程力学 或者应用力学 是 将力学原理应用实际工程系统的科学 返回主目录 5 以力学与航空航天工程为例简单回顾 1 2力学与工程 6 实验探索 风筝 火箭 模拟鸟类滑翔等 问题一 如何飞起来 7 到19世纪末 经典流体力学基础已经形成 1783年6月 法蒙高兄弟布袋式热气球飞行 1875年 氢气球载人飞行到万米高空 19世纪后 出现了飞艇 充填氢 氦 热空气等产生升力 用动力装置辅助控制 可以向任意方向飞行 空气静力飞行 气球 飞艇 8 1949年 第一架喷气式客机 彗星号 可载客80名 最大起飞重量达70吨 跨音速 1903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 9 空气动力试验 风洞实验 10 问题二如何飞 作为刚体 研究运动规律和控制 飞行力学 11 飞机整机结构强度实验机翼破坏实验 12 机身结构强度实验 13 材料缺陷的影响如何 载荷变化的影响如何 60年代末 美国空军F 111飞机连续发生灾难性事故 是由含裂纹构件的脆性断裂引起的 断裂力学方法也从此引入飞机设计中 断裂力学 考虑材料缺陷和裂纹 近代 复合材料 智能结构的研究 目标 更轻 更快 更安全 自监测 自诊断 14 振动 噪声控制 稳定性和可操纵性 力学与工程紧密结合 是一门既古老又年轻的学科 它对于近 现代科学技术的进步 有重要的影响 问题四 如何更加舒适 飞起来 15 大型汽轮机转子 结构的破坏例 16 轴叶轮疲劳断裂破坏 17 转子轴疲劳开裂疲劳断裂破坏 18 叶片击穿厂房 19 台南高屏大桥断裂 2000年8月27日下午3时20分 台湾南部高屏大桥断裂 大桥中间下陷部分长达100米 17辆车坠河 22人受伤 采沙过度 河面沉降10余米 桥墩先断裂 20 2000年 月25日 法航协和式客机坠毁 113人死亡 地面铁条使轮胎爆裂 碎片侵入发动机 21 汽车碰撞试验 22 建筑物控制爆破 23 上海东方电视塔高300m球径45m 24 抗震模型试验 破坏部位 破坏形式 抗震能力 返回主目录 25 1力学研究的发展 应用领域 航空 土木 机械 材料 生命 微电子技术等 实验技术 电 光测实验技术 全息 超声 光纤测量 及实验装置的大型化 1 3现代力学发展及其特点 26 静强度 断裂控制设计 抗疲劳设计 刚度设计 损伤容限设计 结构优化设计 耐久性设计和可靠性设计等 设计准则 27 2现代力学的特点 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 28 90年代开始 力学与材料 控制 包括传感与激励 计算机相结合 研究发展面向21世纪的 具有 活 的功能的智能结构 智能结构 依托新兴产业发展力学 航空航天 信息 生命 功能材料等 返回主目录 29 1 4学科分类 静力学 研究力系或物体的平衡问题 不涉及物体运动状态改变 如飞机停在地面或巡航 按运动与否分 30 按研究对象分 一般力学 对象是刚体 研究力及其与运动的关系 有理论力学 分析力学等 流体力学 对象是气体和液体 有水力学 空气动力学等 固体力学 对象是可变形固体 研究强度 变形 破坏等 有材料力学 结构力学 弹性力学 塑性力学 断裂 疲劳等 31 力学既要研究力 又要研究运动 还要将力和运动二者联系起来 1 5最基本概念 力和运动 32 2 运动 是力 力系 作用的结果 有二种效应 33 3 力与运动之关系的研究 属于动力学 是动力学基本方程 注意F a是矢量 牛顿第二定律 物体运动状态的改变 dv dt a 与作用于其上的力成正比 并发生于该力的作用线上 特别地 若物体的运动状态不发生改变 a 0 则称物体处于平衡 返回主目录 34 工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 建立力学模型是最关键的 需要知识和经验 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 1 6一般研究方法 35 材料模型 变形体模型 36 汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型 载荷模型 桥面板作用在钢梁的分布力模型 37 例如 研究工程构件 如杆 梁 轴等 时 先将其理想化为刚体 研究其上的受力和运动 建立力学模型是最关键的 需要知识和经验 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 又能使结果基本符合实际情况 满足精度 返回主目录 38 1 7工程静力学研究主线 工程力学问题的分析 一般都需要进行 力的研究 运动和变形的研究 联系力与运动 力与变形之关系的研究 若构件处于静止