工程力学基础.ppt

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。,若构件处于静止或平衡