西工大飞行器结构力学电子教案1-1

飞行器结构力学基础

——电子教学教案西北工业大学航空学院航空结构工程系1/38第一章绪论一、结构力学任务结构力学顾名思义就是研究结构在外界原因作用下力学行为及其组成规律。所以，结构力学研究对象是结构，其定义为：结构是由结构元件或构件(如杆、梁、板等)经过一些连接方式(如螺接、铆接、焊接、胶接等)组合起来能够承受载荷和传递载荷受力系统。2/38一、结构力学任务结构力学顾名思义就是研究结构在外界原因作用下力学行为及其组成规律。外界原因机械力温度改变：温度改变造成元件伸长或缩短。制造误差：元件尺寸误差、连接误差。第一章绪论静力动力静力学动力学本课程主要研究结构在静力作用下力学行为。采取是静力学平衡原理。飞行器结构力学基础3/38一、结构力学任务结构力学顾名思义就是研究结构在外界原因作用下力学行为及其组成规律。力学行为受力状态变形状态稳定性第一章绪论研究结构承受外界原因能力，内力分析或强度分析，目标是进行强度校核。研究结构在外界原因作用下抵抗变形能力，变形分析或刚度分析，目标是进行刚度校核。研究结构局部失稳或整体失稳破坏，稳定性分析。飞行器结构力学基础4/38一、结构力学任务结构力学顾名思义就是研究结构在外界原因作用下力学行为及其组成规律。组成规律第一章绪论研究受力系统中结构元件之间连接方式是否合理以及系统组成规律，称为结构几何组成份析。受力系统是否含有承受和传递载荷能力，取决于系统中元件之间连接方式合理性。飞行器结构力学基础5/38一、结构力学任务本课程教学任务是：第一章绪论研究结构组成规律，以及在静力载荷作用下结构内力和变形计算方法和步骤,以计算方法为主。飞行器结构力学基础6/38第一章绪论(飞行器结构力学)结构力学应用：飞行器结构力学基础7/38第一章绪论(土木与建筑结构力学)(桥梁结构力学)(船舶结构力学)结构力学应用：飞行器结构力学基础8/38第一章绪论(水力学)(土力学，沙漠力学)非结构力学类：(风力学)飞行器结构力学基础9/38二、与其它相关课程区分先修课程：理论力学、材料力学、线性代数、弹性力学等。第一章绪论研究质点、质点系或刚体在外力作用下平衡及运动规律（静力学、动力学）。理论力学研究结构元件（简单结构）在外力作用下内力、变形和稳定性计算，元件剖面合理选择，元件材料选择，元件破坏理论等。材料力学研究由结构元件组成复杂结构在外力作用下内力和变形计算。结构力学飞行器结构力学基础10/38二、与其它相关课程区分第一章绪论(1)细长杆件，杆件横截面尺寸远小于杆件纵向尺寸；(2)薄板，板厚度远小于板横向和纵向尺寸。采取了平截面假设。材料力学，结构力学研究连续体在外力作用下内力和变形计算。引入假设条件较少，结果更为准确，可认为是理论解。弹性力学什么是平截面假设呢？飞行器结构力学基础11/38三、结构力学计算模型第一章绪论实际结构计算模型合理简化计算模型简化标准：力争反应实际结构主要受力和变形特征；力争便于结构力学行为分析。飞行器结构力学基础12/38三、结构力学计算模型第一章绪论能够从以下5个方面进行简化：1.外载荷简化（1）略去对结构力学行为影响不大外载荷，着重考虑起主要作用外载荷。（2）将作用面积很小分布载荷等效地简化为集中载荷。（3）将载荷梯度改变不大分布载荷简化为均布载荷。（4）将动力效应不大动力载荷简化为静力载荷。比如：将作用在飞机机翼表面上气动分布载荷，等效地简化为作用在计算模型各个结点上集中载荷。飞行器结构力学基础13/38三、结构力学计算模型第一章绪论2.几何形状简化(1)用若干折线代替曲线，用若干平面代替曲面。(2)对锥度不大物体，用无锥度体代替有锥度体。飞行器结构力学基础图(a)机身圆形框，能够简化为由若干段直梁所组成受力模型图(b)机翼，能够简化为由若干个盒式结构组成受力模型14/38三、结构力学计算模型第一章绪论3.受力系统简化（1）略去系统中不受力或受力不大元件。（2）对结构元件受力规律或受力类型作某些假设，抽象为理想化元件。飞行器结构力学基础15/38三、结构力学计算模型第一章绪论承受弯矩和剪力作用平面梁，能够简化为双缘条薄壁梁。该模型中有两类元件，一类是只承受轴力杆，一类是只承受剪力板，元件受力形式得到简化。比如杆-板模型飞行器结构力学基础16/38三、结构力学计算模型第一章绪论4.元件连接关系简化（内部连接）

按照结构元件之间连接处受力与结构特点，将元件之间连接关系简化为：不计摩擦铰接、刚接或滑接飞行器结构力学基础17/38三、结构力学计算模型第一章绪论铰接被连接元件在铰接点处，不能发生相对移动，但能够绕铰接点发生自由转动（夹角发生改变）。用符号表示铰接，也称为铰结点。所以，铰接能够传递力，但不能传递力矩。铰接力学特征：飞行器结构力学基础18/38三、结构力学计算模型第一章绪论刚接被连接元件在刚接点处，即不能发生相对移动，也不能绕刚接点发生相对转动。将刚性连接处涂黑来表示刚接，也称为刚结点。所以，刚接即能够传递力，也能够传递力矩。夹角保持不变刚接力学特征：飞行器结构力学基础19/38三、结构力学计算模型第一章绪论组合结点在同一结点处，一些元件采取刚接，一些元件采取铰接，形成组合结点。刚接＋铰接组合结点含有铰结点和刚结点力学特征，组合结点力学特征：元件A、B采取刚接，元件C采取铰接飞行器结构力学基础20/38三、结构力学计算模型第一章绪论5、支座简化（外部连接）支座：连接结构于基础或其它支承物装置。

可动铰支座支座可分为固定铰支座

固定支座（或称固持）定向支座飞行器结构力学基础21/38三、结构力学计算模型第一章绪论可动铰支座结构含有绕铰A转动及平行于基础平面方向平动，但在垂直于基础平面方向上不能发生平动。相当于限制了结构一个平动。可动铰支座几何特征：飞行器结构力学基础22/38三、结构力学计算模型第一章绪论固定铰支座结构含有绕铰A转动，但没有平行于基础平面方向和垂直于基础平面方向上平动。平面固定铰支座相当于限制了结构两个平动。空间固定铰支座相当于限制了结构三个平动。固定铰支座几何特征：飞行器结构力学基础23/38三、结构力学计算模型第一章绪论固定支座（固持）结构在固持端A处无平动和转动。相当于限制了结构在A处全部平动和全部转动。固定支座几何特征：飞行器结构力学基础24/38三、结构力学计算模型第一章绪论定向支座结构只发生平行于基础平面一个方向平动，无转动。相当于限制了结构绕A转动和其它方向平动。定向支座几何特征：飞行器结构力学基础25/38四、结构分类第一章绪论常见结构力学计算模型有5种。组成桁架结构元件是细长直杆，即杆横截面尺寸远小于其长度。各杆之间均采取无摩擦铰（铰结点）相连。载荷只能作用在位于杆两端铰结点上。1.桁架飞行器结构力学基础26/38四、结构分类第一章绪论组成刚架结构元件是细长直杆或曲杆。杆件之间采取刚性连接。外载荷能够作用在杆件任何部位。2.刚架飞行器结构力学基础27/38四、结构分类第一章绪论3.薄壁结构厚度比长度及宽度小得多结构，它是飞行器结构中用得最多一个形式。组成薄壁结构元件是杆(直杆或曲杆)和板(直板或曲板)

。在飞行器结构中，薄壁结构是指由构件(梁、缘条、桁粱、桁条、肋、隔框)及蒙皮所组成受力系统。机翼盒段计算模型机身某段计算模型飞行器结构力学基础28/38四、结构分类第一章绪论4.整体结构整体结构通常是由机械铣切或化学腐蚀加工而成。先进机身整体加筋结构(整体加筋板+整体框)常规组装机身结构(蒙皮+筋条+组合框)飞行器结构力学基础29/38第一章绪论四、结构分类4.整体结构机身上部整体加筋板概念常规加筋结构与整体加筋结构等效示意图飞行器结构力学基础30/38四、结构分类第一章绪论由上述各种结构模式混合组成。5.混合结构飞机起落架简化模型梁元件与杆元件混合飞行器结构力学基础31/38五、结构外载荷、内力和支座反力第一章绪论1.外载荷作用在结构上已知力，包含线力和力矩。线力集中力线分布力面分布力力矩集中力矩(力偶)线分布力矩面分布力矩飞行器结构力学基础32/38五、结构外力、内力、支座反力第一章绪论2.内力指结构元件上力，用于维持元件平衡和变形协调。不一样元件，有不一样形式元件力。(1)两端带铰直杆，也称为二力杆。它是组成桁架主要元件。只承受沿杆轴线力，称为杆轴力。杆轴线飞行器结构力学基础33/38五、结构外力、内力、支座反力第一章绪论2.内力(2)

梁：它是组成刚架主要元件。在梁任意一个横截面上，均承受轴力、剪力、弯矩、扭矩。xyz空间梁zy平面梁x飞行器结构力学基础34/38五、结构外力、内力、支座反力第一章绪论3.支座反力(支反力)传递到支座上力或支座对结构反力。支反力用于平衡结构外载荷，维持结构整体平衡。活动铰支座平面固定铰支座空间固定铰支座提供多少支反力？飞行器结构力学基础35/38五、结构外力、内力、支座反力第一章绪论3.支座反力(支反力)平面固定支座平面定向支座空间固定支座提供多少支反力？飞行器结构力学基础36/38六、基本关系和基本假设