力学简介20121206.ppt

1、力学简介 -没有不懂力学的轮胎专家,李勇2012.12.06,危银涛，李勇，冯希金等译著.轮胎理论与工程（The Pneumatic Tire）。,第01章 总 论 第02章 橡胶力学性能 第03章 叶立林-轮胎帘线和帘线与橡胶的结合 第04章 帘线橡胶复合材料力学 第05章 轮胎负荷性能 第06章 轮胎应力分析 第07章 接地印痕现象 第08章 轮胎六分力 第09章 轮胎的振动和噪声 第10章 轮胎滚动的驻波 第11章 橡胶摩擦与轮胎抓着 第12章 轮胎滚动阻力 第13章 橡胶的磨损和轮胎的磨耗 第14章 轮胎特性对汽车操纵稳定性的影响 第15章 轮胎安全耐久与失效分析 第16章 非破坏性测

2、试与检测 第17章 轮胎标准与法规 第18章 轮胎材料的回收与再用,主要内容,基本概念； 力学分类； 轮胎力学的特点。,1. 基本概念,1.1 标量、矢量与张量； 1.2 强度、硬度与刚度； 1.3 Euler坐标系与Lagrange坐标系； 1.4 应力与应变； 1.5 本构方程； 1.6 初始条件与边界条件； 1.7 有限元。,1.1 标量、矢量与张量,标量：有大小，无方向的量，如：体积，密度。分量个数：30； 矢量： 有大小且有一个方向的量，如力。分量个数：31； 张量：有n个方向和大小的量，如应力和应变，刚度。分量分量个数：3n； n称为张量的阶数。应力为二阶张量，分量个数9个；刚度为

3、4阶张量，分量个数为81个。,1.2 强度、刚度与硬度,强度：抵抗破坏的能力； 刚度：抵抗变形的能力； 硬度：刚度度量的一种方式。 硬度和刚度既相联系又有区别：如 钢筋与钢丝绳。,1.3 Euler坐标系与Lagrange坐标系,1. Lagrange:(A,B,C,t)中“A”,“B”,“C”不变，基矢量i，j，z变； Euler： :(a,b,c,t)中“a”,“b”,“c”变，基矢量不变 2. 推导公式用Lagrange坐标，因为“A”,“B”,“C”对t的导数为零。 3. 计算用Euler坐标，因为Lagrange坐标只能是曲线坐标，计算不方便。 4. 大变形和流体力学中必须用到Lag

4、range坐标系。,1.4 应力与应变,M点在截面上的正应力,M点在截面上的剪应力,同理,上述关系称为剪应力互等定理,剪应力互等与级差,以上都是在小变形情况下定义的，称为真应力和真应变； 当 为初始面积，称为工程应力； 对大变形条件下，会有多种定义。,应变率,应变率：应变随时间的变化率，主要跟粘性有关的物理量。,1.5 本构方程,本构方程：反映材料根本物理性质的方程。如对弹性材料： 一维： 二维：,1.6 初始条件与边界条件,初始条件：0时刻，被研究对象所处的状态； 边界条件：被研究对象与外界接触的边界。如：子口与轮辋的接触。,1.7 有限元,有限元方法（Finite Element Meth

5、od）,将复杂的连续体分成有限个简单的个体 每个个体的计算很简单 只有在离散点处，结果才是准确的 随着离散数目的增多，结果越来越接近真实值,2. 力学分类,2.1 基础力学； 2.2 固体力学； 2.3 振动力学； 2.4 流体力学； 2.5 流变学； 2.6 统计力学； 2.7 热力学； 2.8 量子力学。,2.1 基础力学,理性力学：力学中的“宪法”，研究力学理论的严密性与正确性； 理论力学：以刚体为研究对象（研究对象本身不变形），包括静力学、运动学和动力学；三体 连续介质力学：以连续体为研究对象，搭建其力学学科的“框架”，如同高楼的框架结构。 摩擦学：研究作相互运动的两表面的作用力。如：

6、轮胎与地面的摩擦；粘度，其实质是一种内摩擦。,2.2 固体力学,2.2.1 弹性力学； 2.2.2 塑性力学； 2.2.3 粘弹性力学； 2.2.4 界面理论； 2.2.5 疲劳力学； 2.2.6 损伤力学； 2.2.7 断裂力学； 2.2.8 复合材料力学； 2.2.9 计算力学。,2.2.1 弹性力学力学的核心课程之一,1.弹性变形：物体受力而发生变形，力消失后，能恢复原来的形状。其根本特征能量守恒。分为：弹性、超弹性和低弹性； 2. 主要用于解决：柱体的扭转与弯曲、平面问题、接触问题、板壳问题等； 3. 弹性力学的主要方法是能量法最小能量原理； 4. 轮胎设计理论，如：RCOT、STEM

7、等 都是弹性力学中的概念在轮胎中的应用。,2.2.2 塑性力学,塑性变形：卸载后，具有残余变形的材料；但这种残余变形与时间无关。 塑性力学：研究物体发生参与变形时的应力与应变的分布规律。 经典问题：小应变，大变形。如：冲压成型。,2.2.3 粘弹性力学,粘弹性力学：研究具有粘性和弹性材料的变形行为。其主要特点：时间相关。 典型行为：蠕变、松弛、迟滞、应变率敏感。,2.2.4 界面理论,界面的主要作用： 传递效应：界面传递力的作用，将外力传递给增强物。起到基体与增强材料之间桥梁的作用。 阻断效应：界面有阻止裂纹扩展，减缓应力集中的作用 不连续效应：在界面处产生物理性能不连续的现象，如，抗电性，电

8、磁感应性 散射和吸收效应：光波声波等在界面处散射和吸收，从而产生透光性，隔音性等 诱导效应：一种物质的表面结构使与之接触的另一种物质的表面结构发生改变 界面的粘结强度是衡量材料与基体间界面结合状态的一个指标。 对于结构复合材料而言，界面粘结强度过高或过弱都不利于材料的力学性能。 轮胎中的炭黑与橡胶、帘线与橡胶,2.2.5 疲劳力学,疲劳：材料在交变载荷作用下，产生的循序渐进的破坏（如微观裂纹、断裂等）,2.2.6 损伤力学,定义：研究具有微缺陷（微孔洞、微裂纹等）材料的力学行为。 核心问题：损伤变量材料损伤程度的度量；,2.2.7 断裂力学,定义：研究具有宏观裂纹材料的力学行为，包括断裂强度、断裂的演化等。 主要理论：Griffith能量理论,张开型 滑开型 撕开型,2.2.8 复合材料力学,复合材料：由两种或两种以上组分的材料组成的材料。主观性 特点：比强度高，耐疲劳，减震性能好，破坏安全性高 复合材料力学：研究复合材料的宏观性能同其组份材料性能以及细观结构之间的关系。 分类：颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层合复合材料。,2.2.9 计算力学,2.3 振动力学,振动：指物体经过它的平衡位置所作的往复运动。 轮胎的减震，花纹驻波、噪声等,2.4 流体力学,流体：液体和气体 粘度： 牛顿流体