飞行器结构力学讲义

西工大飞行器结构力学电子教案第一章：飞行器结构力学概述1.1 飞行器结构力学的定义介绍飞行器结构力学的概念和基本原理。

解释飞行器结构力学的研究对象和内容。

1.2 飞行器结构的特点与分类讨论飞行器结构的特点，包括轻质、高强度、耐腐蚀等。

介绍飞行器结构的分类，包括飞行器壳体、梁、板、框等。

1.3 飞行器结构力学的基本假设阐述飞行器结构力学分析的基本假设，如材料均匀性、连续性和稳定性。

第二章：飞行器结构受力分析2.1 飞行器结构受力分析的基本方法介绍飞行器结构受力分析的基本方法，包括静态分析和动态分析。

2.2 飞行器结构受力分析的实例通过具体实例，讲解飞行器结构受力分析的过程和方法。

2.3 飞行器结构受力分析的计算方法介绍飞行器结构受力分析的计算方法，包括解析法和数值法。

第三章：飞行器结构强度分析3.1 飞行器结构强度理论介绍飞行器结构强度理论的基本原理，包括最大应力理论和能量原理。

3.2 飞行器结构强度计算方法讲解飞行器结构强度计算的方法，包括静态强度计算和疲劳强度计算。

3.3 飞行器结构强度分析的实例通过具体实例，展示飞行器结构强度分析的过程和方法。

第四章：飞行器结构稳定分析4.1 飞行器结构稳定理论介绍飞行器结构稳定理论的基本原理，包括弹性稳定理论和塑性稳定理论。

4.2 飞行器结构稳定计算方法讲解飞行器结构稳定计算的方法，包括解析法和数值法。

4.3 飞行器结构稳定分析的实例通过具体实例，讲解飞行器结构稳定分析的过程和方法。

第五章：飞行器结构动力学分析5.1 飞行器结构动力学基本原理介绍飞行器结构动力学的基本原理，包括振动理论和冲击理论。

5.2 飞行器结构动力学计算方法讲解飞行器结构动力学计算的方法，包括解析法和数值法。

5.3 飞行器结构动力学分析的实例通过具体实例，展示飞行器结构动力学分析的过程和方法。

第六章：飞行器结构疲劳与断裂分析6.1 飞行器结构疲劳基本理论介绍飞行器结构疲劳现象的基本原理，包括疲劳循环加载、疲劳裂纹扩展等。

飞行器结构力学电子教案ppt 课件
目
CONTENCT
录
• 飞行器结构力学概述 • 飞行器结构力学基础知识 • 飞行器结构静力学分析 • 飞行器结构动力学分析 • 飞行器结构疲劳与损伤容限分析 • 飞行器结构优化设计
01
飞行器结构力学概述
定义与特点
定义
飞行器结构力学是研究飞行器结构强度、刚度和稳定性的学科， 主要关注飞行器在各种载荷作用下的响应和行为。
迭代算法
通过不断迭代更新解，逐步逼近最优解，常用的 算法包括梯度下降法、牛顿法等。
飞行器结构优化设计方法
尺寸优化
通过改变结构件的尺寸，以达到最优化的结构性 能。
拓扑优化
在给定的设计区域内，寻找最优的材料分布和连 接方式。
形状优化
通过改变结构的形状，以实现最优的结构性能。
多学科优化
综合考虑多种学科因素，如气动、热、强度等， 进行多学科协同优化。
技术发展
飞行器结构力学的发展推动了航空航天技术的进步 ，为新型飞行器的设计和研发提供了技术支持。
飞行器结构力学的历史与发展
历史
飞行器结构力学的发展可以追溯到20世纪初期，随着航空工 业的快速发展，结构力学逐渐成为飞行器设计的重要学科。
发展
近年来，随着新材料、新工艺和计算技术的不断发展，飞行 器结构力学在理论和实践方面都取得了重要进展。未来，随 着环保要求的提高和新能源的应用，飞行器结构力学将面临 新的挑战和机遇。
损伤容限
指材料或结构在受到损伤后仍能保持一定承载能力的程度，是评估结构剩余寿命的重要 指标。
疲劳与损伤容限分析的必要性
飞行器在服役过程中受到各种复杂载荷的作用，结构疲劳与损伤是不可避免的现象，因 此进行疲劳与损伤容限分析是确保飞行器安全的重要手段。

1.1 结构力学主要任务与 飞机结构设计简介
1. 什么是结构
结構
• 在古代，结构与造房子有关，故“结构”的常见 解释为建筑物上承担重力或外力的部分及其构造 形式。
• 广义上，结构指由一个或多个零件在空间组合在 一起，能够承担和传递载荷的系统。
常见的结构
桥梁——人造结构河狸坝蚁丘盐丘——地质构造飞机结构——主要指机翼、尾翼、机身、发动机舱和起落架等，通常由数 量众多的零件结合在一起构成，相互之间没有相对的刚体运动，能承受和 传递指定的外载荷，满足一定的强度、刚度、寿命、可靠性等要求。
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飞机设计的阶段
总体设计
确定全机的主要参数——如重量、发动机推力、翼载 确定飞机的基本外形——如机翼、尾翼形状、尺寸、气动布局 进行飞行性能估算 形成飞机的三面图 确定结构形式和主要受力构件布置，给出各部件的重量控制指标
结构设计
飞机各部件结构的初步设计（打样设计） 全机结构进行强度计算 零部件的详细设计和细节设计 结构的全部零部件图纸和部件、构件安装图
• 外载荷的确定——由飞机的机种、总重、外形尺寸、使用 要求等条件，根据飞机强度规范得出。
2. 结构的分类
从几何角度来看，结构可分为三类：
• 杆件结构
• 板壳结构
• 实体结构
Mornae-Saulnier飞机 长征5号火箭舱体
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接头耳片
3. 结构力学的任务
根据力学原理计算在外力作用下结构内部的变形，挠 度和内力、应力等，用于设计新结构或评估已有的结构。
输入条件：结构载荷、几何参数、支撑条件以及材料的属性 输出量：支持反力、应力和位移等。 深入的结构分析包括：稳定性、非线性和动载荷的影响。

q N1 N2 L
▄ 已知杆一端轴力和板的剪流，求另一端的轴力。
N2 N1 q L
【例1】试求图示加强肋后段在外力作用下的内力图。 解： 1、组成分析。 梯形格子与基础单边连接，故为无多余约
束的几何不变体，静定系统。 2、求内力。 判断零力杆端：
N21 N32 N34 0
解： 1、组成分析。
q1
q3
内“十”字结点被切断，结构为静定系统。
2、求内力。
q2
q4
判断零力杆端，如图所示。
根据受力情况，假设各板的剪流方向如图 所示。
由1-4-7杆的平衡： q1 q2
由3-6-9杆的平衡： q3 q4
由4-5杆的平衡： q1 q2 0 由5-6杆的平衡： q3 q4 P / a
用结点法时，可由结点的平衡条件求出各杆在该结点处的轴力，再 由杆子的平衡求得板的剪流。或者求出杆子一端轴力及板的剪流之后， 再由杆子的平衡求出另一端的轴力。根据具体情况灵活地、交替地运 用结点和杆子的平衡条件，求出结构的全部内力。
用截面法时，因为薄壁结构的元件有杆也有板，而杆的轴力是变化 的，所以切面通常取在杆板交界处，且应注意在切开处有板的未知剪 流存在。
无论用何种方法，若适当运用分析桁架时所提到的判定零力杆端的 原则，就会使计算更为简便。
▄ 零力杆端的判断 （1）若一杆与共线的二杆交于无载
荷作用的结点，则此杆在该结点处的杆 端轴力为零。
（2）若不共线的二杆交于无载荷作 用的结点，则此二杆在该结点处的杆端 轴力均为零。
▄ 已知杆端轴力，求板的剪流。
例题：判断平面薄壁结构的静不定度。
f ＝20－1＝19
f ＝0
f ＝1
f ＝4

01
具有最少必需约束。
静定结构 静不定结构 建立补充方程 平衡方程
4.2 力法基本原理与力法正则方程
本节将通过一个2次静不定结构的例子，说明力法基本原理和力法正则方程。
4.2 力法基本原理与力法正则方程
对于具有2个多余约束的静不定结构。 选取1处的2个约束为多余约束，解除之，代之以约束力。 静不定结构 注 意： 1、解除多余约束，不是简单地将约束去掉，而必须用相应的约束力来代替。
添加标题
分析基本系统在单位基本未知力和外界因素作用下的位移，建立位移协调条件——力法典型方程或正则方程。
添加标题
解除多余约束，转化为静定的基本系统。多余约束代以多余未知力——基本未知力。
添加标题
根据结构几何组成分析，正确判断多余约束数——静不定次数。
添加标题
将静不定问题转化为静定问题，以多余未知力作为基本未知量，利用变形协调条件建立补充方程，从而求解结构内力的方法，称为力法( force method )。
静不定结构的内力求解：
叠加< P > 状态和单位状态< 1 >和 < 2 > 求出多余未知力：X1 和 X2
求出静不定结构的全部内力
δ11、δ21、δ12、δ22 — 单位状态影响系数。
Δ1P、Δ2P — 载荷影响系数。
Δ1P ＝< 1 > ×< P > Δ2P ＝< 2 > ×< P >
δ11 ＝< 1> ×< 1 > δ12 ＝ δ12 ＝ < 1 > ×< 2 > δ22 ＝< 2 > ×< 2 >
静定结构与静不定结构的对比：

飞行器结构力学基础电子教学教案一、教案简介本教案旨在通过电子教学方式，让学生了解和掌握飞行器结构力学的基础知识。

通过本课程的学习，学生将能够理解飞行器结构的基本组成，掌握飞行器结构受力分析的方法，以及运用力学原理解决飞行器结构设计中的问题。

二、教学目标1. 了解飞行器结构的基本组成和分类。

2. 掌握飞行器结构受力分析的基本方法。

3. 学习飞行器结构力学的基本原理和计算方法。

4. 能够运用所学知识解决飞行器结构设计中的实际问题。

三、教学内容1. 飞行器结构概述：飞行器结构的基本组成、分类和特点。

2. 飞行器结构受力分析：飞行器结构的受力类型、受力分析方法。

3. 飞行器结构力学原理：力学基本概念、力学基本定律、飞行器结构力学基本原理。

4. 飞行器结构力学计算：弹性力学、塑性力学、飞行器结构强度计算、稳定性和振动分析。

5. 飞行器结构设计实例：飞行器结构设计原则、实例分析。

四、教学方法1. 采用电子教学课件，结合文字、图片、动画和视频等多种形式，生动展示飞行器结构力学的基本知识和实例。

2. 利用数值计算软件，进行飞行器结构受力分析和强度计算，提高学生的实践能力。

3. 组织课堂讨论和小组合作，培养学生的团队协作能力和创新思维。

4. 布置课后习题，巩固所学知识，提高学生的自主学习能力。

五、教学评估1. 课后习题：评估学生对飞行器结构力学基础知识的掌握程度。

2. 课堂讨论：评估学生在团队协作和分析解决问题方面的能力。

3. 课程报告：评估学生对飞行器结构设计实例的理解和应用能力。

4. 期末考试：全面评估学生对本门课程的掌握程度。

六、教学资源1. 电子教学课件：包括飞行器结构力学的基本概念、原理、实例等内容。

2. 数值计算软件：用于飞行器结构受力分析和强度计算。

3. 教学视频：展示飞行器结构设计和制造过程。

4. 案例资料：提供飞行器结构设计实例，供学生分析和讨论。

5. 课后习题集：包括各种类型的题目，巩固所学知识。

杆轴线
桁架的分类：
1、根据维数分类 1.1 平面（二维）桁架（plane truss）
——所有组成桁架的杆件都在同一平面内,仅承受平面内的载荷。
第6页/共47页
1.2 空间（三维）桁架（space truss） ——组成桁架的杆件不都在同一平面内。
第7页/共47页
2、按外型分类 平行弦桁架
三角形桁架
二、静定桁架组成规则
1、空间桁架的组成规则 （1）逐次连接结点法
从某一基础或几何不变体开始，每增加一个 空间结点，用三根不全共面的杆将该结点连 接在基础上，依次增加结点和杆子，将组成 静定空间桁架。
简单桁架
第16页/共47页
二、静定桁架组成规则
1、空间桁架的组成规则 （2）复合桁架法
将几个简单桁架用最小必需的约束（6个）连 接起来,使各部分之间不会发生相对移动或瞬 时可动,得到一个复杂桁架。
例2 求图示静定桁架的内力
3P
3P
3、绘制内力图 4、校核
3P
0
0
2P
0
注意到，在外力作用 下，桁架中并不是全
3P
2P
部的杆件都参予承力，常常存
在一些轴力为零的杆件，轴力
P
为零的杆件叫做“零力杆”。
“零力杆”在桁架中不承力，仅保
持桁架的几何形状。
第27页/共47页
在计算桁架内力之前，如能事先找出零 力杆，可以简化计算，减少计算工作量。 零力杆的判断
N45 P1 N24 P1
N25 cos45 N24 P2 0 N23 N25 sin 45 N12 0
N25 2P1 P2
N23 2P1 P2
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3、求支座反力

飞行器结构力学理论基础讲义第一章绪论1.1 结构力学在力学中的地位结构力学是飞行器结构计算的理论基础。

它研究飞行器在外载荷作用下，结构最合理的组成及计算方法。

所谓最合理的结构是指：在满足设计中关于强度与刚度的基本要求下，同时在结构空间允许的情况下，具有最轻的重量。

为了达到以上的目的，对从事结构设计者来说，必须较熟练地掌握结构力学的基本原理与方法。

对于本专业的学生来说，结构力学是飞行器强度与刚度计算的基础课程，并且为学习飞行器部件设计及传力分析打下必要的理论基础。

结构力学具体来说由以下四部分组成：（1）研究结构组成是否合理。

主要指结构在外力作用下是否几何不变，同时内力与变形又不至于过大。

（2）结构在外载荷作用下，结构内力的计算方法。

（3）结构在外载荷作用下，结构刚度的计算方法。

（4）研究结构中某些元件及组合件的弯曲及稳定性。

1.2 结构力学的研究内容不同的结构有其不同的结构力学，例如在建筑结构中主要涉及杆系，因此杆系所需的力学知识构成建筑结构力学。

船舶结构的设计和制造中，主要涉及开口薄壁杆件，因此开口薄壁杆件的弯曲和扭转便构成船舶结构力学的主要内容。

对于航天领域，飞行器结构大多是薄壁结构，薄壁结构力学构成飞行器结构力学的主要内容。

1.3 结构力学的计算模型工程结构，尤其是飞行器结构往往是很复杂的，要考虑所有的因素来分析其内力和变形几乎是不可能的，也是没有必要的。

为了适应实际计算，首先需要将真实的结构加以简化，保留起主要作用的因素，略去次要因素，用理想化的受力系统代替实际结构，以得到所需要的计算模型。

计算模型选取的原则是：（1）反映实际结构的主要受力和变形特征；（2）便于结构的力学分析。

计算模型的简化大致可分成以下5个方面的内容。

1.外载荷的简化（1）略去对强度和刚度影响不大的外载荷，着重考虑起主要作用的外载荷。

（2）将作用面积很小的分布载荷简化成集中载荷。

（3）将载荷集度变化不大的分布载荷简化成均布载荷。

EA
等弯曲杆： M , ML
EJ
等扭转杆： 等剪力杆：
MT ,
Q,
MT L GJ P
QL GA
第13页/共64页
四、弹性体的虚功原理
1、概述
弹性体在外力作用下处于 平衡，存在两个力学状态
平衡的力状态 协调的位移状态
特别注意：这两个状态属同一个体系，是同一个力学 问题的两种表现形式，相互关联，不可分割。
二、回顾：外力功和变形能
2.1 应变能和余应变能
图(b)曲线上面的那部分面积所代表的功 量记为W* 或U*，并称W* 为外力余功， 称U* 为余应变能。对完全弹性体来说，
W* U*
图示杆件的外力余功W*和余应变能U*为
W *
P
Δ dP AL d
0
0
U~*dV U * V
式中
U~*
余虚功的例子
真实位移
虚力
余虚功为：
第24页/共64页
2、虚功原理
2.1 质点的虚位移原理 一质点在诸力作用下处于平衡的充分必要条件是：所 有力在质点虚位移上所作的虚功总和为零。
平衡方程：
X 0,Y 0,Z 0
必要条件
虚功方程：
充分条件
W X u Y v Z w 0
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W 1 （广义力）（广义位移）
2
广义力与广义位移的定义：一般而论，任何一个力或一组相互 有关且又彼此独立的力系，如果可以用一个代数量来表示它，则 称它为一个广义力，与此广义力相对应的位移称为广义位移。广 义力与相应的广义位移乘积的一半等于该广义力所作的功。
第11页/共64页
三、广义力与广义位移
如果杆件同时承受有集中力 P 、弯矩 M、扭矩 M T 作用，则广

飞机薄壁结构典型元件受力分析及其理想化 ▄ 飞机薄壁结构典型元件受力分析及其理想化 （1）蒙皮 ）
在结构作为一个整体的受力和传力过程中， 在结构作为一个整体的受力和传力过程中，蒙皮的主要作用是支承和传递由于剪切 和扭转而引起的剪应力，同时它还部分支承和传递由于弯曲而引起的正应力。正应力 和扭转而引起的剪应力，同时它还部分支承和传递由于弯曲而引起的正应力。 主要由较强的长桁和突缘等纵向元件承担，蒙皮在这方面的作用是第二位的。因此， 主要由较强的长桁和突缘等纵向元件承担，蒙皮在这方面的作用是第二位的。因此， 在对蒙皮进行理想化的时候，假设蒙皮只承受并传递剪应力； 在对蒙皮进行理想化的时候，假设蒙皮只承受并传递剪应力；蒙皮实际上具有的承受 并传递正应力的能力将人为地附加到纵向元件（如长桁）上去。 并传递正应力的能力将人为地附加到纵向元件（如长桁）上去。 由于蒙皮壁厚一般很薄，可近似认为蒙 由于蒙皮壁厚一般很薄， 皮上的剪应力大小沿厚度方向不变化， 皮上的剪应力大小沿厚度方向不变化，且 剪应力沿厚度中线的切线方向。 剪应力沿厚度中线的切线方向。因为剪应 力的值沿厚度方向不变， 力的值沿厚度方向不变，所以可以用剪应 力沿厚度方向的合力 q = τ ×t 来替代剪应 为剪流， 力，称 q为剪流，用半箭头表示。 为剪流 用半箭头表示。
（2）组成骨架的杆子只承受轴向力；镶在骨架上的板（蒙皮）四边只受剪切， ）组成骨架的杆子只承受轴向力；镶在骨架上的板（蒙皮）四边只受剪切， 即每块板与其周围的杆子之间只有剪力作用。 即每块板与其周围的杆子之间只有剪力作用。
▄ 受剪板式薄壁结构的计算模型
（3）板的厚度相对于长、宽等其它 ）板的厚度相对于长、 尺寸是很小的，可以认为板很薄。 尺寸是很小的，可以认为板很薄。因 此可近似认为板剖面上的剪应力τ 此可近似认为板剖面上的剪应力 沿厚 度不变（如图(a)示 度不变（如图 示）。

飞行器结构力学基础电子教学教案第一章：飞行器结构力学概述1.1 教学目标了解飞行器结构力学的定义和研究内容掌握飞行器结构力学的基本原理和概念理解飞行器结构力学在航空航天工程中的应用1.2 教学内容飞行器结构力学的定义和研究内容飞行器结构力学的基本原理和概念飞行器结构力学在航空航天工程中的应用1.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构力学的基本概念和原理通过实例和案例分析，让学生了解飞行器结构力学在实际工程中的应用开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构力学知识的理解1.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构力学概念的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构力学原理的掌握情况第二章：飞行器结构受力分析2.1 教学目标掌握飞行器结构受力的基本原理和分析方法学会运用力学原理对飞行器结构进行受力分析了解飞行器结构受力分析在工程设计中的应用2.2 教学内容飞行器结构受力的基本原理和分析方法飞行器结构受力分析的步骤和技巧飞行器结构受力分析在工程设计中的应用2.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构受力的基本原理和分析方法通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构受力分析的步骤和技巧开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构受力分析的理解2.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构受力分析方法的掌握程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构受力分析的应用能力第三章：飞行器结构动力学基础3.1 教学目标了解飞行器结构动力学的定义和研究内容掌握飞行器结构动力学的基本原理和概念理解飞行器结构动力学在航空航天工程中的应用3.2 教学内容飞行器结构动力学的定义和研究内容飞行器结构动力学的基本原理和概念飞行器结构动力学在航空航天工程中的应用3.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构动力学的基本概念和原理通过实例和案例分析，让学生了解飞行器结构动力学在实际工程中的应用开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构动力学的理解3.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构动力学概念的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构动力学原理的掌握情况第四章：飞行器结构强度与稳定性4.1 教学目标掌握飞行器结构强度和稳定性的基本原理和方法学会运用力学原理对飞行器结构进行强度和稳定性分析了解飞行器结构强度和稳定性分析在工程设计中的应用4.2 教学内容飞行器结构强度和稳定性的基本原理和方法飞行器结构强度和稳定性分析的步骤和技巧飞行器结构强度和稳定性分析在工程设计中的应用4.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构强度和稳定性的基本原理和方法通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构强度和稳定性分析的步骤和技巧开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构强度和稳定性的理解4.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构强度和稳定性分析方法的掌握程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构强度和稳定性分析的应用能力第五章：飞行器结构优化设计了解飞行器结构优化设计的定义和方法掌握飞行器结构优化设计的基本原理和步骤学会运用优化方法对飞行器结构进行设计优化5.2 教学内容飞行器结构优化设计的定义和方法飞行器结构优化设计的基本原理和步骤飞行器结构优化设计中常用的优化方法5.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构优化设计的基本原理和步骤通过实例和案例分析，让学生了解飞行器结构优化设计的方法和应用开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构优化设计的理解5.4 教学第六章：飞行器结构材料力学性质6.1 教学目标理解飞行器结构材料的力学性质对结构性能的影响掌握常用飞行器结构材料的力学性能参数学会运用材料力学性质进行飞行器结构选材和设计6.2 教学内容飞行器结构材料的力学性质及其对结构性能的影响常用飞行器结构材料的力学性能参数飞行器结构选材和设计方法讲授和讲解飞行器结构材料的力学性质及其对结构性能的影响通过实例和案例分析，让学生了解常用飞行器结构材料的力学性能参数开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构选材和设计的理解6.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构材料力学性质的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构选材和设计的掌握情况第七章：飞行器结构疲劳与断裂力学7.1 教学目标理解飞行器结构疲劳和断裂力学的原理掌握飞行器结构疲劳和断裂分析的方法学会运用疲劳和断裂力学进行飞行器结构的安全评估7.2 教学内容飞行器结构疲劳和断裂力学的原理飞行器结构疲劳和断裂分析的方法飞行器结构的安全评估方法7.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构疲劳和断裂力学的原理通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构疲劳和断裂分析的方法开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构安全评估的理解7.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构疲劳和断裂力学的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构安全评估的掌握情况第八章：飞行器结构动力学分析方法8.1 教学目标理解飞行器结构动力学分析的方法和原理掌握飞行器结构动力学分析的计算方法学会运用动力学分析方法进行飞行器结构的动力学优化8.2 教学内容飞行器结构动力学分析的方法和原理飞行器结构动力学分析的计算方法飞行器结构动力学优化方法8.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构动力学分析的方法和原理通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构动力学分析的计算方法开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构动力学优化的理解8.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构动力学分析方法的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构动力学优化的掌握情况第九章：飞行器结构力学数值分析9.1 教学目标理解飞行器结构力学数值分析的方法和原理掌握飞行器结构力学数值分析的计算方法学会运用数值分析方法进行飞行器结构力学问题求解9.2 教学内容飞行器结构力学数值分析的方法和原理飞行器结构力学数值分析的计算方法飞行器结构力学数值分析在实际工程中的应用9.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构力学数值分析的方法和原理通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构力学数值分析的计算方法开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构力学数值分析的理解9.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构力学数值分析方法的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构力学数值分析的掌握情况第十章：飞行器结构力学实验与验证10.1 教学目标理解飞行器结构力学实验的目的和方法掌握飞行器结构力学实验的操作技能学会运用实验结果验证飞行器结构力学理论10.2 教学内容飞行器结构力学实验的目的和方法飞行器结构力学实验的操作技能飞行器结构力学实验结果的分析和验证10.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构力学实验的目的和方法通过实验操作，让学生掌握飞行器结构力学实验的操作技能开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构力学实验结果分析和验证的理解10.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估重点和难点解析1. 飞行器结构力学概述难点解析：理解飞行器结构力学的概念和原理，以及如何将其应用于实际工程中。

飞行器结构力学讲义飞行器结构力学是指对飞行器结构在受力下的力学行为进行分析和设计的一门学科。

在飞行器设计过程中，结构力学是一个非常重要的领域，因为它关系到飞行器的安全性和可靠性。

本讲义将介绍飞行器结构力学的基本理论和应用。

首先，飞行器结构力学的基本理论包括静力学和动力学。

静力学研究飞行器在平衡状态下的受力和变形情况。

而动力学则研究飞行器在动力作用下的受力和变形情况。

这两个理论是相互关联的，飞行器的设计需要同时考虑静力学和动力学的影响。

静力学的核心是受力分析和变形分析。

受力分析是指研究飞行器在受外力作用下各个零部件受力的情况。

通过受力分析，可以确定飞行器结构的受力状态和关键零部件的负荷。

变形分析是指研究飞行器在受力后的变形情况。

通过变形分析，可以确定飞行器结构的刚度和变形限制。

这些信息对于设计强度和刚度合理的飞行器结构非常重要。

动力学的核心是动力分析和振动分析。

动力分析是指研究飞行器在动力作用下各个零部件的受力和变形情况。

通过动力分析，可以确定飞行器结构在不同工况下的受力情况，从而指导设计材料和结构。

振动分析是指研究飞行器在受到外界激励后的振动情况。

振动分析是飞行器结构动力特性的重要参数，对于飞行器的安全性和舒适性都有重要影响。

除了静力学和动力学，飞行器结构力学还包括疲劳分析和断裂分析。

疲劳分析是指研究飞行器结构在重复加载下的破坏情况，通过疲劳分析可以确定飞行器结构的寿命，并进行合理的维修和保养。

断裂分析是指研究飞行器结构在破坏加载下的破坏情况，通过断裂分析可以预测飞行器结构的破坏载荷，从而进行合理的结构设计和材料选择。

飞行器结构力学的应用非常广泛。

在飞机设计中，结构力学是飞机设计的基础。

通过结构力学分析，可以确定飞机结构的强度、刚度和稳定性等重要参数。

在火箭和航天器设计中，结构力学同样是不可或缺的。

飞行器在发射和飞行过程中承受着巨大的外界载荷，需要通过结构力学分析来保证安全性和可靠性。

此外，飞行器结构力学还应用于无人机、直升机等不同类型的飞行器设计中。

每个自由单铰 有多少个 自由度呢？ N=2
第二章 结构的组成分析
每个自由刚片 有多少个 自由度呢？ N=3
第二章 结构的组成分析
每个单铰 起多少个 约束呢？
C=2
第二章 结构的组成分析
每个单链杆 起多少个 约束呢？
C=1
第二章 结构的组成分析
每个单刚结点 起多少个 约束呢？ C=3
第二章 结构的组成分析
3
有几个单铰？ 12个
还有3根单链杆
2
1
(外部约束)
C =2×12+3=27f = C－N 02有几
个 单
3
铰？
1
讨论
2
将等可杆于体变安多件系吗排少重f？？新
3
f = 0,体系
1
是否一定
几何不变呢？
f = (2×12+3)－3×9 = 0
除去约束后，体系的自由度将增加， 这类约束称为必要约束。
C ＝ 2（平面） C ＝ 3（空间）
C ＝ 3（平面） C ＝ 6（空间）
第二章 结构的组成分析
2.3 几何特性的判断方法
将组成系统的所有元件，分为自由体 和约束体，计算所有自由体的自由度 数和所有约束体的约束数，通过比较 和分析来判断结构的几何特性。
无硬性规定， 哪些元件作为自由体？ 需灵活运用。 哪些元件作为约束体？
第二章 结构的组成分析
复铰：连接两个以上刚片的铰
N=5
复铰 等于多少个
单铰？
1连接m个刚片的复铰 = (m-1)个单铰
第二章 结构的组成分析
A
A
B
单复刚结点 C = 3 m-1个
连接m个杆的 复刚结点等于多 少个单刚结点？

三、结构力学计算模型
第一章 绪论
刚接
刚接力学特征：
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。
所以，刚接即能够传递力，也能 够传递力矩。
夹角保持不变
将刚性连接处涂黑来表示刚接，
也称为刚结点。
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飞行器结构力学基础
三、结构力学计算模型
第一章 绪论
组合结点
组合结点力学特征：
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飞行器结构力学基础
六、基本关系和基本假设
第一章 绪论
2. 基本假设
（1）小变形假设
结构在外载荷作用下变形与几何尺寸 相比很小。建立力平衡方程时，能够 不考虑变形对结构几何关系影响。
（2）线弹性假设
结构在载荷作用下会产生内力和变形， 当载荷卸调后，内力和变形也随之消 失，结构恢复到原始状态，无残余变 形(弹性体)。
平面定向支座
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飞行器结构力学基础
六、基本关系和基本假设
第一章 绪论
1. 基本关系
（1）平衡关系
作用在结构上力是平衡，结构系统中 全部元件也是平衡。
（2）协调关系 结构发生变形时，各个元件之间变形
是协调。
（3）物理关系 元件力和位移之间，满足材料物理性
质。
结构力学原理和计算方法均是基于这三种基本关系而 建立。
固定支座（或称固持） 定向支座
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飞行器结构力学基础
三、结构力学计算模型
第一章 绪论
可动铰支座
可动铰支座几何特征：
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。
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飞行器结构力学基础

飞机结构力学对于确保飞机的安 全性和可靠性具有重要意义，也 是飞机设计、制造和维护的基础 。
飞机结构力学的基本原理
材料力学
研究飞机材料的力学性能，包括 材料的弹性、塑性、强度和疲劳
等特性。
结构分析
对飞机结构进行静力学和动力学分 析，确定结构的承载能力和稳定性 。
有限元分析
利用有限元方法对飞机结构进行离 散化分析，通过数值计算得到结构 的应力、应变和位移等结果。
《飞机结构力学》PPT课件
目录
• 飞机结构力学概述 • 飞机结构分析 • 飞机结构材料力学性能 • 飞机结构设计方法 • 飞机结构力学的未来发展
01
飞机结构力学概述
飞机结构力学的定义与重要性
01
飞机结构力学是研究飞机结构的 强度、刚度和稳定性的一门学科 ，是航空航天领域的重要基础学 科之一。
02
飞机结构力学的应用领域
飞机设计
在飞机设计阶段，结构力学需要 考虑飞机的气动外形、载荷分布 、材料选择等因素，以确保飞机 的安全性和性能。
飞机制造
在飞机制造阶段，结构力学可用 于指导制造工艺、确定制造过程 中的关键技术参数和质量控制标 准。
飞机维护
在飞机维护阶段，结构力学可用 于评估飞机的损伤和老化情况， 制定维修计划和方案，确保飞机 的安全运行。
尺寸优化
多学科优化
通过调整结构中各个部件的尺寸参数，以 达到优化结构性能和减轻重量的目的。
综合考虑飞机结构设计的多个学科因素， 如结构、气动、热、控制等，进行多学科 协同优化设计。
飞机结构设计的验证与评估
试验验证
通过物理试验和仿真试验对飞机结构进行验 证，以评估其性能和安全性。
损伤容限评估
评估飞机结构的损伤容限，研究其在损伤情 况下的剩余强度和稳定性。

值得注意的是，剖面的翘曲变形
w z dz (ax by c) z d
不一定符合平面分布。如原来是平面的剖面，变形后发生翘曲， 变形后的剖面不一定再是平面，但其沿母线投影仍是平面的。
▄ 简化假设
显然，满足以上简化假设的薄壁结构，其纤维可以自由伸缩， 剖面可以自由翘曲——称为自由弯曲和自由扭转。 注意，工程梁理论不适用于下列情形： （1）小展翼型机翼如三角型机翼。沿纵向(z向)其剖面变化剧 烈，不符合简化假设(1)要求的棱柱壳体。 （2）长直机翼的根部。不符合简化假设(4)。 （3）开口区附近。不符合简化假设(4)。 （4）材料性质沿纵向不连续。不符合简化假设(4)。 工程梁理论研究的是自由弯曲和自由扭转下薄壁结构的受 力和变形分析，这也是本章的重点内容。
x0
Ax A
i i
i
y0
Ay A
i i
i
相应于形心坐标轴的剖面惯性矩、惯性积和剖面总面积由下列各式确定：
J x Ai y i
2
J y Ai x i
2
进一步可以求出形心主惯性轴x’oy’：
J xy Ai xi y i F0 Ai
tg 2
2 2 J xy
翼肋的构造
典型的机翼布局
典型的机身布局
在飞行器构造中经常遇到梁 式薄壁结构，如长直机翼、后 掠机翼的中外翼、机身等。对 于这类薄壁结构，在已知外载 荷作用下各剖面的总内力(弯矩、 扭矩、轴力和剪力)是静定的， 但若要进一步求出各个元件(桁 条、蒙皮等)的内力，由于这种 梁式长直机翼 具有多桁条的结构是高度静不定 的，要用力法求解就必须借助于电子计算机。倘若蒙皮较厚， 能同时承受正应力和剪应力，此时可以把结构看作是有无穷多 桁条排列着，因而静不定次数是无穷的，用力法来解不可能， 而必须采用有限元素法或能量法，但那也非常麻烦。

设每个端框上有 n 个结点，两个端框共有 2n个结点。 系统的自由度数为 N ＝ 2n×3 ＝ 6n 。 每一个端框的约束数为 2n －3； 纵向有 n 根杆和 n 块板，约束数为 2n； 系统全部的约束数为 C ＝ 2(2n-3) + 2n + 6。
则：f ＝C－N ＝ 6n－6n ＝ 0 ，满足几何不变的必要条件。
飞行器结构力学基础
——电子教学教案
航空结构工程系
1
第七章
受剪板式薄壁结构内力和位移 计算
第三讲 7.4 静定空间薄壁结构内力计算
2
一、空间薄壁结构的组成分析
组成薄壁结构的各元件的中心点和中线不都在同一平面内，则称为空间薄 壁结构，它可以承受任意方向的外载荷。3Leabharlann 一、空间薄壁结构的组成分析
在研究空间薄壁结构的组成规律时，仍把结点看成为自由体，每个空间结 点具有3个自由度；把杆和板看成为约束，杆和四边形板均起1个约束作用。
f ＝ 28
13
二、静定空间薄壁结构的内力计算
1、分析静不定度。 2、判断零力杆端，假设剪流方向。 3、利用结点法求杆端轴力，或由杆的平衡求剪流或另一端杆轴力。 4、绘制内力图。
零力杆端的判断：
三根不共面的杆交于无 载荷作用的点，则此三根 在该端处的轴力均为零。
14
【例1】 求图示空间薄壁结构的内力。已知：L＝100mm，B＝40mm， H＝10mm，P 1＝200N，P 2＝300N，P 3＝500N。
N84(q2q3)L4000 N73(q4q2)L4000
3、绘制力图。
4、校核。
X0 Mx 0 Y 0 My 0
Z 0 Mz 0
16
【例2】计算图示结构的内力。已知四缘条双层自由盒段，在两层交界5点处 将缘条切断，在杆子的切口处有大小相等方向相反的一对单位力。 解： 1、5点被切开，相当于去掉一个约束， 故该结构是静定的。 2、假定1-2-6-5和5-6-10-9两板的剪流 分别为q1和q2，其方向如图(b) 所示， 5-6-7-8板的剪流为q3，其方向如图(c) 所示。先判断零力杆端，再按平衡条 件确定各板剪流之间的关系。