飞行器结构力学讲义

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1、飞行器结构力学郑晓亚王焘西北工业大学2011年6月1目录第一章绪论11.1结构力学在力学中的地位11.2结构力学的研究内容11.3结构力学的计算模型11.4基本关系和基本假设3第二章结构的组成分析52.1几何可变系统和几何不变系统52.2自由度、约束和几何不变性的分析52.3组成几何不变系统的基本规则、瞬变系统的概念72.4静定结构和静不定结构12第三章静定结构的内力及弹性位移133.1引言133.2静定桁架的内力133.3静定刚架的内力＊163.4杆板式薄壁结构计算模型193.5杆板式薄壁结构元件的

2、平衡203.6静定薄壁结构及其内力253.7静定系统的主要特征343.8静定结构的弹性位移35第四章静不定结构的内力及弹性位移454.1静不定系统的特性454.2静不定系统的解法——力法454.3对称系统的简化计算544.4静不定系统的位移574.5力法的一般原理和基本系统的选取60第五章薄壁梁的弯曲和扭转645.1引言645.2自由弯曲时的正应力655.3自由弯曲时开剖面剪流的计算685.4开剖面的弯心715.5单闭室剖面剪流的计算771135.6单闭室剖面薄壁梁的扭角815.7单闭室剖面的弯心82

3、5.8多闭室剖面剪流的计算＊865.9限制扭转的概念＊91第六章结构的稳定946.1引言946.2压杆的稳定性956.3薄板压曲的基本微分方程956.4薄板的临界载荷996.5板在比例极限以外的临界应力1026.6薄壁杆的局部失稳和总体失稳1036.7加劲板受压失稳后的工作情况——有效宽度概念1046.8加劲板受剪失稳后的工作情况——张力场梁概念108113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

4、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

5、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

6、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：113（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。（4）将动力效应不大的动力载荷简化成静力载荷。2.几何形状的

7、简化飞行器的外形大多由曲线或曲面所构成，计算模型可以简化成用折线代替曲线，用若干平面代替曲面。3.受力系统的简化（1）略去结构中不受力或受力不大的元件。（2）对元件的受力规律或受力类型作某些假设，抽象为理想元件。4.连接关系的简化将实际结构中所采用的铆接、螺接或焊接等连接方式，按照其受力及构造特点，可以简化为没有摩擦的铰接或刚接。杆件的汇交点称为结点，其可以简化为图1.1所示的三种形式。（a）（b）（c）图1.1铰结点（见图1.1（a）），特征是被连接的杆件在连接处不能相对移动，但可绕该结点自由转动。

8、铰结点可以传递力，但不能传递力矩。刚结点（见图1.1（b）），特征是被连接的杆件不能相对移动，且不能相对转动。刚结点既可传递力，也可传递力矩。组合结点（见图1.1（c）），同一结点上某些杆件视为铰结点，另一些杆件视为刚结点时，形成组合结点，此结点同时具有铰结点和刚结点的特征。5.支座的简化将结构与基础连接起来的装置称为支座。以平面支座为例，将支座简化为以下四种形式。113（1）可动铰支座（见图1.2（a）），几何特征是结构可以绕铰A转动以及沿水平方向移动