【大学课件】飞机结构力学电子教学教案

飞机结构力学电子教学教案课程内容概述力学基础飞机结构力学12涵盖静力学、材料力学、结深入探讨飞机结构的受力分构力学等基础知识，为理解析、应力应变分析、稳定性飞机结构力学奠定基础分析等内容，并结合具体案例进行讲解结构设计3介绍飞机结构设计的基本原则和方法，重点讲解抗疲劳设计、抗腐蚀设计等绪论

1.飞机结构力学是航空工程的核心课程之一，为飞机的设计、制造和维护提供理论基础力学在航空工程中的地位

1.1基础学科安全保证性能提升力学是航空工程的核心基础学科，为飞力学分析可以确保飞机结构的强度和稳力学原理可以优化飞机结构设计，提高机设计提供理论基础和计算方法定性，保障飞行安全飞机的性能和效率力学在飞机设计中的应用

1.2结构分析气动设计动力系统飞机结构力学用于分析机翼、机身、尾力学原理应用于优化飞机外形，提高升飞机发动机设计需要考虑力学原理，确翼等部件承受的载荷和应力，确保结构力，降低阻力，改善飞行性能保发动机功率输出，并满足安全可靠性安全可靠要求力学知识体系

1.3飞机结构力学是航空工程中的核心学科，涵盖了多种力学分支该学科涉及从基础的牛顿定律到复杂的有限元分析，为飞机设计提供坚实的理论基础主要包含以下力学分支:•静力学•材料力学•动力学•振动力学•流体力学•有限元方法力的平衡

2.在飞机结构力学中，力的平衡是基础概念，它揭示了物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动的条件平衡条件应用力的平衡条件是指作用在物体上的该概念在分析飞机结构的受力情况所有外力的合力为零，且所有外力，如机翼、机身和机尾的受力，以矩的合力矩为零及设计相应的结构以抵抗这些力，以确保飞机的安全飞行至关重要力的概念

2.1定义性质分类力是物体间相互作用的一种表现形力具有大小和方向，是矢量，力的按力的性质可分为重力、弹力、摩式，可以使物体发生形变或改变运作用效果与力的作用点和方向有关擦力、压力、拉力等，按力的作用动状态效果可分为外力、内力等力的分析

2.2分解力1将一个力分解为两个或多个分力，使这些分力的合力等于原力合成力2将多个力合成为一个等效力，使该力产生的效果与多个力的共同作用效果相同力的投影3将力投影到指定方向上，得到该力在该方向上的分量力的平衡条件

2.3合力为零∑F=0力矩平衡应力与应变

3.应力的概念应变的概念应力是材料内部抵抗外力的能力，应变是物体在外力作用下发生的形反映了物体内部各部分之间的相互变，反映了物体在外力作用下形状作用和尺寸的变化材料的基本力学性质

3.1强度刚度塑性材料抵抗外力而不发生破坏的能力例材料抵抗变形的能力例如，钢材的刚材料在发生断裂前能够承受的永久变形如，钢材的强度很高，可以承受很大的度很高，在受到压力时，只会产生微小量例如，铜的塑性很好，能够在断裂压力而不变形或断裂的变形前发生很大的变形应力的概念

3.2应力的定义应力的单位应力类型应力是指物体内部抵抗形变的力，通常应力的单位是帕斯卡（Pa）或牛顿每平应力可以分为正应力和切应力两种正用单位面积上的力来表示方米（N/m²）应力垂直于作用面，切应力平行于作用面应变的概念

3.3形变应变定义12物体在载荷作用下发生的尺应变是形变程度的量度，表寸和形状变化，称为形变示物体形变的大小应变类型3应变可以是正应变，表示物体的拉伸或压缩，也可以是剪应变，表示物体的切变一维应力应变关系

4.胡克定律弹性模量泊松比应力和应变之间的线材料抵抗弹性形变的材料在受拉伸或压缩性关系，描述材料在能力，反映材料的刚时，横向应变与纵向弹性范围内受力时的度应变之比，反映材料行为的横向收缩程度胡克定律

4.1线性弹性材料中，应力与应变成正公式σ=Eε比应力-应变曲线在弹性范围内为直线弹性模量

4.2定义材料在弹性范围内应力与应变之比单位帕斯卡Pa意义反映材料抵抗形变的能力影响因素材料种类、温度、应力状态泊松比

4.

30.

300.5典型值不可压缩理论极限大多数金属的泊松比约为

0.3泊松比为0表示材料在拉伸或压缩时不泊松比的理论极限值为

0.5，表示材料在会发生横向变形拉伸时横向尺寸会减半多维应力应变关系

5.复杂形变三维应力真实世界中材料承受多种力的作用三维应力状态描述了材料在各个方，导致复杂的形变向上的应力大小和方向三维应力状态

5.1正应力剪应力物体内部垂直于截面的力，表物体内部平行于截面的力，表示物体抵抗变形的能力示物体抵抗剪切变形的能力应力张量用一个矩阵来表示物体内部所有方向上的应力状态三维应变状态

5.2正应变剪应变在三个相互垂直的方向上，物物体在力的作用下，其形状发体长度的变化分别称为正应变生变化，导致物体内各点之间相对位置改变，这种变化称为剪应变体应变物体体积的变化与原来体积之比称为体应变广义胡克定律

5.3应力应变关系广义胡克定律弹性模量泊松比描述材料在受载荷时的变形将应力和应变联系起来的数材料的刚度，表示抵抗变形材料的横向变形与纵向变形行为学表达式的程度之比构件受力分析

6.应力集中有限元分析结构的应力集中会影响构件的强度数值模拟方法，可以模拟复杂结构和寿命的受力情况轴向载荷

6.1拉伸压缩沿轴线方向的拉力沿轴线方向的压力剪切载荷

6.2剪切应力剪切变形应用剪切应力是指作用在构件截面上的平行剪切变形是指构件在剪切应力作用下发剪切载荷在飞机结构中广泛存在，例如于截面的力生的形状变化机翼连接处、机身连接处等弯曲载荷

6.3弯矩剪力12弯曲载荷会导致构件产生弯弯曲载荷也会产生剪力，影矩，引起横截面的变形响构件的强度和稳定性弯曲应力弯曲变形34弯曲载荷导致构件横截面上弯曲载荷会使构件发生弯曲产生拉伸和压缩应力变形，影响其功能结构稳定性

7.结构稳定性失稳破坏结构稳定性是指结构在承受载荷时失稳破坏通常发生在结构的临界载保持其初始形状和平衡的能力，避荷下，结构会发生突然的变形，导免发生失稳破坏致结构失去承载能力杆件稳定性

7.1杆件在轴向压力作用下，可能会发生失临界载荷是杆件开始发生失稳的最小载欧拉公式用来计算杆件的临界载荷，取稳现象，即发生弯曲变形荷，超过临界载荷，杆件将失去稳定决于杆件的长度、截面形状和材料的弹性模量板壳稳定性

7.2薄板结构稳定性问题薄板结构是指厚度远小于其平薄板结构在受压情况下容易发面尺寸的结构，如飞机蒙皮、生屈曲失效，即失去原有形状机翼壁板等而发生局部弯曲抗屈曲设计抗屈曲设计是薄板结构设计的重要内容，通过合理的结构形式、材料选择和加筋措施来提高结构的稳定性抗失稳设计

7.3安全裕度结构优化12考虑飞机在实际飞行过程中采用合理的结构形式和材料可能遇到的各种载荷和环境，并通过优化设计，提高结条件，确保结构在发生失稳构的抗失稳能力，减轻飞机前具有足够的承载能力重量实验验证3通过风洞试验、振动试验等手段，验证飞机结构的抗失稳性能，确保其安全性。