飞机结构力学第五章
西工大飞行器结构力学电子教案
西工大飞行器结构力学电子教案第一章：绪论1.1 课程简介1.2 飞行器结构力学的研究对象和内容1.3 飞行器结构力学的应用领域1.4 学习方法和教学要求第二章：飞行器结构的基本受力分析2.1 概述2.2 飞行器结构的受力分析方法2.3 飞行器结构的受力类型及特点2.4 飞行器结构的基本受力分析实例第三章：飞行器结构的弹性稳定性分析3.1 概述3.2 弹性稳定性的判别准则3.3 飞行器结构弹性稳定性分析方法3.4 飞行器结构弹性稳定性分析实例第四章：飞行器结构的强度分析4.1 概述4.2 飞行器结构强度计算方法4.3 飞行器结构材料的力学性能4.4 飞行器结构强度分析实例第五章：飞行器结构的刚度分析5.1 概述5.2 飞行器结构刚度计算方法5.3 飞行器结构刚度分析实例5.4 飞行器结构刚度优化设计第六章：飞行器结构的疲劳分析6.1 概述6.2 疲劳寿命的计算方法6.3 疲劳裂纹扩展规律6.4 飞行器结构疲劳分析实例第七章：飞行器结构的断裂力学分析7.1 概述7.2 断裂力学的基本概念7.3 断裂判据和裂纹扩展规律7.4 飞行器结构断裂力学分析实例第八章：飞行器结构的动力学分析8.1 概述8.2 飞行器结构动力学的基本方程8.3 飞行器结构的动力响应分析8.4 飞行器结构动力学分析实例第九章：飞行器结构复合材料分析9.1 概述9.2 复合材料的力学性能9.3 复合材料结构分析方法9.4 飞行器结构复合材料分析实例第十章：飞行器结构力学工程应用案例分析10.1 概述10.2 飞行器结构力学在飞机设计中的应用10.3 飞行器结构力学在航天器设计中的应用10.4 飞行器结构力学在其他工程领域的应用重点和难点解析重点环节一：飞行器结构的基本受力分析补充和说明：飞行器结构的基本受力分析是理解飞行器结构力学的基础，需要掌握各种受力类型的特点和分析方法，并通过实例加深理解。
重点环节二：飞行器结构的弹性稳定性分析补充和说明：弹性稳定性是飞行器结构设计中的关键问题，需要理解判别准则，掌握分析方法，并通过实例了解实际应用。
中国民航大学《飞机结构力学》课程设计
图 2-3 定义材料属性对话框
图 2-4 输入材料参数对话框
其中，在 EX 输入栏中输入 2.2E11 是指薄板材料弹性模量为
220GPa ，在 PRXY 输入栏中输入 0.3 是指泊松比为 0.3
对于涉及薄板的结构问题， 若只承受薄板长度和宽度方向所构成 的平面上的载荷时（厚度方向无载荷） ，一般沿薄板厚度方向上的应 力可不予考虑，即该问题可以简化为平面应力问题（将单元关键字设 置为平面应力属性） 。根据平板结构的对称性，选择整体结构的 建 立几何模型，进行分析求解。
1 4
2. 建模过程
ANSYS10.0 中，主要包括三个部分：前处理模块、求解模块、后 处理模块。前处理处理模块提供了强大的实体建模及网格划分工具， 用户可以方便地构造有限元模型；求解模块包括结构的分析，可模拟 多种物理介质相互作用；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显 示，也可将计算结果以图表曲线形式显示或输出。下面对建模过程加 以详细的说明。
2.1 MATERIAL 2.1.1 定义工作文件名和工作标题
1）选择 Utility Menu | Change Jobname 命令，出现 Change Jobname 对话框，在[/FILNAM]Enter new jobname 输入栏中输入工 作文件名 JYCHENG，并将 New log and error files？设置为 Yes， 如图 2-1 所示，单击 OK 按钮关闭该对话框。
图 2-1 指定工作文件名对话框
2）选择 Utility Menu | File | Change Title 命令，出现 Change Title 对话框， 在输入栏中输入 ANALYSIS OF JYCHENG,如图 2-2 所示， 单击 OK 按钮关闭该对话框。
同济大学结构力学第五章-3(图乘法)
FP
解：作荷载内力图和单位荷载内力图
FPl/2 FPl/2 FPl/2 FP FPl/4
MP 图
EI 2EI
M 图
FPl/4
在
M
图求面积， 图取竖标， 图求面积，在 MP图取竖标，有：
ωyc
1 l FPl 1 3l FPl Ay = ∑ = × ×l × ×l × × EI EI 2 2 2EI 2 4 FPl 3 = ( ↓) 16EI
2
B
l 1 1 l 3ql 1 l ql 3 l × × + × × × × ) Cy = ( × EI 2 8 2 2 3 2 8 4 2 1 ql 4 3ql 4 5ql 4 = ( + ( ↓) )= EI 64 128 128EI ?
解法一、 解法一、
ql 2 2
A
q
ql 2 8
. 已知 EI 为常数，求刚架 、D两点 距离的改变 CD 。
解：作荷载内力图和单位荷载内力图
p117
2
yc = h
1 2 ql 2 = × × ×l ×h CD = ∑ EI EI 3 8 qhl 3 = (→←) 12EI
ωyc
为常数，求刚架A点的竖向位 例 3. 已知 EI 为常数，求刚架 点的竖向位 并绘出刚架的变形曲线。 移 Ay ，并绘出刚架的变形曲线。
b c 取 负 值
(4) 阶梯形截面杆
ωj yj Mi MK ω1 y1 ω2 y2 ω3 y3 dx = + + =∑ ∫ EI E1I1 E2I2 E3I3 Ej I j
四、应用举例 为常数， 例 1. 设 EI 为常数，求 Cy 和 θB 。
l
2
l
【大学课件】飞机结构力学电子教学教案
【大学课件】飞机结构力学电子教学教案第一章：课程介绍与基本概念1.1 课程背景与意义介绍飞机结构力学的发展历程及其在航空航天领域的重要性。
强调本课程的目标和意义，即培养学生对飞机结构力学的理解和应用能力。
1.2 课程内容概述概述课程的主要内容，包括飞机结构的基本类型、受力分析、材料力学性质等。
1.3 教学方法与要求介绍本课程的教学方法，包括课堂讲解、案例分析、实验实践等。
对学生的学习要求进行说明，包括课堂参与、作业完成、期末考试等。
第二章：飞机结构的基本类型与特点2.1 飞机结构的基本类型介绍飞机结构的主要类型，包括梁、板、壳、框架等。
2.2 飞机结构的特点分析飞机结构的特点，包括轻质、高强、耐腐蚀、可制造性等。
2.3 实际案例分析通过实际案例分析，让学生更好地理解飞机结构的基本类型和特点。
第三章：飞机结构的受力分析3.1 飞机结构的受力类型介绍飞机结构所受的各种力，包括重力、气动力、惯性力等。
3.2 飞机结构的受力分析方法介绍飞机结构的受力分析方法，包括静态分析、动态分析等。
通过实际案例分析，让学生更好地理解飞机结构的受力分析方法和过程。
第四章：飞机结构的材料力学性质4.1 材料的应力与应变介绍材料的应力与应变概念，包括应力应变关系、弹性模量等。
4.2 材料的屈服与破坏分析材料的屈服条件、破坏形式及其影响因素。
4.3 材料的选用与匹配介绍飞机结构材料的选择原则，包括强度、刚度、耐腐蚀性等。
第五章：飞机结构的设计与优化5.1 飞机结构设计的基本原则介绍飞机结构设计的基本原则，包括安全性、可靠性、经济性等。
5.2 飞机结构设计的步骤与方法详细介绍飞机结构设计的步骤与方法，包括需求分析、方案设计、详细设计等。
5.3 飞机结构的优化方法介绍飞机结构的优化方法，包括拓扑优化、尺寸优化等。
第六章：飞机结构的连接与接头设计6.1 飞机结构连接的类型介绍飞机结构连接的类型，包括螺栓连接、焊接连接、粘接连接等。
结构力学-第五章
F
A
C
X
A C
F
B
X
a
b
x
将求约束力的问题转化为求平衡力的问题
1）求截面C的弯矩
m
c
a b
用虚位移 原理求内 力的问题
2）求截面C的剪力
q
c
a b
l
l
m
a
Mc Mc
l
q
b
C
a
FQC
l
FQC
b
M c m 0
FQC a b q y dx 0
FRA
B b 几何关系： A a b b FRA A FB A 0 FRA Fp a a
A
FRC
B
A 1 相应的 b b B FRA FP a a
或设
例：求机构相应的平衡力X=？ （1）建立虚功方程 [解]：
F
F
F
X X F F 0
b
m
K
0 M K FyAa 0
x aa l
1
b/l a/l
FQk影响线
1
F
y
FQK
x FyA 1 l
练习:作YA , MA , MK , FQk
影响线. 解:
MA
A
x l/2 K
FP=1 l/2
x
m F
A
0
MA x
y
0 YA 1 xl/2
FP=1
FP=1 MK
MA
A l/4 l/4
A
0 M A YB l / 2 x l / 2 x x 3l / 4 xl/4
结构力学第五版李廉锟第五章.
第五章 静定平面桁架
5．平面汇交力系 ——解二斜杆问题 选适当投影轴： 力矩方程： 平衡——对平面内任意一点，主矩 = 0 力——沿作用线可任意平移 力矩方程——力可分解为投影计算
第五章 静定平面桁架
3．零杆判定
（1）L型结点：无荷载，FN1=FN2=0 （2）T型结点：无荷载 其中二杆共线，FN1=FN2，FN3=0, （3）X型结点：无荷载 两两共线，FN1=FN2 ，FN3=FN4 （4）K型结点：无荷载，其中二杆共线，其余二杆在同侧，且 夹角相等。FN3=－FN4
斜杆FN=0 竖杆FN=P
第五章 静定平面桁架
③三角形 r = 竖杆长度
——直线变化递增 弦杆内力： 下弦杆S —由两端的中间递减 腹杆—由两端向中间递增 结论： （1）平行弦：内力分布不均匀 构造简单 （2）抛物线形 内力分布均匀 构造复杂——适于大跨度桥梁 （3）三角形：内力分布不均匀 构造较复杂，但有斜面——适用于屋架
A A A
②结点平衡X=H （梁式杆N=0） ③Ⅰ—Ⅰ（左）
' " mc 0, H z H ( f '2) (VA VA ) l1 P e 0 1 1
' " Hf ' P1c1 (V A VA )l
M c0 H f'
《飞机结构力学》课件
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。
结构力学第5章答案(完整版)
5-1试找出下列结构中的零力杆（在零力杆上打上“0”记号）5-2 已知平面桁架的几何尺寸和载荷情况如题5-2图所示，用节点法计算桁架各杆的内力。
解：(a)、零力杆：74，76，65，68，43分析节点4，得P N -=45分析节点5，得 ２－ １P N P N ==552,(b)、零力杆：26，61，63，48，83，85，37，71分析节点7：P N -=75 分析节点5：5254P N =1221233234434554N N N N N N N N =======(c)、支座反力：均为0分析节点1： P N P N 2,31512-== 分析节点2： P N P N 2,32523== 分析节点3： P N 235-= 分析节点4： 04543==N N (d)、零力杆：12，15，52，83，43，49支座反力：P R P R P R y x y 3.1,8.0,3.2223=-==分析节点5： P N 8.056-=分析节点6： P N P N -=-=6267,8.0 分析节点9： P N P N 6.0,26.09893=-= 分析节点8： P N 6.087=分析节点3： P N P N 1.1,27.13237=-= 分析节点7： P N 23.072-=5-3 用分解成平面桁架的方法求如题5-3图所示空间桁架各杆的内力。
解：零力杆：26，48，34，24，28122152316213337317383N P a N P P cN P N P N P N P NP ==-=-=-===-３ 5-4 已知平面桁架的几何尺寸和受载情况如题5-4图所示。
求图中用粗线所示的杆件①，②，③的内力。
解：(a)、零力杆如图所示1340,3P M N ==∑由得 3210,M N P ==-∑由得310,3y F N P ==∑由得 (b)、2140,2M N P ==∑由得230,x F N P ==-∑由得250,y F N ==∑由得(c)、支座反力：均为0，结构简化为：PN F P N F PN M x y 31,032,032,03213====-==∑∑∑得由得由得由5-5 求如题5-5图所示平面桁架的内力。
西北工业大学飞行器结构力学电子教案5-6分析
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。
(无水印)《飞机结构力学》辅导提纲要点
飞机结构力学课程辅导提纲军区空军自考办第一章结构的组成原理一、内容提要1、飞机结构力学的任务飞机结构力学是研究飞机结构组成规律以及在给定外荷载作用下计算结构内力与变形的一门学科。
结构元件之间无相对刚体位移的性质叫几何不变性；结构能维持其与坐标系统位置的关系，即系统具有足够的支座连接，以保证其位置固定不变的性质叫不可移动性。
飞机结构受力系统显然应具有几何不变性和不可移动性。
2、飞机结构力学的基本假设（1）小变形假设：认为结构在载荷作用下变形很小，可以认为它不影响结构的几何形状。
（2）线性弹性假设：认为结构为线弹性系统。
线性：结构或元件的内力与变形的关系为线性关系（直线变化）。
弹性：结构或元件在载荷作用下产生内力与变形，在载荷卸去后结构或元件恢复到原始状态，不留残余变形。
3、实际受力系统按照其几何形状的变化可分为三种情况（1）几何可变系统：在外力作用下不能保持原来的几何形状的结构。
（2）几何不变系统：无论在何种外力作用下，都能保持原有几何形状的结构。
（3）瞬时几何可变系统：在受力的瞬间会发生变形，但随着变形的出现，结构又转化成几何不变系统而使形变不能再继续下去。
由以上的分析看出，对于一个承力结构来说，只有几何不变的结构才能承担任意形式的外载荷。
几何可变和瞬时可变系统都是绝不允许的。
4、自由度与约束（1）自由度：决定某物体在坐标系中位置所需的独立变量数。
故平面内一点有两个自由度；平面内的一根杆子或平面几何不变系统只需要三个独立变量数：x,y与夹角α就能确定它的位置,故一根杆子或一个几何不变系统具有三个自由度。
同理，空间一点有三个自由度，一个刚体或空间几何不变系统有六个自由度。
（2）约束：减少自由度的装置。
在结构力学中，为分析的方便，通常把节点看作为自由体，把杆子看作为约束。
无论是平面系统还是空间系统一根两端带铰链的杆子都相当于一个约束。
5、几何不变的条件系统内的约束数大于活等于系统内的自由度数，即0C≥-N式中C是约束数，N是自由数。
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5-4、已知：如图5-13所示开剖面薄壁结构，承受弯矩 、剪力 的作用。 。其他几何尺寸为： 。假设蒙皮不承受正应力。
求：1、缘条所受正应力。2、蒙皮源自受剪流。3、剖面弯心位置。
解：1、 ， 。
2、如图：
3、弯心在2点右侧 的x轴上。
5-5、已知：图5-14所示为机身开口段剖面，几何尺寸如图所示，并承受剪力 和弯矩 的作用。假设蒙皮不承受正应力。
求：在剪力 作用下剖面剪流。
解：（1）如图：
（2）如图：
二、单闭室剖面和多闭室剖面薄壁结构
5-8、（例题）单闭室薄壁结构剖面的形状及尺寸受载情况如图5-23（a）所示， 为剖面弯心的坐标， ，加强缘条的横截面面积为 ，各壁厚均为 。设壁承受正应力。 。
∴
截面上1、2、3、4、6各点正应力 列表计算如下：
点号
X
y
1
2
3
4
6
由 公式可知，当X（或y）为常值时， 为y（或X）的线性函数。故可按一定比例尺做出 处截面上的正应力分布图。见图5-9（c）。
2、计算剪流
（1）求截面上内力
（2）求剪流q
将求得的剪流大小及方向绘成剪流图，如图5-9（d）。
5-2、（例题）已知：图5-10所示为一开剖面薄壁梁，薄壁不能承受正应力，四根缘条位置和面积已标在图中。
求：1、剖面正应力。
2、剖面剪流。
3、剖面弯心位置。
解：1、 ，
2、如图：
3、弯心在O点上方 。
5-6、已知：结构尺寸如图5-15所示的开剖面薄壁结构。 。设壁板不承受正应力。
求：在载荷 作用下的剖面剪流。
解：见图：
5-7、已知：有缘条加强的开口薄壁圆筒，形状和尺寸如图5-17（1）-（2）所示。圆弧半径均为R，缘条面积均为f。设壁不能承受正应力。
第五章工程梁理论
一、开剖面薄壁结构
5-1、（例题）：薄壁梁的形状及受载情况如图5-9（a）所示，其剖面尺寸如图5-9（b）所示。 ，壁厚 。
求：1、 处剖面上的正应力。
2、 处剖面上的剪流。
解：1、计算 处剖面上的正应力。
（1）求薄壁梁横截面的型芯，确定横截面中心主轴。
以 为原点作坐标轴 ， ，如图5-9（b）所示。现在确定横截面形心在此坐标系上的位置 。因 轴是截面对称轴，因此形心一定在 轴上， ，现在来确定 。
形心坐标为
在 坐标系上确定形心位置O。
现在确定横截面中心主轴，一般情况下，中心主轴与X轴夹角 可按下式确定
但现在y轴是截面对称轴，过形心O作垂直y轴的坐标轴OX，如图5-9（b）所示。OX与Oy即是中心主轴。
（2）计算横截面面积F和中心主惯性矩 。
（3）计算所求截面内力N、 及正应力
由已知条件可求：
求：剖面弯心。
解： 轴（见图5-10）是承受正应力面积的对称轴，因此是中心主轴之一。现求形心坐标
形心坐标为 。过形心O作垂直 轴的 轴， 是中心主轴。
现在确定剖面弯心位置 。
（1）在截面上作用剪力
（2）在截面上作用剪力
由弯心坐标 ， 可确定剖面弯心位置，如图5-10中所示。
5-3、已知：薄壁梁横剖面形状如图5-11（1）-（3）中所示。壁板厚 ，且能承受正应力。