工程力学课件 (2)

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1、工程力学,Engineering Mechanics,华中科技大学力学系,“创新”的思维能力受益于力学的思维方式， “创新”的实践能力依赖于深厚的力学基础。 科技工作者不能“有术（专业）无力（力学）”,TEL：13545062750 huhp 南一楼东北角E422,工程力学学习交流QQ群：282798637 欢迎同学们加入！,华中科技大学力学系,推荐教材,陈传尧，工程力学，高等教育出版社2006，十一五国家规划教材。 王杏根，胡鹏，李誉，工程力学实验，华中科技大学出版社，2008。,3,考 核,考试（闭卷）成绩70%； 平时成绩30%（平时作业的平均）。 考勤：点名未到者扣1分/次，点名3次未

2、 到者取消考试资格。,学习任务,1、掌握工程力学解决工程问题的基本理论和方法,2、培养研究思维能力,一、为毕业为学分学习,40学时/2.5学分,以此为目的，被动学习，毫无意义。,二、掌握工程力学的基本理论和方法,6,1.1 什么是力学,1.2 力学与工程,1.3 现代力学的发展及其特点,1.8 工程静力学研究主线,1.6 最基本概念-力和运动,1.5 学科分类,1.7 一般研究方法,第一章 绪论,返回主目录,1.4 力学课程与研究型思维,7,1.1 什么是力学？,8,机械、结构等 受力如何？ 如何运动？ 如何变形？破坏？ 如何控制设计？,其目的是： 了解工程系统的性态 并为其设计提供合理的规则

3、。,工程力学（或者应用力学）是: 将力学原理应用实际工程系统的科学。,返回主目录,9,以力学与航空航天工程为例,1.2 力学与工程,10,实验探索： 风筝、火箭、模拟鸟类滑翔等。,问题一、如何飞起来？,11,到19世纪末，经典流体力学基础已经形成。,1783年6月，法蒙高兄弟布袋式热气球飞行。 1875年，氢气球载人飞行到万米高空。 19世纪后，出现了飞艇。 充填氢、氦、热空气等产生升力， 用动力装置辅助控制, 可以向任意方向飞行。,空气静力飞行：（气球、飞艇）,12,1949年，第一架喷气式客机“彗星号”, 可载客80名，最大起飞重量达70吨，跨音速。,1903年，莱特兄弟（美国）的木制机身

4、、双层帆布机翼螺旋桨飞机第一次飞行。,13,空气动力试验-风洞实验,14,问题二 如何飞？,作为刚体， 研究运动规律和控制。,飞行力学,15,飞 机 整 机 结 构 强 度 实 验 机翼破坏实验,16,机 身 结 构 强 度 实 验,17,材料缺陷的影响如何？载荷变化的影响如何？,60年代末，美国空军 F-111飞机连续发生灾难性事故，是由含裂纹构件的脆性断裂引起的，断裂力学方法也从此引入飞机设计中。,断裂力学-考虑材料缺陷和裂纹,近代，复合材料，智能结构的研究。 目标：更轻、更快、更安全（自监测、自诊断）,18,振动、噪声控制；稳定性和可操纵性,力学与工程紧密结合。是一门既古老又年轻的学科，

5、它对于近、现代科学技术的进步，有重要的影响。,问题四、如何更加舒适？,飞起来?,19,大飞机 所谓大型飞机，是指起飞总重量超过100吨的运输类飞机，也包括150座以上的干线客机。它是民航使用最广泛的主力机型。 100座以下的叫做“支线飞机”；而国际航运体系习惯上把300个座位以上的客机称作“大型客机”。 生产大飞机的过程涉及多个学科。大飞机能够体现一个国家总体的实力，在当今世界上，只有美国、俄罗斯、欧盟和中国能够制造大飞机。 大飞机代表了“一个国家竞争力的制高点”。,2006年1月，立项 将大型飞机项目列为国家中长期科技规划的16个重大专项之一。 2007年8月，批准 胡锦涛主持政治局常委会，

6、同意成立大型客机项目筹备组。 2008年3月，成立 国务院通过了组建方案，批准组建中国商用飞机有限责任公司。 2008年5月 揭牌 中国商飞在上海揭牌成立，总部设在上海。公司注册资本190亿元。 2010年 设计 完成初步设计，目前已进入详细设计阶段。 2014年 首飞 预计2014年首飞。 2016年 入市 完成适航取证并投放市场。,2013年1月26日，中国运-20首次试飞成功,最大载重量66吨，机身长47米，翼展45米，高15米，最大起飞重量220吨。,最大飞行速度为830千米/小时，在最大载荷时的航程为4400千米，实用升限13000米。,发动机：俄罗斯老式的D30-KP-U,22,大

7、型汽轮机 转子,结构的破坏例子：,23,轴 叶轮 疲劳断裂破坏,24,转子轴 疲劳开裂 疲劳断裂破坏,25,台南高屏大桥断裂,2000年8月27日下午3时20分，台湾南部高屏大桥断裂，大桥中间下陷部分长达100米。17辆车坠河，22人受伤。 采沙过度，河面沉降10余米，桥墩先断裂。,26,2000年月25日，法航协和式客机坠毁，113人死亡。,地面铁条使轮胎爆裂，碎片侵入发动机。,27,汽车碰撞试验,28,上海 东方电视塔 高300m 球径45m,29,抗震模型试验 （破坏部位、破坏形式、抗震能力）,返回主目录,30,2008年雪灾 （电线变形、高压线塔倒塌）,31,ITER : Intern

8、ational Thermonuclear Experimental Reactor http:/www.iter.org,ITER is based on the tokamak concept of magnetic confinement, in which the plasma is contained in a doughnut-shaped vacuum vessel. The fuel - a mixture of Deuterium and Tritium, two isotopes of Hydrogen - is heated to temperatures in exce

9、ss of 150 million oC, forming a hot plasma (等离子体). Strong magnetic fields are used to keep the plasma away from the walls; these are produced by superconducting coils surrounding the vessel, and by an electrical current driven through the plasma.,32,强磁场中的线圈设计,目标：100特斯拉,华中科大校友捐造雅安希望小学地震中屹立不倒,34,建筑物控制

10、爆破,35,1 力学研究的发展：,应用领域： 航空、土木、机械、材料 生命、微电子技术等,实验技术： 电、光测实验技术 全息、超声、光纤测量， 及实验装置的大型化。,1.3 现代力学发展及其特点,36,静强度、 断裂控制设计、抗疲劳设计、 刚度设计 损伤容限设计、结构优化设计、 耐久性设计和可靠性设计等。,设计准则：,37,2 现代力学的特点,应用现代计算机、信息技术， 与其他基础或技术学科相互结合与渗透。,38,90年代开始，力学与材料、控制（包括传感与作动）、计算机相结合，研究发展面向21世纪的、具有“活”的功能的智能结构。,智能结构：,依托新兴产业发展力学。 航空航天、信息、生命、功能材

11、料等,返回主目录,1.4 力学课程与研究型思维,研究型思维创新之端,力学课程-启迪研究型思维之 最佳载体 (之一),“传道、授业、解惑”，传道为首。 道修身之道、治学之道、济世之道。 治学之道-培养研究型思维， 其重要性绝不亚于传授知识本身。,求道、修业、质疑,力学是培养研究型思维的最佳载体,力学悠久的历史，丰富的成果，永恒的活力,为人类社会的科技进步作出了重要的贡献。,3. 航空技术 11. 航天技术 每一重大进展都与力学的新突破密切相关。,力学有一大批伟大科学家，,这些大家的实践与成就，是启迪我们的科学研究思维的无尽源泉。,阿基米德、伽利略、牛顿、达朗贝尔、拉格朗日、拉普拉斯、欧拉、爱因斯

12、坦 周培源、郭永怀、 钱学森、钱伟长、钱令希,“善于从错综复杂的自然现象、科学实验结果和工程技术实践中抓住事物的本质，提炼成力学模型，采用合理的数学工具，分析掌握自然现象的规律，进而提出解决工程技术问题的方案，最后再和观察或实验结果反复校核直到接近为止的科学研究方法”。,实践中形成了,最适于启迪研究型思维,培养研究型思维，要注意什么？,基础与技术科学双重属性,物理、几何意义清晰,走向技术领域的先导,注重物理、几何意义的探究,？,背景？ 提法合理否？ 一般性/特殊性？,物理意义？几何意义？ 结论随问题参数的变化？结论的正确性条件？,假设、模型、方法的适用性及限制？,44,1.5 学科分类,静力学

13、：研究力系或物体的平衡问题，不涉及物体 运动状态改变；如飞机停在地面或巡航。,按运动与否分：,45,按研究对象分：,一般力学：对象是刚体。研究力及其与运动的关系。 有理论力学，分析力学等。,流体力学：对象是气体和液体。 有水力学、空气动力学等。,固体力学：对象是可变形固体。研究强度、变形、破 坏等。 有材料力学、结构力学、弹性力 学、塑性力学、断裂、疲劳等。,46,力学既要研究力，又要研究运动， 还要将力和运动二者联系起来。,1.6 最基本概念-力和运动,47,2. 运动：,是力(力系)作用的结果。有二种效应：,48,3. 力与运动之关系的研究，属于动力学。,是动力学基本方程。 注意 F 、

14、a 是矢量。,牛顿第二定律: 物体运动状态的改变( dv/dt=a )与作用于其上 的力成正比，并发生于该力的作用线上。,特别地，若物体的运动状态不发生改变（a=0）, 则称物体处于平衡。,返回主目录,49,工程力学解决问题的一般方法，类似于一般科学研究的普遍方法，可归纳为：,建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验),模型包括材料性能、载荷、约束、几何形状等 真实情况的理想化和简化。,1.7 一般研究方法,50,材 料 模 型,变形体模型,51,汽车通过轮胎作用在桥面上的集中力模型,载 荷 模 型,桥面板作用在钢梁的分布力模型,52,例如，研究工程构件（如杆、梁、轴等）时， 先将其理想化为刚

15、体，研究其上的受力和运动；,建立力学模型是最关键的。(需要知识和经验),研究不同的问题，采用不同的模型。 好的模型，既能使问题的求解简化， 又能使结果基本符合实际情况，满足精度。,返回主目录,53,1.8 工程静力学研究主线,工程力学问题的分析，一般都需要进行 -力的研究。 -运动和变形的研究。 -联系力与运动、力与变形之关系的研究。,若构件处于静止或平衡状态，则不必考虑其运动。 平衡状态的力学问题称为静力学问题。,54,(1) 受力分析及静力平衡条件 (力的分析),物体受什么力作用？ 处于平衡状态的物体，应 当满足什么条件？（静力平衡条件）,55,小 结：,56,志不强者智不达。 墨子修身,返回主目录,努力不一定会成功，但成功却永远需要努力。 崔华芳做最成功的父母,