飞机结构力学

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飞行器结构力学—结构的有限元方法

cos2
K
AE L
cos sin cos2
cos sin
cos sin sin 2
cos sin sin 2
cos2 cos sin
cos2 cos sin
cos sin
sin 2
cos sin sin 2
杆在总体坐标系下，用杆与坐标轴角度表示的刚度矩阵
飞行器结构力学
2）元件变形与内力之间的关系
根据虎克定律，元件的变形和元件的内力之间存在以下关系：
Na
EAa la
la，N b
EAb lb
lb，N c
EAc lc
lc
Ai，li：第i个杆的横截面积和杆长。矩阵形式为：
Na Nb Nc
EAa la
0
0
0
EAb lb 0
0
0 EAc
la
lb
lc
lc
N = K0δ
N为元件内力矩阵；K0为元件原始刚度矩阵。
飞行器结构力学
3）平衡条件
考虑节点1的平衡，有：
Px Na cosa Nb cosb Nc cosc Py Na sina Nb sinb Nc sinc
写成矩阵形式为：
Px Py
cosa
-------固体力学目前，有限元法已成为工程设计中一种重要方法，被应用在结构应力分析、变形分析、失效分析、电磁场分析、流体流动分析等方面。
飞行器结构力学
矩阵位移法基本原理
铰支杆件结构
由虎克定律: 拉力P与弹簧的伸长量u之间的关系为： P=ku
式中 k：弹簧的刚度系数，是弹簧的固有参数； u：力作用点处的位移。
la cosa ux sina uy lb cosb ux sinb uy lc cosc ux sinc uy

飞机结构力学

第二章静定结构的内力计算一、平面杆系结构2-1、（例题）已知：平面桁架结构的形状尺寸及受载情况如图1-11所示。

试求结构内力。

解：（1）分析结构组成：结构可以看成是以三角形桁架567为基本系统，分别用两根不在同一直线上的双铰杆逐次连接4、3、2、1节点组成的简单桁架。

结构本身是静定的。

现将结构用一平面铰5和一双铰杆3与基础相连，约束正好够，双铰杆不通过平面铰5，分布合理。

（2）根据判断零力杆的原则，可知1-2、1-6、2-3、2-7、5-6、6-7杆轴力均为零。

（3）用节点法求其余各杆内力。

取节点4为分离体得：∑=0XN 34=N 45∑=0Y P N=47取节点7为分离体得： ∑=0X 3757N N =∑=0Y02222475737=++N N N ∴P N N 225737-== 取节点3为分离体得：∑=0X 0223437=+N N∑=0Y33722R N = ∴234PN =23P R -= （R 3为负值，表示3点支反力R 3方向与所设方向相反。

）（4）将求得的各杆轴力标在图上或列于表中。

2-2、判断图2-4中所示个桁架结构的静定性，并指出零力杆。

解：(1)结构静定。

杆1-2、1-3、2-3、3-5、6-4、6-5、2-4是零力杆。

(2)结构静定。

杆1-2、1-4是零力杆。

(3)结构静定。

杆2-3、3-4、1-4是零力杆。

(4)结构静定。

杆2-4、3-4是零力杆。

2-3、平面桁架的几何尺寸和载荷情况如图2-5中所示，用节点法计算桁架结构各杆的内力。

解：（1）0,2,0,,0,,0,06857564536252312=-====-===N P N N P N N P N N N （2）（3）N N P N N P N N P N N P N P N 3,0,2,0,3,0,2,0,3,257474645352524231312-====-====-==P N N 3,05747-==（4）P N N P N N P N N P N 22,0,22,0,,0,2245352523241412==-====-= （5）P N P N P N P N P N -=====3989384734,22,22,22,22，其余为零力杆。

西工大飞行器结构力学课后答案

西工大飞行器结构力学课后答案第一题根据飞机结构力学的基本原理，飞机的结构力学可以被分解为静力学和动力学两个部分。

静力学是研究在静止或恒定速度下的力学行为，包括计算飞机各个部件的受力和应变情况。

而动力学则是研究在变化速度和加速度下的力学行为，包括计算飞机受到的各种动力荷载和振动情况。

第二题飞机的结构力学分析中，常用的方法包括有限元分析、静力学分析和动力学分析。

有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以建立飞机结构的数学模型，并以此模型进行力学分析。

静力学分析是通过平衡方程来计算飞机结构的受力和应变情况，包括应力分析和变形分析。

动力学分析是通过力学方程来计算飞机在动态载荷下的振动响应和疲劳寿命。

第三题飞机的结构力学分析对于设计和制造过程中的决策具有重要意义。

在设计阶段，结构力学分析可以帮助工程师评估不同设计方案的有效性和可行性。

通过分析飞机的受力和应变情况，可以优化设计，并确保飞机在正常工作范围内具有足够的强度和刚度。

在制造阶段，结构力学分析可以帮助工程师确定合适的材料和加工工艺，以确保飞机结构的可靠性和安全性。

通过分析飞机的受力和应变情况，可以预测飞机在使用寿命内的疲劳寿命，并采取相应的措施延长飞机的使用寿命。

此外，结构力学分析还可以应用于飞机维修和事故调查过程中。

通过分析事故飞机的受力和应变情况，可以确定事故原因，并提出相应的维修和改进建议，以减少事故的发生对飞机结构的影响。

第四题对于飞行器结构力学的研究，需要掌握一些基本理论和方法。

首先是静力学的基本原理，包括力的平衡方程、应力和应变的定义和计算方法。

其次是动力学的基本原理，包括力的运动方程、振动的模型和计算方法。

此外，还需要了解一些基本的力学性能指标，如强度和刚度。

在进行结构力学分析时，需要掌握一些基本的计算方法。

常见的方法包括有限元法、解析法和试验法。

有限元法是一种基于数值计算的方法，可以建立飞机结构的数学模型，并以此模型进行力学分析。

解析法则是通过解析计算的方法进行力学分析，主要针对简单和规则的结构。

【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。

飞机结构力学课件2-1

C=3(m-1)
A 复链杆
带铰刚盘
B 连接m个铰的复链杆或带铰刚盘
起多少个约束呢？
C=2m-3
支座所起约束数： C＝1
C ＝ 2（平面） C ＝ 3（空间）
C ＝ 3（平面） C ＝ 6（空间）
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。
瞬时几何可变系统(瞬变系统)
原为几何可变，经微小位移后转化为几何不变的系统。
三种系统的比较
特点：
几何
几何形状可任意改变下去；
可元件无应力，无弹性变形；
变不能承受载荷，不能作为受力系统。
系统
原因：
元件或约束不足。
三种系统的比较
特点：
几何
几何形状发生微小的弹性变形；
不元件有应力，有弹性变形；
受力系统按照其几何形状的可变性，分为：（1）几何可变系统（2）几何不变系统（3）瞬时几何可变系统
几何可变系统
机构
在一般荷载作用下，系统的几何形状及位置将发生改变的系统。
几何不变系统
结构
在任意荷载作用下，系统的几何形状及位置均保持不变的系统。不计材料弹性变形。
在加载瞬间，力不能平衡，系统发生位移，几何可变。发生微小位移后，不能继续位移，几何不变。
分析的
(2) 掌握几何不变结构的组成规律，以便设计出合理的结构；
目 (3) 区分静定结构或静不定结构，以确
的定不同的计算方法。
二、几何特性判断的运动学方法
将组成系统的元件分为两部分：一部分看作自由体，计算其自由度，另一部分看作起约束作用的元件，计算其约束。如果系统没有足够的约束去消除系统的自由度，则该系统就无法保持其原有的几何形状。

飞机结构力学_第3章

相当于限制了结构在A处的所有平动和所有转动。
3.1.2 自由度与约束
定向支座
定向支座的几何特征：
结构只发生平行于基础平面一个方向的平动，无转动。
相当于限制了结构绕A的转动和其它方向的平动。
铰 x
单铰联后
α
y
β
N=4
两个自由刚片共有6个自由度
1个单铰 = 2个约束
两刚片用两链杆连接
C
B x A
3.1.1 几何不变性与不可移动性

几何不变性

在任何载荷作用下，结构能保持其几何形状不变的特性。具有几何不变性的结构是几何不变结构。在某些特定载荷作用下，某种结构能保持几何形状不变，并不能说明它具有几何不变性。
3.1.1 几何不变性与不可移动性

不可移动性

在任何载荷作用下，结构相对基础不发生刚体位移的特性。
3.1.2 自由度与约束
固定铰支座
固定铰支座的几何特征：
结构具有绕铰A的转动，但没有平行于基础平面方向和垂直于基础平面方向上的平动。平面固定铰支座相当于限制了结构的两个平动。空间固定铰支座相当于限制了结构的三个平动。
3.1.2 自由度与约束
固定支座（固持）
固定支座的几何特征：
结构在固持端A处无平动和转动。

受力特点：

刚架结构计算模型的实际应用

3.3.2 刚架结构组成分析方法

逐次连接杆件法

以几何不变部分为基础，每增加一根杆件就用一个刚性连接将它与基础相连。依次增加杆件形成的简单刚架是具有最少必须约束数的几何不变结构。
3.3.2 刚架结构组成分析方法

《飞机结构力学》课件

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。

飞机结构力学第三章

第三章结构变形计算一、单位载荷法3-1、求图3-4所示结构的下列各种变形时，广义单位力应如何施加？1、求1点水平位移。

答：在1点沿水平方向施加2、求2点和4点在垂直方向上的相对位移。

答：在2点和4点垂直方向上施加单位力偶。

3、求结构端部1-1、杆的角位移答：在1点和1、点沿水平方向施加单位力偶4、求杆1-1、和3-3、的相对角位移3-2、图3-5示出一空间盒式结构，求下列变形时，广义单位力应如何施加？1、求翼肋Ⅰ、Ⅱ之间的相对转角。

答：在Ⅰ、Ⅱ翼肋上施加一对相反的平面单位力矩。

2、求1-1、-1、、杆的伸长。

答：在1点和1、、点施加沿杆方向的相反的单位力。

3、求节点1和2、之间沿1-2、方向的相对位移答：在1点和2、点施加沿1-2、方向的相反的单位力。

4、求上部开口1-2-2、-1、的剪切变形。

5、求肋Ⅰ、Ⅲ之间的相对翘曲角。

二、结构变形计算3-3、（例题）已知图3-7中所示平面桁架结构，各杆截面积均为f，材料相同，弹性模量均为E，在节点7上受一向下的力P作用。

求：用单位载荷法，计算节点2的垂直位移。

解：结构是逐次连接节点法形成的简单桁架，是静定结构，且不可移动。

（1）求解<P>状态由节点6平衡得：由节点2平衡得：由节点7平衡得：由节点3平衡得：由节点5平衡得：将各杆轴力标在图中。

（2）根据题意加单位载荷，求解<1>状态。

在节点2加向下的垂直力1，单位力由2-5,1-5,4-5杆承受并传到基础上，其余各杆的力均为零。

将各杆内力标在图上，或列在表中。

将<P>状态下的结构变形形态作为虚位移，施加在<1>状态上，因<1>状态，可利用虚位移原理，得：编号杆长度L1 1-2 A 0 2p 02 1-5 p pa3 2-3 A 0 2p 04 2-5 A -1 0 05 3-5 a 0 p 06 3-6 A 0 0 07 3-7 a 0 p 08 4-5 A -1 -3p 3pa9 5-6 A 0 -p 010 6-7 A 0 -p 0答：2点垂直位移大小为，方向向下。

842 飞行力学与结构力学

842 飞行力学与结构力学842飞行力学与结构力学是现代航空工程的基础学科之一，它是研究飞机运动、飞行姿态、空气动力学和结构力学等相关问题的学科，对保障飞机的正常运行和安全起到了重要作用。

现在，我们来详细了解一下该学科的相关知识：一、飞行力学飞行力学的基本任务是研究飞行器在空气介质中的运动规律和姿态变化，以及影响其运动的各种因素。

其中，最为关键的是研究空气动力学，它是飞行器与空气之间相互作用的重要环节，包括升力、阻力、侧力和升阻比等指标。

二、空气动力学空气动力学是飞行力学中最为基础的学科之一，它研究的是飞行器在空气介质中的各种运动规律和姿态变化。

其中，升力是最为关键的指标之一，它能够维持着飞机的飞行高度，同时也是飞机飞行速度限制的主要因素。

此外，空气动力学还包括阻力、侧力等内容。

三、结构力学结构力学是航空工程中最为关键的学科之一，它研究的是机身和机翼等飞机重要部件的受力情况和变形情况。

在飞机的设计施工过程中，结构力学的专业人员需要使用各种工具和手段，对机身、翼面和机舱等重要部件的强度、刚度、疲劳寿命等进行计算和检测，以确保飞机的安全运营。

四、飞机的局部结构航空工程专业专门有“飞机的局部结构”一门课程，学习内容主要是飞机的各个部位的结构设计。

其中包括，各个系统的设计，如机身、翼面、机舱、机翼等的设计，以及整架飞机的优化设计。

此外，还会学到有关结构材料、变形和应力分析以及结构设计标准等相关知识。

总之，842飞行力学与结构力学是现代航空工程不可或缺的基础学科之一，它涉及的内容十分复杂且庞杂，需要专业人员进行深入研究和不断的提高，才能够为飞机的设计和安全运行提供有力的支撑。

(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。

航空科普飞行器设计中的结构力学

航空科普飞行器设计中的结构力学结构力学是航空工程中至关重要的一门学科，它关乎飞行器的设计、性能和安全。

在飞行器设计过程中，结构力学起着承重、抗压、抗弯等方面的作用，保障了飞行器的飞行安全和稳定性。

飞行器设计中的结构力学主要包括以下几个方面：一、飞翼结构力学飞翼是飞行器的重要组成部分，也是飞行器设计中的关键考虑因素之一。

飞翼的结构力学设计包括翼面结构、翼梁结构、翼尖结构等。

在设计中，需要考虑飞翼的受力情况，确定受力分布、受力大小，以确保飞翼在飞行中具有足够的强度和刚度。

二、机身结构力学飞行器的机身承载着飞行器的动力装置、航电设备等，在设计中必须考虑机身的结构力学。

机身结构力学设计包括机身体积结构、机身框架结构、机身舱门窗结构等。

设计过程中需要考虑机身的受力情况，确定机身的受力路径和受力分布，以确保机身具有足够的强度和刚度。

三、机翼结构力学飞行器的机翼是飞行器的升力产生器，也是受力最大的部件之一。

机翼的结构力学设计包括翼面结构、翼梁结构、翼尖结构等。

在设计中需要考虑机翼的受力情况，确定受力分布、受力大小，以确保机翼在飞行中具有足够的强度和刚度。

四、尾翼结构力学飞行器的尾翼对于飞行稳定性和操纵性至关重要，因此尾翼的结构力学设计也是飞行器设计中的重要方面。

尾翼结构力学设计包括垂直尾翼结构、水平尾翼结构等。

在设计中需要考虑尾翼的受力情况，确定受力路径、受力分布，以确保尾翼具有足够的强度和刚度。

五、风洞试验在飞行器设计中，结构力学设计需要通过风洞试验来验证。

风洞试验是模拟飞行器在飞行中受到的气动载荷和结构载荷的试验，通过试验可以验证结构力学设计的正确性，发现问题并进行调整，最终确保飞行器的飞行安全和性能。

总之，结构力学是航空科普飞行器设计中不可或缺的一部分，它关系着飞行器的飞行安全和性能。

只有在结构力学设计严谨、合理的情况下，飞行器才能在空中稳定飞行，实现各种飞行任务。

因此，结构力学在飞行器设计中具有重要的地位和作用。

《飞机结构力学》课件

探索飞机结构力学在航空工程、飞行安全以及新型航空器研细介绍静力学、动力学以及有限元分析等用于研究飞机结构力学的常用分析方法。
飞机结构力学的设计原则
阐述飞机结构设计中的重要原则，包括强度、刚度、耐久性等方面的考虑。
飞机结构力学的未来发展趋势
展望飞机结构力学领域未来的发展趋势，包括新材料应用、数字化设计等方面的发展。
《飞机结构力学》PPT课件
飞机结构力学的介绍
探索飞机结构力学的基本概念，了解它在航空领域中的重要性。
飞机结构力学的重要性
分析飞机结构力学在飞机设计和安全性方面的关键作用，突出其重要性。
飞机结构的基本概念
介绍飞机结构的构成要素，包括机身、机翼、机尾等组成部分的基本概念。
飞机结构力学的应用领域

飞机结构力学课件1

常规组装的机身结构 (蒙皮+筋条+组合框)
先进的机身整体加筋结构 (整体加筋板+整体框)
四、结构的分类
4. 整体结构
机身上部整体加筋板概念
常规加筋结构与整体加筋结构等效示意图
四、结构的分类
5. 混合结构由上述各种结构模式混合组成。
梁元件与杆元件混合
飞机起落架简化模型
五、结构的外载荷、内力和支座反力
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)。
并且力与变形之间是线性关系，即符合虎克定律(线弹性体) 。
1. 外载荷的简化
（1）略去对结构力学行为影响不大的外载荷，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等效地简化为集中载荷。（3）将载荷梯度变化不大的分布载荷简化为均布载荷。（4）将动力效应不大的动力载荷简化为静力载荷。例如：将作用在飞机机翼表面上的气动分布载荷，等效地简化为作用在计算模型的各个结点上的集中载荷。
相当于限制了结构的一个平动。
三、结构力学的计算模型
固定铰支座
固定铰支座的几何特征：
结构具有绕铰A的转动，但没有平行于基础平面方向和垂直于基础平面方向上的平动。
平面固定铰支座相当于限制了结构的两个平动。
空间固定铰支座相当于限制了结构的三个平动。
三、结构力学的计算模型
固定支座（固持）固定支座的几何特征：结构在固持端A处无平动和转动。相当于限制了结构在A处的所有平动和所有转动。
三、结构力学的计算模型
2. 几何形状的简化
(1)用若干折线代替曲线，用若干平面代替曲面。 (2)对锥度不大的物体，用无锥度体代替有锥度体。

【飞机结构力学】2-1

除去约束后，体系的自由度并不改变，这类约束称为多余约束。
图中上部四根杆和三根支座杆都是必要的约束。
下部正方形中任意一根杆，除去都不增加自由度，都可看作多余的约束。
例3：计算图示体系的多余约束。
通过研究系统的“自由度”和“约束”，判断系统几何特性的方法，称之为运动学方法。
2.1 平面系统的自由度( N )
自由度--确定物体位置所需要的独立坐标数目或系统运动时可独立改变的几何参数数目
平面内一点
x
N=2
y
平面刚体——刚片
B
x
N=3
A
y
推算：平面杆件N＝3
思考？
空间内的一点有几个自由度？
飞机结构力学
第二章结构的几何组成分析
第一讲
基本假定：不考虑材料的变形，即不考虑元件的变形。
一、结构的几何特性
对某一给定的受力系统，能否承受和传递外载荷，取决于该系统中元件之间的连接关系即系统的几何组成。受力系统的几何特性是指系统各元件之间不应发生相对的刚体位移以保证系受力统系原统按来照的其几几何何形形状的状可。变性，分为：
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？
系统的自由度总数N：系统中所有自由体的自由度的总和。
系统的约束总数C：系统中所有约束体的约束数的总和。
系统的多余约束数 f：
f ＝ C－N f ≥ 0 是保证几何不变性的必要条件
桁架系统：完全由两端铰结的杆件所组成的系统。
变能承受任意形式的载荷，
系统
可作为受力系统。
三种系统的比较
瞬特点：
时加载瞬间，几何可变，但几何形状不
几能任意改变下去；

飞机结构力学分析与设计的要点

飞机结构力学分析与设计的要点飞机作为现代交通运输的重要工具，其结构的安全性、可靠性和性能优化至关重要。

飞机结构力学分析与设计是确保飞机能够在各种复杂的工况下安全飞行的关键环节。

下面我们将详细探讨飞机结构力学分析与设计的一些要点。

首先，材料的选择是飞机结构设计的基础。

飞机结构所使用的材料需要具备高强度、高韧性、耐疲劳、耐腐蚀等特性。

常见的飞机结构材料包括铝合金、钛合金、复合材料等。

铝合金具有良好的加工性能和较高的比强度，但在高温环境下性能会有所下降。

钛合金则具有更高的强度和耐高温性能，但成本相对较高。

复合材料如碳纤维增强复合材料具有优异的比强度和比刚度，能够显著减轻结构重量，但在制造和维修方面存在一定的难度。

在力学分析方面，静力学分析是必不可少的。

这包括对飞机在各种载荷条件下（如自身重力、燃油重量、乘客和货物重量、飞行中的气动力等）的结构强度和刚度进行评估。

通过建立飞机结构的有限元模型，可以精确计算各个部件所承受的应力和变形。

如果应力超过材料的许用应力或者变形过大，就需要对结构进行重新设计或加强。

动力学分析也是关键的一环。

飞机在飞行过程中会受到各种动态载荷，如发动机振动、气流颠簸等。

通过模态分析可以确定飞机结构的固有频率和振型，避免与外界激励频率发生共振，从而防止结构的破坏。

此外，还需要进行颤振分析，以确保飞机在高速飞行时不会发生颤振现象，保证飞行的稳定性和安全性。

疲劳分析是飞机结构设计中需要特别关注的问题。

由于飞机在其使用寿命内要经历无数次的起降循环和飞行中的各种载荷变化，结构容易出现疲劳裂纹。

通过对材料的疲劳性能进行研究，并结合实际的飞行载荷谱，采用合适的疲劳分析方法，可以预测结构的疲劳寿命，从而在设计阶段采取相应的措施，如优化结构细节、采用抗疲劳设计方法等，来延长结构的使用寿命。

在结构设计方面，要充分考虑结构的整体性和传力路径的合理性。

飞机结构通常由多个部件组成，这些部件之间的连接方式和传力路径直接影响结构的性能。

1.1-飞行器结构力学的主要任务

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。

飞机结构力学_第6章

y
1 Qy 2
3
s1
s3 s2
7
x
5
4
2b
6
0.5htb htb htb th2 / 8
“Sx”
0.5htb
Qyb (2b h / 6)h
Qyb (b h /12)h
“q”
Qy (b h / 8)
(b h /12)h
Qyb (2b h / 6)h
注意事项：
剪流具有连续性，即任一点处流向该点剪流与流出该点的剪流之总和必为零。
二、开剖面弯心的位置
二、开剖面弯心的位置
利用力矩平衡方程求得开剖面弯心的位置：
弯心的位置只与剖面的几何形状有关，而与载荷及材料性质无关。
二、开剖面弯心的位置
对于一些简单的或规则的开剖面形状，有时可利用一些简单方法确定其弯心位置：
剖面有一个对称轴的情况
二、开剖面弯心的位置
对于一些简单的或规则的开剖面形状，有时可利用一些简单方法确定其弯心位置：
补充例题
图示为一开剖面薄壁梁的剖面。它的薄壁不能承受正应力。四个突缘的面积已标注在图上，试求弯心。
第6章工程梁理论
6.1 工程梁理论基本假设 6.2 自由弯曲时正应力的计算 6.3 自由弯曲时开剖面的剪流与弯心 6.4 开剖面弯心的计算 6.5 自由弯曲时单闭室剖面剪应力的计算 6.6 多闭室剖面剪流与弯心的近似计算
自由弯曲和自由扭转
工程假设
所讨论的对象为细长薄壁梁式结构剖面形状没有畸变
结构横剖面在自身平面内的投影在受力变形过程中不变化，即剖面上各点的平面投影几何位置的相对坐标认为是不变的。
剖面上的正应力和剪应力沿壁厚均匀分布