飞行器结构力学理论基础讲义
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：飞行器结构力学概述1.1 飞行器结构力学的定义介绍飞行器结构力学的概念和基本原理。
解释飞行器结构力学的研究对象和内容。
1.2 飞行器结构的特点与分类讨论飞行器结构的特点，包括轻质、高强度、耐腐蚀等。
介绍飞行器结构的分类，包括飞行器壳体、梁、板、框等。
1.3 飞行器结构力学的基本假设阐述飞行器结构力学分析的基本假设，如材料均匀性、连续性和稳定性。
第二章：飞行器结构受力分析2.1 飞行器结构受力分析的基本方法介绍飞行器结构受力分析的基本方法，包括静态分析和动态分析。
2.2 飞行器结构受力分析的实例通过具体实例，讲解飞行器结构受力分析的过程和方法。
2.3 飞行器结构受力分析的计算方法介绍飞行器结构受力分析的计算方法，包括解析法和数值法。
第三章：飞行器结构强度分析3.1 飞行器结构强度理论介绍飞行器结构强度理论的基本原理，包括最大应力理论和能量原理。
3.2 飞行器结构强度计算方法讲解飞行器结构强度计算的方法，包括静态强度计算和疲劳强度计算。
3.3 飞行器结构强度分析的实例通过具体实例，展示飞行器结构强度分析的过程和方法。
第四章：飞行器结构稳定分析4.1 飞行器结构稳定理论介绍飞行器结构稳定理论的基本原理，包括弹性稳定理论和塑性稳定理论。
4.2 飞行器结构稳定计算方法讲解飞行器结构稳定计算的方法，包括解析法和数值法。
4.3 飞行器结构稳定分析的实例通过具体实例，讲解飞行器结构稳定分析的过程和方法。
第五章：飞行器结构动力学分析5.1 飞行器结构动力学基本原理介绍飞行器结构动力学的基本原理，包括振动理论和冲击理论。
5.2 飞行器结构动力学计算方法讲解飞行器结构动力学计算的方法，包括解析法和数值法。
5.3 飞行器结构动力学分析的实例通过具体实例，展示飞行器结构动力学分析的过程和方法。
第六章：飞行器结构疲劳与断裂分析6.1 飞行器结构疲劳基本理论介绍飞行器结构疲劳现象的基本原理，包括疲劳循环加载、疲劳裂纹扩展等。
飞行器结构力学电子教案PPT课件
目
CONTENCT
录
• 飞行器结构力学概述 • 飞行器结构力学基础知识 • 飞行器结构静力学分析 • 飞行器结构动力学分析 • 飞行器结构疲劳与损伤容限分析 • 飞行器结构优化设计
01
飞行器结构力学概述
定义与特点
定义
飞行器结构力学是研究飞行器结构强度、刚度和稳定性的学科， 主要关注飞行器在各种载荷作用下的响应和行为。
迭代算法
通过不断迭代更新解，逐步逼近最优解，常用的 算法包括梯度下降法、牛顿法等。
飞行器结构优化设计方法
尺寸优化
通过改变结构件的尺寸，以达到最优化的结构性 能。
拓扑优化
在给定的设计区域内，寻找最优的材料分布和连 接方式。
形状优化
通过改变结构的形状，以实现最优的结构性能。
多学科优化
综合考虑多种学科因素，如气动、热、强度等， 进行多学科协同优化。
技术发展
飞行器结构力学的发展推动了航空航天技术的进步 ，为新型飞行器的设计和研发提供了技术支持。
飞行器结构力学的历史与发展
历史
飞行器结构力学的发展可以追溯到20世纪初期，随着航空工 业的快速发展，结构力学逐渐成为飞行器设计的重要学科。
发展
近年来，随着新材料、新工艺和计算技术的不断发展，飞行 器结构力学在理论和实践方面都取得了重要进展。未来，随 着环保要求的提高和新能源的应用，飞行器结构力学将面临 新的挑战和机遇。
损伤容限
指材料或结构在受到损伤后仍能保持一定承载能力的程度，是评估结构剩余寿命的重要 指标。
疲劳与损伤容限分析的必要性
飞行器在服役过程中受到各种复杂载荷的作用，结构疲劳与损伤是不可避免的现象，因 此进行疲劳与损伤容限分析是确保飞行器安全的重要手段。
飞机结构力学_第6章
F tyds M x
F
txds
M
y
F tds N z
假定组成该薄壁结构的各元件的材料相同，则剖面上各点 的正应力为
z = Ax + By + C
6.2.1 理论推导
薄壁梁受复合载荷时的剖面正应力计算公式（坐标轴xoy 为剖面任意形心坐标轴）：
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 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
剪流的大小
图示结构为一个剖面周线为任意的不闭合形状，且沿纵向 不变的开剖面薄壁梁。在横向载荷作用下，纵向任意剖面 上的内力为Qy、Mx和Qx、My等。假设整个剖面都能承受 正应力。
推导开剖面剪流计算公式时，没有明确剪力Qx和Qy的作 用点，但明确了剪力与剪流的合力应相平衡。
由于开剖面的弯曲剪流的分布规律只取决于剖面的几何性 质Sx及Sy，故剖面上剪流合力作用点也就由剖面几何特性 决定，而与载荷Qx、Qy无关。
对于一个开剖面薄壁结构来说，剖面上存在着一个由其几 何特性决定其位置的点，即自由弯曲时，剖面剪流合力的 作用点——弯心（剪心、扭心、刚心）。
剪流的大小
N z 0 z
M x z
Qy
M y z
Qx
1
q Jx
s 0
1 k (Qy
Qx
J xy Jy
) ytds
1 Jy
s 0
1 k (Qx
Qy
J xy Jx
) xtds
飞行器结构力学分析
飞行器结构力学分析飞行器的结构力学分析是一项重要的工程学科，通过对飞行器的力学特性、材料特性、负载以及受力部件的结构特性进行综合分析，可以有效地预测飞行器的性能和寿命，并为改进设计提供基础。
本文将从飞行器的负载和结构特性、结构力学分析的流程、应力分析和疲劳分析等几个方面，探讨飞行器的结构力学分析。
一、飞行器的负载和结构特性飞行器在进行各种任务时，所受到的战斗、训练和机动负载非常复杂，包括静力负载、动力负载和气动负载等。
而飞行器的结构特性也是分析其力学性能的重要基础。
飞行器的结构特性主要包括构件连接方式、载荷分布和结构响应等，它将直接影响到飞行器的安全性和可靠性。
飞行器结构体系通常包括：机身、翼面、方向舵、翼尖、发动机架、挂架等。
其中，机身和翼面是飞行器的重要受力部件，承受的载荷非常重，而发动机架和挂架则主要承受动力负荷。
因此，对于不同的结构体系，需要进行针对性的结构力学分析。
二、结构力学分析的流程结构力学分析的流程包括前处理、求解和后处理三个主要阶段。
前处理是指建立数值模型，包括建立几何模型、定义边界条件和加载条件，并将其转化为有限元模型。
求解是指运用有限元方法计算结构的应力、应变和变形等物理量。
后处理是指对求解结果进行处理和分析，并根据要求给出有效的技术建议。
具体而言，结构力学分析的流程包括以下几个过程：1、建立几何模型：通过计算机辅助设计和制图软件，建立飞行器的三维模型，并将其导入到分析软件中。
2、定义材料和边界条件：确定结构部件的材料特性和边界条件，包括材料弹性模量、泊松比、材料屈服强度等信息，以及数值模型中的约束和荷载条件。
3、数值模型的划分：将有限元成按照一定的划分方式分成多个小块，建立具体的有限元模型。
4、求解：通过有限元分析软件进行力学计算，并获得应力、应变等重要的结构响应状态参数。
5、后处理：对求解结果进行分析和处理，获得关于应力、位移、变形和振动等方面的信息，并对数据进行综合分析和评估，以确定结构的性能和可靠性。
飞行器结构力学电子教本7-2资料
▄ 已知杆一端轴力和板的剪流，求另一端的轴力。
N2 N1 q L
【例1】试求图示加强肋后段在外力作用下的内力图。 解： 1、组成分析。 梯形格子与基础单边连接，故为无多余约
束的几何不变体，静定系统。 2、求内力。 判断零力杆端：
N21 N32 N34 0
解： 1、组成分析。
q1
q3
内“十”字结点被切断，结构为静定系统。
2、求内力。
q2
q4
判断零力杆端，如图所示。
根据受力情况，假设各板的剪流方向如图 所示。
由1-4-7杆的平衡： q1 q2
由3-6-9杆的平衡： q3 q4
由4-5杆的平衡： q1 q2 0 由5-6杆的平衡： q3 q4 P / a
用结点法时，可由结点的平衡条件求出各杆在该结点处的轴力，再 由杆子的平衡求得板的剪流。或者求出杆子一端轴力及板的剪流之后， 再由杆子的平衡求出另一端的轴力。根据具体情况灵活地、交替地运 用结点和杆子的平衡条件，求出结构的全部内力。
用截面法时，因为薄壁结构的元件有杆也有板，而杆的轴力是变化 的，所以切面通常取在杆板交界处，且应注意在切开处有板的未知剪 流存在。
无论用何种方法，若适当运用分析桁架时所提到的判定零力杆端的 原则，就会使计算更为简便。
▄ 零力杆端的判断 （1）若一杆与共线的二杆交于无载
荷作用的结点，则此杆在该结点处的杆 端轴力为零。
（2）若不共线的二杆交于无载荷作 用的结点，则此二杆在该结点处的杆端 轴力均为零。
▄ 已知杆端轴力，求板的剪流。
例题：判断平面薄壁结构的静不定度。
f ＝20－1＝19
f ＝0
f ＝1
f ＝4
飞行器结构力学电子教案
具有最少必需约束。
静定结构 静不定结构 建立补充方程 平衡方程
4.2 力法基本原理与力法正则方程
本节将通过一个2次静不定结构的例子，说明力法基本原理和力法正则方程。
4.2 力法基本原理与力法正则方程
对于具有2个多余约束的静不定结构。 选取1处的2个约束为多余约束，解除之，代之以约束力。 静不定结构 注 意： 1、解除多余约束，不是简单地将约束去掉，而必须用相应的约束力来代替。
添加标题
分析基本系统在单位基本未知力和外界因素作用下的位移，建立位移协调条件——力法典型方程或正则方程。
添加标题
解除多余约束，转化为静定的基本系统。多余约束代以多余未知力——基本未知力。
添加标题
根据结构几何组成分析，正确判断多余约束数——静不定次数。
添加标题
将静不定问题转化为静定问题，以多余未知力作为基本未知量，利用变形协调条件建立补充方程，从而求解结构内力的方法，称为力法( force method )。
静不定结构的内力求解：
叠加< P > 状态和单位状态< 1 >和 < 2 > 求出多余未知力：X1 和 X2
求出静不定结构的全部内力
δ11、δ21、δ12、δ22 — 单位状态影响系数。
Δ1P、Δ2P — 载荷影响系数。
Δ1P ＝< 1 > ×< P > Δ2P ＝< 2 > ×< P >
δ11 ＝< 1> ×< 1 > δ12 ＝ δ12 ＝ < 1 > ×< 2 > δ22 ＝< 2 > ×< 2 >
静定结构与静不定结构的对比：
飞行器结构力学基础电子教学教案
飞行器结构力学基础电子教学教案一、教案简介本教案旨在通过电子教学方式，让学生了解和掌握飞行器结构力学的基础知识。
通过本课程的学习，学生将能够理解飞行器结构的基本组成，掌握飞行器结构受力分析的方法，以及运用力学原理解决飞行器结构设计中的问题。
二、教学目标1. 了解飞行器结构的基本组成和分类。
2. 掌握飞行器结构受力分析的基本方法。
3. 学习飞行器结构力学的基本原理和计算方法。
4. 能够运用所学知识解决飞行器结构设计中的实际问题。
三、教学内容1. 飞行器结构概述：飞行器结构的基本组成、分类和特点。
2. 飞行器结构受力分析：飞行器结构的受力类型、受力分析方法。
3. 飞行器结构力学原理：力学基本概念、力学基本定律、飞行器结构力学基本原理。
4. 飞行器结构力学计算：弹性力学、塑性力学、飞行器结构强度计算、稳定性和振动分析。
5. 飞行器结构设计实例：飞行器结构设计原则、实例分析。
四、教学方法1. 采用电子教学课件，结合文字、图片、动画和视频等多种形式，生动展示飞行器结构力学的基本知识和实例。
2. 利用数值计算软件，进行飞行器结构受力分析和强度计算，提高学生的实践能力。
3. 组织课堂讨论和小组合作，培养学生的团队协作能力和创新思维。
4. 布置课后习题，巩固所学知识，提高学生的自主学习能力。
五、教学评估1. 课后习题：评估学生对飞行器结构力学基础知识的掌握程度。
2. 课堂讨论：评估学生在团队协作和分析解决问题方面的能力。
3. 课程报告：评估学生对飞行器结构设计实例的理解和应用能力。
4. 期末考试：全面评估学生对本门课程的掌握程度。
六、教学资源1. 电子教学课件：包括飞行器结构力学的基本概念、原理、实例等内容。
2. 数值计算软件：用于飞行器结构受力分析和强度计算。
3. 教学视频：展示飞行器结构设计和制造过程。
4. 案例资料：提供飞行器结构设计实例，供学生分析和讨论。
5. 课后习题集：包括各种类型的题目，巩固所学知识。
飞行器结构力学.pptx
杆轴线
桁架的分类：
1、根据维数分类 1.1 平面（二维）桁架（plane truss）
——所有组成桁架的杆件都在同一平面内,仅承受平面内的载荷。
第6页/共47页
1.2 空间（三维）桁架（space truss） ——组成桁架的杆件不都在同一平面内。
第7页/共47页
2、按外型分类 平行弦桁架
三角形桁架
二、静定桁架组成规则
1、空间桁架的组成规则 （1）逐次连接结点法
从某一基础或几何不变体开始，每增加一个 空间结点，用三根不全共面的杆将该结点连 接在基础上，依次增加结点和杆子，将组成 静定空间桁架。
简单桁架
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二、静定桁架组成规则
1、空间桁架的组成规则 （2）复合桁架法
将几个简单桁架用最小必需的约束（6个）连 接起来,使各部分之间不会发生相对移动或瞬 时可动,得到一个复杂桁架。
例2 求图示静定桁架的内力
3P
3P
3、绘制内力图 4、校核
3P
0
0
2P
0
注意到，在外力作用 下，桁架中并不是全
3P
2P
部的杆件都参予承力，常常存
在一些轴力为零的杆件，轴力
P
为零的杆件叫做“零力杆”。
“零力杆”在桁架中不承力，仅保
持桁架的几何形状。
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在计算桁架内力之前，如能事先找出零 力杆，可以简化计算，减少计算工作量。 零力杆的判断
N45 P1 N24 P1
N25 cos45 N24 P2 0 N23 N25 sin 45 N12 0
N25 2P1 P2
N23 2P1 P2
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3、求支座反力
飞行器结构力学电子教案33.pptx
等弯曲杆： M , ML
EJ
等扭转杆： 等剪力杆：
MT ,
Q,
MT L GJ P
QL GA
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四、弹性体的虚功原理
1、概述
弹性体在外力作用下处于 平衡，存在两个力学状态
平衡的力状态 协调的位移状态
特别注意：这两个状态属同一个体系，是同一个力学 问题的两种表现形式，相互关联，不可分割。
二、回顾：外力功和变形能
2.1 应变能和余应变能
图(b)曲线上面的那部分面积所代表的功 量记为W* 或U*，并称W* 为外力余功， 称U* 为余应变能。对完全弹性体来说，
W* U*
图示杆件的外力余功W*和余应变能U*为
W *
P
Δ dP AL d
0
0
U~*dV U * V
式中
U~*
余虚功的例子
真实位移
虚力
余虚功为：
第24页/共64页
2、虚功原理
2.1 质点的虚位移原理 一质点在诸力作用下处于平衡的充分必要条件是：所 有力在质点虚位移上所作的虚功总和为零。
平衡方程：
X 0,Y 0,Z 0
必要条件
虚功方程：
充分条件
W X u Y v Z w 0
第25页/共64页
W 1 （广义力）（广义位移）
2
广义力与广义位移的定义：一般而论，任何一个力或一组相互 有关且又彼此独立的力系，如果可以用一个代数量来表示它，则 称它为一个广义力，与此广义力相对应的位移称为广义位移。广 义力与相应的广义位移乘积的一半等于该广义力所作的功。
第11页/共64页
三、广义力与广义位移
如果杆件同时承受有集中力 P 、弯矩 M、扭矩 M T 作用，则广
飞行器结构力学基础电子教学教案
飞行器结构力学基础电子教学教案第一章：飞行器结构力学概述1.1 教学目标了解飞行器结构力学的定义和研究内容掌握飞行器结构力学的基本原理和概念理解飞行器结构力学在航空航天工程中的应用1.2 教学内容飞行器结构力学的定义和研究内容飞行器结构力学的基本原理和概念飞行器结构力学在航空航天工程中的应用1.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构力学的基本概念和原理通过实例和案例分析，让学生了解飞行器结构力学在实际工程中的应用开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构力学知识的理解1.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构力学概念的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构力学原理的掌握情况第二章：飞行器结构受力分析2.1 教学目标掌握飞行器结构受力的基本原理和分析方法学会运用力学原理对飞行器结构进行受力分析了解飞行器结构受力分析在工程设计中的应用2.2 教学内容飞行器结构受力的基本原理和分析方法飞行器结构受力分析的步骤和技巧飞行器结构受力分析在工程设计中的应用2.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构受力的基本原理和分析方法通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构受力分析的步骤和技巧开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构受力分析的理解2.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构受力分析方法的掌握程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构受力分析的应用能力第三章：飞行器结构动力学基础3.1 教学目标了解飞行器结构动力学的定义和研究内容掌握飞行器结构动力学的基本原理和概念理解飞行器结构动力学在航空航天工程中的应用3.2 教学内容飞行器结构动力学的定义和研究内容飞行器结构动力学的基本原理和概念飞行器结构动力学在航空航天工程中的应用3.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构动力学的基本概念和原理通过实例和案例分析，让学生了解飞行器结构动力学在实际工程中的应用开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构动力学的理解3.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构动力学概念的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构动力学原理的掌握情况第四章：飞行器结构强度与稳定性4.1 教学目标掌握飞行器结构强度和稳定性的基本原理和方法学会运用力学原理对飞行器结构进行强度和稳定性分析了解飞行器结构强度和稳定性分析在工程设计中的应用4.2 教学内容飞行器结构强度和稳定性的基本原理和方法飞行器结构强度和稳定性分析的步骤和技巧飞行器结构强度和稳定性分析在工程设计中的应用4.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构强度和稳定性的基本原理和方法通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构强度和稳定性分析的步骤和技巧开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构强度和稳定性的理解4.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构强度和稳定性分析方法的掌握程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构强度和稳定性分析的应用能力第五章：飞行器结构优化设计了解飞行器结构优化设计的定义和方法掌握飞行器结构优化设计的基本原理和步骤学会运用优化方法对飞行器结构进行设计优化5.2 教学内容飞行器结构优化设计的定义和方法飞行器结构优化设计的基本原理和步骤飞行器结构优化设计中常用的优化方法5.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构优化设计的基本原理和步骤通过实例和案例分析，让学生了解飞行器结构优化设计的方法和应用开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构优化设计的理解5.4 教学第六章：飞行器结构材料力学性质6.1 教学目标理解飞行器结构材料的力学性质对结构性能的影响掌握常用飞行器结构材料的力学性能参数学会运用材料力学性质进行飞行器结构选材和设计6.2 教学内容飞行器结构材料的力学性质及其对结构性能的影响常用飞行器结构材料的力学性能参数飞行器结构选材和设计方法讲授和讲解飞行器结构材料的力学性质及其对结构性能的影响通过实例和案例分析，让学生了解常用飞行器结构材料的力学性能参数开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构选材和设计的理解6.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构材料力学性质的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构选材和设计的掌握情况第七章：飞行器结构疲劳与断裂力学7.1 教学目标理解飞行器结构疲劳和断裂力学的原理掌握飞行器结构疲劳和断裂分析的方法学会运用疲劳和断裂力学进行飞行器结构的安全评估7.2 教学内容飞行器结构疲劳和断裂力学的原理飞行器结构疲劳和断裂分析的方法飞行器结构的安全评估方法7.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构疲劳和断裂力学的原理通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构疲劳和断裂分析的方法开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构安全评估的理解7.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构疲劳和断裂力学的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构安全评估的掌握情况第八章：飞行器结构动力学分析方法8.1 教学目标理解飞行器结构动力学分析的方法和原理掌握飞行器结构动力学分析的计算方法学会运用动力学分析方法进行飞行器结构的动力学优化8.2 教学内容飞行器结构动力学分析的方法和原理飞行器结构动力学分析的计算方法飞行器结构动力学优化方法8.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构动力学分析的方法和原理通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构动力学分析的计算方法开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构动力学优化的理解8.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构动力学分析方法的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构动力学优化的掌握情况第九章：飞行器结构力学数值分析9.1 教学目标理解飞行器结构力学数值分析的方法和原理掌握飞行器结构力学数值分析的计算方法学会运用数值分析方法进行飞行器结构力学问题求解9.2 教学内容飞行器结构力学数值分析的方法和原理飞行器结构力学数值分析的计算方法飞行器结构力学数值分析在实际工程中的应用9.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构力学数值分析的方法和原理通过实例和案例分析，让学生掌握飞行器结构力学数值分析的计算方法开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构力学数值分析的理解9.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估学生对飞行器结构力学数值分析方法的理解程度布置课后作业，评估学生对飞行器结构力学数值分析的掌握情况第十章：飞行器结构力学实验与验证10.1 教学目标理解飞行器结构力学实验的目的和方法掌握飞行器结构力学实验的操作技能学会运用实验结果验证飞行器结构力学理论10.2 教学内容飞行器结构力学实验的目的和方法飞行器结构力学实验的操作技能飞行器结构力学实验结果的分析和验证10.3 教学方法讲授和讲解飞行器结构力学实验的目的和方法通过实验操作，让学生掌握飞行器结构力学实验的操作技能开展小组讨论和问题解答，加深学生对飞行器结构力学实验结果分析和验证的理解10.4 教学评价课堂问答和小组讨论，评估重点和难点解析1. 飞行器结构力学概述难点解析：理解飞行器结构力学的概念和原理，以及如何将其应用于实际工程中。
飞行器结构力学讲义
飞行器结构力学讲义飞行器结构力学是指对飞行器结构在受力下的力学行为进行分析和设计的一门学科。
在飞行器设计过程中，结构力学是一个非常重要的领域，因为它关系到飞行器的安全性和可靠性。
本讲义将介绍飞行器结构力学的基本理论和应用。
首先，飞行器结构力学的基本理论包括静力学和动力学。
静力学研究飞行器在平衡状态下的受力和变形情况。
而动力学则研究飞行器在动力作用下的受力和变形情况。
这两个理论是相互关联的，飞行器的设计需要同时考虑静力学和动力学的影响。
静力学的核心是受力分析和变形分析。
受力分析是指研究飞行器在受外力作用下各个零部件受力的情况。
通过受力分析，可以确定飞行器结构的受力状态和关键零部件的负荷。
变形分析是指研究飞行器在受力后的变形情况。
通过变形分析，可以确定飞行器结构的刚度和变形限制。
这些信息对于设计强度和刚度合理的飞行器结构非常重要。
动力学的核心是动力分析和振动分析。
动力分析是指研究飞行器在动力作用下各个零部件的受力和变形情况。
通过动力分析，可以确定飞行器结构在不同工况下的受力情况，从而指导设计材料和结构。
振动分析是指研究飞行器在受到外界激励后的振动情况。
振动分析是飞行器结构动力特性的重要参数，对于飞行器的安全性和舒适性都有重要影响。
除了静力学和动力学，飞行器结构力学还包括疲劳分析和断裂分析。
疲劳分析是指研究飞行器结构在重复加载下的破坏情况，通过疲劳分析可以确定飞行器结构的寿命，并进行合理的维修和保养。
断裂分析是指研究飞行器结构在破坏加载下的破坏情况，通过断裂分析可以预测飞行器结构的破坏载荷，从而进行合理的结构设计和材料选择。
飞行器结构力学的应用非常广泛。
在飞机设计中，结构力学是飞机设计的基础。
通过结构力学分析，可以确定飞机结构的强度、刚度和稳定性等重要参数。
在火箭和航天器设计中，结构力学同样是不可或缺的。
飞行器在发射和飞行过程中承受着巨大的外界载荷，需要通过结构力学分析来保证安全性和可靠性。
此外，飞行器结构力学还应用于无人机、直升机等不同类型的飞行器设计中。
飞行器结构力学电子教案2ppt课件
第二章 结构的组成分析
每个自由刚片 有多少个 自由度呢？ N=3
第二章 结构的组成分析
每个单铰 起多少个 约束呢？
C=2
第二章 结构的组成分析
每个单链杆 起多少个 约束呢？
C=1
第二章 结构的组成分析
每个单刚结点 起多少个 约束呢？ C=3
第二章 结构的组成分析
3
有几个单铰？ 12个
还有3根单链杆
2
1
(外部约束)
C =2×12+3=27f = C－N 02有几
个 单
3
铰？
1
讨论
2
将等可杆于体变安多件系吗排少重f？？新
3
f = 0,体系
1
是否一定
几何不变呢？
f = (2×12+3)－3×9 = 0
除去约束后，体系的自由度将增加， 这类约束称为必要约束。
C ＝ 2（平面） C ＝ 3（空间）
C ＝ 3（平面） C ＝ 6（空间）
第二章 结构的组成分析
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。
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？
第二章 结构的组成分析
复铰：连接两个以上刚片的铰
N=5
复铰 等于多少个
单铰？
1连接m个刚片的复铰 = (m-1)个单铰
第二章 结构的组成分析
A
A
B
单复刚结点 C = 3 m-1个
连接m个杆的 复刚结点等于多 少个单刚结点？
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第一章 绪论
刚接
刚接力学特征：
被连接元件在刚接点处，即不能 发生相对移动，也不能绕刚接点 发生相对转动。
所以，刚接即能够传递力，也能 够传递力矩。
夹角保持不变
将刚性连接处涂黑来表示刚接，
也称为刚结点。
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飞行器结构力学基础
三、结构力学计算模型
第一章 绪论
组合结点
组合结点力学特征：
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飞行器结构力学基础
六、基本关系和基本假设
第一章 绪论
2. 基本假设
（1）小变形假设
结构在外载荷作用下变形与几何尺寸 相比很小。建立力平衡方程时，能够 不考虑变形对结构几何关系影响。
（2）线弹性假设
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)。
平面定向支座
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飞行器结构力学基础
六、基本关系和基本假设
第一章 绪论
1. 基本关系
（1）平衡关系
作用在结构上力是平衡，结构系统中 全部元件也是平衡。
（2）协调关系 结构发生变形时，各个元件之间变形
是协调。
（3）物理关系 元件力和位移之间，满足材料物理性
质。
结构力学原理和计算方法均是基于这三种基本关系而 建立。
固定支座（或称固持） 定向支座
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三、结构力学计算模型
第一章 绪论
可动铰支座
可动铰支座几何特征：
结构含有绕铰A转动及平行 于基础平面方向平动，但在 垂直于基础平面方向上不能 发生平动。 相当于限制了结构一个平动。
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西工大飞行器结构力学电子教案6-1
σ = σ z = Eε z = Ax + By + C
值得注意的是， 值得注意的是，剖面的翘曲变形
w = ∫ ε 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， 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。 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。
▄ 薄壁结构的类型 薄壁结构是由薄壁元件组合而成。 薄壁结构是由薄壁元件组合而成。 （1）从几何形状来划分可以划分为棱柱形与非棱柱形两种，棱 ）从几何形状来划分可以划分为棱柱形与非棱柱形两种， 棱柱形 两种 柱形薄壁结构是指薄壁形体各个横剖面的几何特征与材料沿结 构纵向不变。 构纵向不变。 开剖面、 （ 2）从结构断面形状上来划分，又可以划分为开剖面、单闭室 ）从结构断面形状上来划分，又可以划分为开剖面 剖面和多闭室剖面薄壁结构等 如图(a)、 、 所示 薄壁结构等， 所示。 剖面和多闭室剖面薄壁结构等，如图 、(b)、(c)所示。
▄ 简化假设 （4）应变平面分布假设。 ）应变平面分布假设。 薄壁结构在自由弯曲时， 薄壁结构在自由弯曲时，其任一剖面上的正应变 分布规律， 分布规律，即：
ε z 符合平面
ε z = ax + by + c
式中，x、y 为剖面上各点的坐标，a、b、c 为待定常数。 式中， 、 为剖面上各点的坐标， 、 、 为待定常数。 由假设（1），引用虎克定律，则上式又可以写为 ），引用虎克定律 由假设（ ），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、 式薄壁结构，如长直机翼、后 掠机翼的中外翼、机身等。 掠机翼的中外翼、机身等。对 于这类薄壁结构， 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、 荷作用下各剖面的总内力(弯矩、 扭矩、轴力和剪力)是静定的， 扭矩、轴力和剪力)是静定的， 但若要进一步求出各个元件( 但若要进一步求出各个元件(桁 蒙皮等)的内力， 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 要用力法求解就必须借助于电子计算机。倘若蒙皮较厚， 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， 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， 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。 而必须采用有限元素法或能量法，但那也非常麻烦。
飞行器结构力学电子教案73PPT课件
则：f ＝C－N ＝ 6n－6n ＝ 0 ，满足几何不变的必要条件。
飞行器结构力学基础
——电子教学教案
航空结构工程系
1
第七章
受剪板式薄壁结构内力和位移 计算
第三讲 7.4 静定空间薄壁结构内力计算
2
一、空间薄壁结构的组成分析
组成薄壁结构的各元件的中心点和中线不都在同一平面内，则称为空间薄 壁结构，它可以承受任意方向的外载荷。3Leabharlann 一、空间薄壁结构的组成分析
在研究空间薄壁结构的组成规律时，仍把结点看成为自由体，每个空间结 点具有3个自由度；把杆和板看成为约束，杆和四边形板均起1个约束作用。
f ＝ 28
13
二、静定空间薄壁结构的内力计算
1、分析静不定度。 2、判断零力杆端，假设剪流方向。 3、利用结点法求杆端轴力，或由杆的平衡求剪流或另一端杆轴力。 4、绘制内力图。
零力杆端的判断：
三根不共面的杆交于无 载荷作用的点，则此三根 在该端处的轴力均为零。
14
【例1】 求图示空间薄壁结构的内力。已知：L＝100mm，B＝40mm， H＝10mm，P 1＝200N，P 2＝300N，P 3＝500N。
N84(q2q3)L4000 N73(q4q2)L4000
3、绘制力图。
4、校核。
X0 Mx 0 Y 0 My 0
Z 0 Mz 0
16
【例2】计算图示结构的内力。已知四缘条双层自由盒段，在两层交界5点处 将缘条切断，在杆子的切口处有大小相等方向相反的一对单位力。 解： 1、5点被切开，相当于去掉一个约束， 故该结构是静定的。 2、假定1-2-6-5和5-6-10-9两板的剪流 分别为q1和q2，其方向如图(b) 所示， 5-6-7-8板的剪流为q3，其方向如图(c) 所示。先判断零力杆端，再按平衡条 件确定各板剪流之间的关系。
《飞行器结构力学基础》课程教学大纲
《飞行器结构力学基础》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：（0120140）2、课程名称（中/英文）：飞行器结构力学基础/Structural Mechanics for Aerocraft3、学时/学分：50/6.54、先修课程：理论力学、结构强度基础、弹性力学， /0120120/01201705、面向对象：飞行器设计与工程专业本科生6、开课院（系）：航空学院（航空结构工程系）7、教材、教学参考书：《结构力学基础》, 黄其青，王生楠，西北工业大学出版社，2001.4《飞行器结构力学》,王生楠，西北工业大学出版社,1998.12二、课程性质和任务《飞行器结构力学基础》是航空高等院校飞行器结构设计和结构强度专业教学计划中的一门专业技术基础课，是航空飞行器设计、固体力学、流体力学、工程力学、理论与应用力学、人机环境与工程等学科或专业的必修课程。
本课程以杆系和薄壁结构为对象，研究杆系和薄壁结构的组成原理及其受力和变形分析的力法和位移法，薄壁工程梁理论，结构分析中的能量原理。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握结构的受力和传力特点、薄壁工程梁和能量原理的基本理论和基本计算方法，培养学生对结构设计和强度计算的概念和综合处理能力，培养从事飞行器结构设计和强度计算的高技术人才。
三、教学内容和基本要求第一章绪论 2学时1.1 结构力学的研究对象和任务；1.2结构力学的计算模型简化；1.3结构的外载荷、内力和支反力；1.4 基本关系和基本假设。
第二章结构几何组成分析 4学时2.1 结构的几何特性；2.2 自由度和约束; 2.3 几何特性分析的运动学方法;2.4 几何特性分析的静力学方法; 2.5 几何不变系统的组成规则; 2.6 瞬变系统的判别方法。
第三章静定杆系结构的内力和变形计算 6学时3.1 桁架的组成，桁架的计算模型，桁架几何不变性分析，静定桁架内力计算（结点法、剖面法和混合法）; 3.2 刚架的组成，刚架的计算模型，刚架几何不变性分析，静定刚架内力计算，混合杆系结构的内力计算; 3.3 元件的应变能，虚功原理，单位载荷法，静定杆系结构的位移计算。
飞行器结构力学基础电子教学教案
飞行器结构力学基础电子教学教案第一章：飞行器结构力学概述1.1 飞行器结构力学的定义1.2 飞行器结构力学的研究内容1.3 飞行器结构力学的重要性1.4 飞行器结构力学的发展历程第二章：飞行器结构的基本类型2.1 飞行器结构的基本组成2.2 飞行器结构的主要类型2.3 不同类型结构的特点与应用2.4 飞行器结构的选择原则第三章：飞行器结构力学分析方法3.1 飞行器结构力学的分析方法概述3.2 弹性力学的分析方法3.3 塑性力学的分析方法3.4 动力学分析方法第四章：飞行器结构强度与稳定性分析4.1 飞行器结构强度分析4.2 飞行器结构稳定性分析4.3 强度与稳定性的关系4.4 强度与稳定性分析的工程应用第五章：飞行器结构优化设计5.1 结构优化设计的基本概念5.2 结构优化设计的方法5.3 结构优化设计的原则与步骤5.4 结构优化设计的工程应用实例第六章：飞行器结构动力学6.1 飞行器结构动力学基本理论6.2 飞行器结构的自振特性6.3 飞行器结构的动力响应分析6.4 飞行器结构动力学在设计中的应用第七章：飞行器结构疲劳与断裂力学7.1 疲劳现象的基本概念7.2 疲劳寿命的预测方法7.3 断裂力学的基本理论7.4 飞行器结构疲劳与断裂的检测与控制第八章：飞行器结构的环境适应性8.1 飞行器结构环境适应性的概念8.2 飞行器结构在各种环境力作用下的响应8.3 环境适应性设计原则与方法8.4 提高飞行器结构环境适应性的措施第九章：飞行器结构材料力学性能9.1 飞行器结构常用材料9.2 材料的力学性能指标9.3 材料力学性能的测试方法9.4 材料力学性能在结构设计中的应用第十章：飞行器结构力学数值分析方法10.1 数值分析方法概述10.2 有限元法的基本原理10.3 有限元法的应用实例10.4 其他结构力学数值分析方法简介第十一章：飞行器结构力学实验与测试技术11.1 结构力学实验概述11.2 材料力学性能实验11.3 结构强度与稳定性实验11.4 结构动力学实验与测试技术第十二章：飞行器结构力学计算软件与应用12.1 结构力学计算软件概述12.2 常见结构力学计算软件介绍12.3 结构力学计算软件的应用流程12.4 结构力学计算软件在工程实践中的应用实例第十三章：飞行器结构力学在航空航天领域的应用13.1 航空航天领域结构力学问题概述13.2 飞行器结构设计中的应用13.3 飞行器结构分析与优化13.4 航空航天领域结构力学发展趋势第十四章：飞行器结构力学在其他工程领域的应用14.1 结构力学在建筑工程中的应用14.2 结构力学在机械工程中的应用14.3 结构力学在交通运输工程中的应用14.4 结构力学在其他工程领域的应用前景第十五章：飞行器结构力学发展趋势与展望15.1 飞行器结构力学发展历程回顾15.2 当前飞行器结构力学面临的挑战与机遇15.3 飞行器结构力学未来发展趋势15.4 飞行器结构力学发展展望与建议重点和难点解析本文主要介绍了飞行器结构力学的基础知识，包括飞行器结构力学的定义、研究内容、重要性、发展历程，以及飞行器结构的基本类型、力学分析方法、强度与稳定性分析、优化设计等方面。
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飞行器结构力学理论基础讲义第一章绪论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：（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。
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。
（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，但不能在竖直方向移动。
（2）固定铰支座（见图1.2（b ）），几何特征是结构可以绕铰A 转动，但不能作水平和竖直方向移动。
（3）固定支座（见图1.2（c ）），几何特征是结构在点A 的转动、水平和竖直方向的移动均受到限制。
（4）定向支座（见图1.2（d ）），几何特征是结构限制绕铰A 转动及一个方向的移动，但允许在另一个方向的移动。
(a) (b)(c) (d)图1.21.4 基本关系和基本假设飞行器结构力学中存在不同的计算模型，而各类计算模型都是建立在各自不同的基本假设上的。
这里，强调一下基本关系和基本假设。
1.基本关系（1）作用在结构上的力是平衡的，结构所有元件受力也是平衡的；（2）结构发生变形时，其各部分之间一定是协调的，即不允许发生断裂或重叠现象；（3）结构元件的应力和应变之间，存在着反映材料物理性质的对应关系。
归纳起来就是平衡关系、协调关系和物理关系。
结构力学的原理和计算方法均是基于这三种基本关系而建立起来的。
2.基本假设（1）小变形假设。
认为结构在载荷作用下变形很小，假设它不影响结构的外形几何尺寸。
这样，可以根据结构变形前的几何形状建立平衡方程式，这种简化处理不会引起太大的误差；（2）线弹性假设。
弹性是指在载荷作用下，结构产生内力及变形；当载荷去掉后，内力与变形也随着消失，结构仍会恢复到原始状态，无残余变形。
线性是结构的外载荷与变形以及元件的内力与变形之间符合虎克定律，即为直线关系。
第二章结构的组成分析2.1 几何可变系统和几何不变系统工程结构是用来承受和传递外载荷的系统。
一个工程结构通常是由若干个构件用某种方法联结而成的。
它在承受载荷作用时，各构件只允许发生材料的弹性变形，而不应发生构件间相对的机械运动。
如图2.1(a)所示的系统，如果不考虑弹性变形，系统也未发生破坏，则其几何形状与位置均保持不变，这样的系统，我们称之为几何不变系统。
但是，对如图2.1（b）所示的系统，在载荷作用下，即使不考虑弹性变形，它的形状和位置也将改变，这样的系统，我们称之为几何可变系统，它是不能用来承受和传递外载荷的。
所以，凡是工程结构必须是几何不变系统。
图2.1对系统进行几何组成分析的目的在于：判断该系统是否为几何不变系统，以决定其能否作为工程结构使用；研究并掌握几何不变系统的组成规则，以便合理安排构件，设计出合理的结构；根据系统的组成规则，确定结构的性质（静定系统还是静不定系统），以便选用相应的计算方法。
2.2 自由度、约束和几何不变性的分析为了研究系统的几何不变性，可以引用“自由度”和“约束”的概念。
将结构中的构件看成是具有自由度的自由体，而将构件间的结点看成是约束装置（简称约束），或者把结点看成是自由体，而将构件看成是约束。
在一个系统中，若没有足够的约束去消除自由度，则系统一定是几何可变的；假若有足够的约束去消除自由度，而构件安排又合理，则系统是几何不变的。
自由度：确定一物体在某一坐标系中位置所需的独立参数的个数，称为该物体的自由度。
平面上一点具有两个自由度，空间一点具有三个自由度；平面上一物体具有三个自由度，即两个平动自由度和一个转动自由度；空间一个物体具有六个自由度，即三个平动自由度和三个转动自由度；空间一杆（只具有一根轴线）具有五个自由度；一个平面刚性结点具有三个自由度；一个空间刚性结点具有六个自由度。
一个平面铰具有两个约束；一个空间铰具有三个约束。
一根两端带铰的杆具有一个约束。
如图2.2所示的平面上任一点A，本来有两个自由度x A、y A。
如果用一根两端带铰的杆把A点连接在坐标系原点上，点A就不能在平面内任意移动，而只能在杆端所画的圆周上运动，这时只要一个独立变量α就可确定它的位置，即只剩下一个自由度了。
所以，一根两端带铰的杆具有一个约束。
同理，一根两端带铰的空间杆也只具有一个约束。
一个平面刚结点具有三个约束。
如图2.3所示，一个平面构件m具有三个自由度，若用一个平面刚结点连接于坐标系上，则构件m就没有自由度了。
所以，一个平面刚结点具有三个约束。
同理，一个空间刚结点具有六个约束。
图2.2 图2.3有了自由度和约束的概念，就可以用它来分析系统的几何组成。
设系统的总自由度数为N，总约束数为C，则1．若C<N，约束不足，因而是几何可变系统。
2．若C=N，且构件安排合理，系统的约束正好能完全消除自由度，则系统是具有最少必需约束的几何不变系统。
3．若C>N，且构件安排也合理，则系统为具有“多余约束”的几何不变系统。
所谓“多余约束”是指除去后系统仍是几何不变的那些约束。
可见，C－N≥0是组成几何不变系统的必要条件，而其充要条件还要考察系统的构件是否安排合理。
对于没有用支座连接于基础的可移动平面几何不变系统，该系统是自由的，有三个自由度，因此，自由度和约束数应符合下列关系。
1．C－（N－3）<0，约束不足，因而是几何可变系统。
2．C－（N－3）=0，且构件安排又合理，则系统是具有最少必需约束的几何不变系统。
3．C－（N－3）>0，且构件安排也合理，则系统为具有“多余约束”的几何不变系统。
例2.1 分析图2.1(a)所示系统的几何不变性。
[解]该系统是平面桁架结构，可将结点看成具有自由度的分离体，把杆件看成约束。
它用四根两端带铰链的杆（称为链杆）将两个自由结点连接到基础上，总自由度数N=2×2=4，总约束数C=4×1=4，所以，C－N=0。
该系统的构件安排合理，因此，是具有最少必需约束的几何不变系统。
该系统亦可将杆件看成具有自由度的自由体，把铰链（结点）看成约束。
在分析时注意区分单铰和复铰。
连接两个构件的铰链称为单铰，连接多于两个构件的铰链称为复铰，一个连接n个构件的复铰相当于(n－1)个单铰。
因此，该系统有四根杆，每根杆在平面中有3个自由度，故总自由度数N=4×3=12，两个单铰和两个复铰，每个单铰在平面中可提供两个约束，故总约束数C=2×2+2×（3－1）×2=12。
分析结果同上面的一样。
在分析系统的几何不变性时，除了要满足C－N≥0的必要条件（对图2.4于可移动的平面系统为C－（N－3）≥0，对于可移动的空间系统为C －（N－6）≥0）外，还要考察系统中各构件安排是否合理。
如图2.4所示系统，从总体上看，该系统有4个自由结点和8根链杆。
虽然满足几何不变的必要条件，但从局部2-3-4-5部分来看，它缺少一个约束，是几何可变的，而局部1-2-5-6部分，是具有一个多余约束的几何不变部分，整个系统约束安排不合理，仍不能作为可承受任意载荷的几何不变结构。
2.3 组成几何不变系统的基本规则、瞬变系统的概念下面主要讨论平面几何不变系统的组成规则，这些基本规则是进行几何组成分析的基础。
在进行几何组成分析之前先介绍几个名词。
刚片—几何形状不变的平面体，简称为刚片。
在几何组成分析中，由于不考虑材料的弹性变形，一根杆件在平面中就可视为一个刚片，基础也可看作是一个大刚片。
链杆—一根两端用铰链连接两个刚片的杆件称为链杆。
虚铰—如果两个刚片用两根链杆连接，则这两根链杆的作用就和一个位于两杆交点处的铰链的作用完全相同，交点处的铰链是实铰。
若交点处并没有真正的铰，则称其为虚铰，连接两个刚片的两根链杆相当一个虚铰，虚铰的位置在这两根链杆的交点o处，如图2.5(a)。
如果连接两个刚片的两根链杆并没有相交，则虚铰在这两根链杆延长线的交点o 处，如图2.5(b)所示。
若连接两个刚片的两根链杆是平行的，也可以认为它们相当于一个虚铰，只不过虚铰的位置在无穷远处，如图2.5（c）所示。