飞机结构分析与设计PPT课件
合集下载
飞行器结构力学电子教案PPT课件
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。
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。
飞机结构与系统(起落架系统)课件
03
起落架系统的关键技术与设计
起落架的材料与制造工艺
要点一
总结词
起落架材料需具备高强度、耐腐蚀、轻质等特点，常用的 材料包括铝合金、钛合金和复合材料等。制造工艺涉及精 密铸造、机械加工、焊接和复合材料成型等多种技术。
Hale Waihona Puke 要点二详细描述起落架是飞机的重要承力结构，需要承受飞机的重量和着 陆时的冲击载荷，因此要求材料具备高强度和耐腐蚀性。 铝合金、钛合金和复合材料等是目前广泛应用的起落架材 料。在制造过程中，精密铸造和机械加工技术用于形成复 杂形状的起落架部件，焊接技术用于将各个部件连接在一 起，而复合材料成型技术则用于制造复合材料起落架。
起落架系统的分类
01
02
03
按收放方式
前三点式起落架、后三点 式起落架。
按支柱结构
构架式起落架、支柱式起 落架。
按轮组布置
单轮式起落架、多轮式起 落架。
02
起落架系统的工作原理
起落架的收放
正常收起
当飞机准备起飞时，起落架通过液压 作动筒和机械连杆等机构，从机翼下 伸出到机腹下，支撑着飞机并承受着 飞机的重量。
起落架的疲劳寿命分析
总结词
考虑到飞机起落架承受循环载荷的特点，疲劳寿命分析是评估起落架可靠性的重要环节 。通过疲劳试验和损伤容限分析等方法，可以预测起落架的使用寿命并制定相应的维护
策略。
详细描述
飞机起落架在服役期间会承受大量的循环载荷，这种载荷会导致起落架材料的疲劳损伤 。为了评估起落架的可靠性，疲劳寿命分析是必不可少的环节。通过疲劳试验和损伤容 限分析等方法，可以了解起落架在不同循环载荷下的性能退化规律，预测其使用寿命，
起落架的刹车与滑行
飞机总体设计PPT课件
经济性能设计
燃油经济性
在保证飞行性能的前提下，通过 优化飞机气动外形、减轻结构重 量、提高发动机效率等措施，降 低飞机的燃油消耗率。
维护经济性
通过采用先进的维护理念和技术 手段，降低飞机的维护成本和停 场时间，提高飞机的出勤率和利 用率。
直接运营成本
包括燃油费、维护费、机组人员 工资等直接与飞机运营相关的成 本。设计中需要考虑如何降低这 些成本以提高飞机的经济性能。
采用遗传算法、模拟退火等启发 式算法，处理飞机设计中的复杂 问题，寻求全局最优解。
利用代理模型对飞机性能进行快 速评估，减少计算量，提高优化 效率。
多学科优化方法探讨
多学科设计优化（MDO）
综合考虑气动、结构、控制等多学科因素，实 现飞机总体设计的协同优化。
分解协调方法
将复杂问题分解为若干子问题，分别进行优化 后再进行协调，降低问题求解难度。
06
确保飞机满足适航法规和标准的要求，包括噪声、排放等 环保指标。
02
飞机总体布局设计
布局形式的选择与特点
常规布局
水平尾翼和垂直尾翼都 放在机翼后面的飞机尾
部。
鸭式布局
水平尾翼位于机翼的前 面，具有较好的大迎角
特性。
无尾布局
没有水平尾翼，靠机翼 后缘襟翼或扰流片等部
件实现俯仰操纵。
三翼面布局
在常规布局上增加一对 鸭翼。
垂直尾翼
主要功能是保持飞机的方 向平衡和操纵飞机的方向 运动。
V型尾翼
由左右两个倾斜的垂直尾 翼组成，像是固定在机身 尾部带大上反角的平尾。
起落架布局设计
前三点式起落架
自行车式起落架
两个主轮对称地布置在飞机重心之后， 前轮位于机身前部。
机身结构
侧向力Pz的传递
Pz与座舱地面 剪流 qPz 平衡；
力矩Mx通过轴 承上的集中力 Pzh/b 与剪流qMt 平衡。
前起落架载荷作用下机身结构受力分析
纵向力Px的传递
Px由轴承上的力Rdx和挡块上的力 Rex 平衡
挡块中力的平衡
轴承加强件中力的平衡
可见，起落架上的力Px、Py 、Pz通过加强框以剪流形式作用 到与加强框相连的H型开剖面薄壁结构上，然后传到中机身。
➢ 前机身的结构 ➢ 前起落架的布置
设备舱
驾驶舱
起落架舱
挡块
电瓶舱
前起落架载荷作用下机身结构受力分析
前起落架的 约束条件 1)轴承能够 提供除 Mz 以外的所有 约束；
2)挡块只能 提供x方向向 后的约束。
前起落架所 受的载荷
集中力 Py、 Pz、Px
Py的传递与平衡
前起落架载荷作用下机身结构受力分析
❖ 机身为圆截面时，增压舱的受力情况最好； ❖ 为椭圆形截面时，框内会产生弯曲内力； ❖ 如果是双圆截面机身，则在两圆弧交汇处会产生分力Fn。
结构特点：
可以在机的一边与蒙皮铆在一起。
四、战斗机增压舱的设计特点 战斗机驾驶员增压舱一般空间小、形状复杂。
水平加强板
弯矩Mx的平衡 剪力P的平衡
加强框上中 的剪流平衡
当平尾置于垂直尾翼上时
当平尾置于垂直尾翼上时
垂直尾翼的垂直载荷传递到加 强框，由加强框将载荷传给机 身蒙皮
垂直尾翼上载荷通过各种 途径传到机身壳体蒙皮中，以 蒙皮中剪流形式向机身中部传 递，达到全机受力平衡。
三、前起落架载荷作用下机身结构受力分析
第十六讲结束
谢谢
V-22飞机
机翼与机身的连接配置
Pz与座舱地面 剪流 qPz 平衡；
力矩Mx通过轴 承上的集中力 Pzh/b 与剪流qMt 平衡。
前起落架载荷作用下机身结构受力分析
纵向力Px的传递
Px由轴承上的力Rdx和挡块上的力 Rex 平衡
挡块中力的平衡
轴承加强件中力的平衡
可见，起落架上的力Px、Py 、Pz通过加强框以剪流形式作用 到与加强框相连的H型开剖面薄壁结构上，然后传到中机身。
➢ 前机身的结构 ➢ 前起落架的布置
设备舱
驾驶舱
起落架舱
挡块
电瓶舱
前起落架载荷作用下机身结构受力分析
前起落架的 约束条件 1)轴承能够 提供除 Mz 以外的所有 约束；
2)挡块只能 提供x方向向 后的约束。
前起落架所 受的载荷
集中力 Py、 Pz、Px
Py的传递与平衡
前起落架载荷作用下机身结构受力分析
❖ 机身为圆截面时，增压舱的受力情况最好； ❖ 为椭圆形截面时，框内会产生弯曲内力； ❖ 如果是双圆截面机身，则在两圆弧交汇处会产生分力Fn。
结构特点：
可以在机的一边与蒙皮铆在一起。
四、战斗机增压舱的设计特点 战斗机驾驶员增压舱一般空间小、形状复杂。
水平加强板
弯矩Mx的平衡 剪力P的平衡
加强框上中 的剪流平衡
当平尾置于垂直尾翼上时
当平尾置于垂直尾翼上时
垂直尾翼的垂直载荷传递到加 强框，由加强框将载荷传给机 身蒙皮
垂直尾翼上载荷通过各种 途径传到机身壳体蒙皮中，以 蒙皮中剪流形式向机身中部传 递，达到全机受力平衡。
三、前起落架载荷作用下机身结构受力分析
第十六讲结束
谢谢
V-22飞机
机翼与机身的连接配置
1飞机总体设计PPT课件
▪ 较精确的计算（重量重心、气动、性能和操 稳等）
▪ 模型吹风试验
12
1.2 什么是飞机总体设计？
❖各阶段的任务—详细设计
▪ 飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够 指导生产的图纸
• 如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各 系统总装配图，零构件图
▪ 详细的重量计算和强度计算报告 ▪ 大量的实验
来源：W.H. Mason, Virginia理工
31
1.6 设计中的团队协作
❖ 什么是团队协作（Teamwork）?
▪ 不是让大家坐在一起做同样的家庭作业 ▪ 是:
- 一起明确需要解决的问题 - 每个团队成员都负责某一特定任务并开展工作 - 在团队会议上把每项任务的结果集合起来，并且确定：
我们是否已经解决了问题？ - 如果回答是肯定的，那么确定下一步该做什么？
调整试飞 定型试飞
否 决策
是
战术技术要求 及概念性方案
否 决策
是
否 决策
是
否 决策
是
全尺寸样机 研制任务书
原型机
定型试飞 报告
“路漫漫其修远兮......”
生产定型 阶段
建立生产线 稳定工艺 批生产飞机 试飞鉴定
否 决策
是 批生产飞机
交付部队
进一步 改进
6
1.2 什么是飞机总体设计？
❖飞机设计的范围 —主要涉及论证、方案和工程研制阶段
❖工程设计是指设计人员应用自然规律，通 过分析、综合和创造思维将设计要求（系 统要求）转化为一组能完整描述系统的参 数（文档或图纸）的活动过程
3
1.1 什么是飞机设计？
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
▪ 模型吹风试验
12
1.2 什么是飞机总体设计？
❖各阶段的任务—详细设计
▪ 飞机结构的设计和各系统的设计，绘出能够 指导生产的图纸
• 如理论图，运动图，总装配图，构件装配面，零件图，各 系统总装配图，零构件图
▪ 详细的重量计算和强度计算报告 ▪ 大量的实验
来源：W.H. Mason, Virginia理工
31
1.6 设计中的团队协作
❖ 什么是团队协作（Teamwork）?
▪ 不是让大家坐在一起做同样的家庭作业 ▪ 是:
- 一起明确需要解决的问题 - 每个团队成员都负责某一特定任务并开展工作 - 在团队会议上把每项任务的结果集合起来，并且确定：
我们是否已经解决了问题？ - 如果回答是肯定的，那么确定下一步该做什么？
调整试飞 定型试飞
否 决策
是
战术技术要求 及概念性方案
否 决策
是
否 决策
是
否 决策
是
全尺寸样机 研制任务书
原型机
定型试飞 报告
“路漫漫其修远兮......”
生产定型 阶段
建立生产线 稳定工艺 批生产飞机 试飞鉴定
否 决策
是 批生产飞机
交付部队
进一步 改进
6
1.2 什么是飞机总体设计？
❖飞机设计的范围 —主要涉及论证、方案和工程研制阶段
❖工程设计是指设计人员应用自然规律，通 过分析、综合和创造思维将设计要求（系 统要求）转化为一组能完整描述系统的参 数（文档或图纸）的活动过程
3
1.1 什么是飞机设计？
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
现代飞机结构与总体设计ppt课件
❖ 通常垂直尾翼后缘设有方向舵，某些高速飞机，
没有独立的方向舵，整个垂尾跟着操纵而偏转， 称为全动垂尾。
18
水平尾翼
飞机的结构
❖ 水平尾翼水平安装在机身尾部，主要功能为保持 俯仰平衡和俯仰操纵。
❖ 低速飞机水平尾翼前段为水平安定面，是不可操 纵的，其后缘设有升降舵，飞行员利用升降舵进行 俯仰操纵。
36
什么是飞机设计
❖飞机设计是指设计人员应用气动、结构、 动力、材料、工艺等学科知识通过分析综 合和创造思维，将设计要求转化为一组能 完整描述飞机的参数的过程
37
什么是飞机设计
❖飞机研制过程 —五个阶段的划分方式
▪ 论证阶段 —研究设计新飞机的可行性
▪ 方案阶段 —设计出可行的飞机总体技术方案
▪ 工程研制阶段 —进行详细设计，提供图纸试制原型机
飞机结构与总体设计
蔡波
通航产品部
主要内容
❖1.现代飞机结构 ❖2.飞机总体设计
2
航空发展历程
➢第一次有动力飞行
❖ 自从1903年12月17号，莱特兄弟的“飞行者”一号离开地 面的那刻起，人类已经开始把目光投向天空，此后的一百多 年来，这片领域已经发生了翻天覆地的变化。
3
航空发展历程
4
航空发展历程
也有三、四或六叶的。
26
飞机的结构
发动机的分类
二 涡轮喷气发动机： ❖ 又称空气涡轮喷气发动机，简称“涡喷” ❖ 以空气为氧化剂，靠喷管高速喷出的燃气产生反
作用推力的燃气涡轮航空发动机，。 ❖ 组成：压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管。推力用
牛或千克表示。
27
飞机的结构
发动机的分类
三 涡轮螺旋桨发动机： ❖从涡喷发动机派生而来 ❖涡轮螺旋桨发动机是一种由螺旋桨提供拉力和喷气
飞机结构与系统(第三章 飞机翼面结构) PPT
三、机翼的外载特点
机翼在外载荷下的变形
机翼与外载荷相平衡的内力
三、机翼的外载特点
3. 内力分布及结构特点：
• 分布力作用下： • （从翼尖到翼根）内力逐渐
③使用、维修要求：保证燃油系统的可靠性； ④工艺性和经济性要求，与一般飞机结构相同。
二、尾翼的功用与结构设计要求 1. 尾翼的主要功用：
一般由水平尾翼（平尾）和垂直尾翼（垂尾）组成。
二、尾翼的功用与结构设计要求 1. 尾翼的主要功用：
1）平尾保证飞机的纵向（俯仰）稳定性，并实施飞机纵向的 操纵； 2）垂尾保证飞机航向稳定性，并实施对飞机航向的操纵。
杆件基本变形形式 1.拉伸或压缩
杆件基本变形形式 2.剪切
杆件基本变形形式 3.扭转
杆件基本变形形式 4.弯曲
若同时发生几种基本变形， 则称为组合变形。
一、机翼的功用与结构设计要求
1.机翼的功用
1）主要功用是产生升力，保证飞机的飞行性能和机动性能； 布置副翼、扰流片等进行横向操纵；布置襟翼、缝翼增升装 置改善飞机起降性能。 2）安装其它部件，如
• 静载荷：载荷缓慢地由零增加到某一定值后， 就保持不变或变动很不显著，称为静载荷。
• 动载荷：载荷随时间变化，可分为交变载荷和 冲击载荷。
内力、截面法和应力的概念
1.内力：
由于变形引起的物体内部的 附加力。
物体受外力作用后，由于变 形，其内部各点均会发生相对 位移，因而产生相互作用力。
内力、截面法和应力的概念 2.截面法：
二、尾翼的功用与结构设计要求
1. 尾翼的主要功用：
尾翼也是一个升力面，设计要求和构造与机翼类似 ：
• 保证气动性； • 具有足够强度、刚度、损伤容限、寿命，最小重量。
B737飞机结构及起落架概述ppt课件
向上推门并略微向右到第一个止动爪。然后向右 侧推门到完全打开止动爪。 当该门完全打开时，滚轮滑轨末端的弹簧锁可折 叠起来以改善对设备支架的接近性。在滑轨末端 的弹簧锁可将滑轨保持在折叠或非折叠位置。
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
飞行操纵面（P20）
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
舱门介绍
舱门类型： － 前后登机门 － 前后厨房勤务门 － 紧急出口门（驾驶员滑动窗） － 货舱门 － 机内门（机组门和厕所门） － 各种接近门。
电子科技大学成都学院
控制台
控制台
电子科技大学成都学院
P8后电子面板
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
驾驶舱仪表板
P5后顶板
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
课程介绍
课程任务
1）系统介绍B737-NG飞机结构、系统特点和起落架构造； 2）培养理论与实践并重的航空机务维护类技能型人才；
预期目标
冀望同学们通过本课程的学习，能更多地了解B737系列飞 机的构造，累积一定的机务维护、系统调试和结构修理等方面 的实用技术。
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
飞行操纵面（P20）
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
舱门介绍
舱门类型： － 前后登机门 － 前后厨房勤务门 － 紧急出口门（驾驶员滑动窗） － 货舱门 － 机内门（机组门和厕所门） － 各种接近门。
电子科技大学成都学院
控制台
控制台
电子科技大学成都学院
P8后电子面板
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
驾驶舱仪表板
P5后顶板
电子科技大学成都学院
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
火灾袭来时要迅速疏散逃生，不可蜂 拥而出 或留恋 财物， 要当机 立断， 披上浸 湿的衣 服或裹 上湿毛 毯、湿 被褥勇 敢地冲 出去
课程介绍
课程任务
1）系统介绍B737-NG飞机结构、系统特点和起落架构造； 2）培养理论与实践并重的航空机务维护类技能型人才；
预期目标
冀望同学们通过本课程的学习，能更多地了解B737系列飞 机的构造，累积一定的机务维护、系统调试和结构修理等方面 的实用技术。
第六章机身结构分析ppt课件
f=lf/df, ff=lff/df, af=laf/df,
精选课件ppt
15
6.2 机身上的载荷及其平衡
前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部 件传给机身的 集中力，在机身中段上与机 翼传给机身的集中力平衡。
机身看作支撑在机翼上的多支点梁。
精选课件ppt
16
6.2.1机身上的主要载荷
机身受到的主要载荷由强度规范规定。
精选课件ppt
23
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况
■ 构架式 ■ 闭合的空间薄壁梁（广泛采用的受力型式） • 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁) • 横向受力构件(普通框和加强框) • 外部壳体
精选课件ppt
24
图6.4 机身的结构受力型式
精选课件ppt
25
6.3.1构架式结构的机身
空间桁架
精选课件ppt
13
长而细的前机身能减小阻力。 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。 此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之增 加。 延长前机身时要考虑前起落架的布置条件，以保 证起落架具有必要的轮距，还要考虑把发动机移到 后机身。
精选课件ppt
14
三、机身参数
■ 机身可以看作是多支点外伸 梁，支点是机翼与机身的连 接接头。
2
6.1.1飞机机身的功用
■机身作为飞机结构的基础，通过受力关系，把飞机的所有 部件联成一个整体； ■装载乘员、设备和有效载荷，装载燃油； ■布置起落架； ■放置发动机； ■机身的结构质量占飞机质量的8%-15%； ■机身的结构质量占飞机结构质量的 40%-50%。
精选课件ppt
3
精选课件ppt
3. 当质量沿X轴分散 较大时或机身较长 时， 也会使 Mz 增 大；
精选课件ppt
15
6.2 机身上的载荷及其平衡
前后机身上的质量力、尾翼、起落架等部 件传给机身的 集中力，在机身中段上与机 翼传给机身的集中力平衡。
机身看作支撑在机翼上的多支点梁。
精选课件ppt
16
6.2.1机身上的主要载荷
机身受到的主要载荷由强度规范规定。
精选课件ppt
23
6.3 机身的结构受力型式及其受载情况
■ 构架式 ■ 闭合的空间薄壁梁（广泛采用的受力型式） • 纵向受力构件(桁条和加强桁条—桁梁) • 横向受力构件(普通框和加强框) • 外部壳体
精选课件ppt
24
图6.4 机身的结构受力型式
精选课件ppt
25
6.3.1构架式结构的机身
空间桁架
精选课件ppt
13
长而细的前机身能减小阻力。 机翼后掠使后机身延长，同时也使前机身 缩短。 此时后机身上的弯矩增大，因此机 身质量也随之增 加。 延长前机身时要考虑前起落架的布置条件，以保 证起落架具有必要的轮距，还要考虑把发动机移到 后机身。
精选课件ppt
14
三、机身参数
■ 机身可以看作是多支点外伸 梁，支点是机翼与机身的连 接接头。
2
6.1.1飞机机身的功用
■机身作为飞机结构的基础，通过受力关系，把飞机的所有 部件联成一个整体； ■装载乘员、设备和有效载荷，装载燃油； ■布置起落架； ■放置发动机； ■机身的结构质量占飞机质量的8%-15%； ■机身的结构质量占飞机结构质量的 40%-50%。
精选课件ppt
3
精选课件ppt
3. 当质量沿X轴分散 较大时或机身较长 时， 也会使 Mz 增 大；
飞机结构分析与设计
——
—
——
1. 机翼与机身的连接形式
L-1011飞机下单翼与 机身的连接
C-141飞机上单翼与 机身连接形式
5
1. 机翼与机身的连接形式
加强框与中央 翼缘条直接连 接
6
1. 机翼与机身的连接形式
过渡接头耳片叉耳连接式
7
8
3. 单块式机翼 单块式机翼上下壁板和前后墙腹板组成的翼盒通常完整地贯穿 机身，以保证壁板连续传力。 机翼扭矩 机身侧边周 缘连接条和 腹板支柱
五、中外翼对接处的传力
1、机翼结构的分离面（补充）
分离面 设计分离面 工艺分离面
根据总体设计要求，为
工艺上制造和装配
使用、维护、运输等方
便而设置的分离面，采 用可拆卸连接。 有时设计分离面就是工艺分离面。
方便而设置的分离
面，采用不可拆连 接。
设计分离面连接处的接头一般称为对接接头。
1
2
4、梁式机翼 水平耳片接头传力 垂直剪力
耳片挤压力 水平剪力 垂直弯矩 水平弯矩 螺栓剪力 水平 翼梁缘条 力偶
机翼扭矩
根部加强肋
螺栓剪力
3
5、单块式机翼对接处的传力 分散对接接头
垫板式 栓弯 剪矩 力、 剪 力 、 扭 矩 6、多腹板式机翼多采用对孔连接给中翼传力 螺
对孔式 剪 弯 力 矩 、 扭 矩 螺 螺 栓 栓 轴 剪 力 力
4
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单块式机翼根部转为双梁式
12
总
结
机翼设计分离面及其传力分析
机翼与机身对接形式及其传力分析
13
第七讲结束
退 出
14
机 剪 力 前后墙腹板上的加强支柱
身
《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。
《飞机结构与系统》课件
尾翼结构
01
尾翼是飞机的重要部件之一，其主要功能是提供方向控制和稳定性。
02
尾翼通常由垂直安定面、水平安定面和升降舵等组成，其结构设计需 要考虑到气动性能、强度和刚度等多个因素。
03
尾翼的形状和尺寸需要根据飞机的总体设计要求进行选择和优化，以 确保尾翼能够满足气动性能和结构性能的要求。
04
尾翼的结构设计还需要考虑到制造工艺和维修要求，以确保尾翼易于 制造、维修和使用。
飞机结构的设计要求
强度和刚度
满足飞行过程中的各种载荷要 求，保证飞机的安全性和稳定
性。
耐腐蚀性
能够承受各种环境因素，如大 气、水和化学物质等的影响。
重量和成本
尽可能减轻重量并降低成本， 以提高飞机的经济性和市场竞 争力。
可维护性和安全性
便于维护和检修，同时保证乘 客和机组人员的安全。
02
飞机机体结构
05
飞机安全性与可靠性
飞机安全性设计
安全性设计原则
应急设施设计
确保飞机在正常和异常情况下都能保 障乘员安全，遵循国际民航组织的安 全标准和建议。
为应对紧急情况，飞机上应配备紧急 出口、救生设施和氧气面罩等，以确 保乘员在紧急情况下能够迅速撤离。
结构安全设计
对飞机结构进行详细分析，确保其能 够承受飞行过程中的各种载荷和应力 ，防止因结构失效而引发安全事故。
机身结构
机身是飞机的主体结构，其主 要功能是装载乘客、货物和燃 料等，并承受飞机的各种载荷
。
机身通常由筒体、框架、蒙皮 等组成，其结构设计需要考虑 到强度、刚度和疲劳等多个因
素。
机身的形状和尺寸需要根据飞 机的总体设计要求进行选择和 优化，以确保机身能够满足气 动性能和结构性能的要求。
飞机结构与系统(起落架系统)课件
该机型采用前三点式起落架，主起落架向后收入发动机舱，前起落架向前收入机身。
波音737起落架系统还包括了应急着陆滑行装置，用于在轮胎损坏或充气不足的情 况下提供额外的摩擦力。
空客A320起落架系统应用实例
空客A320起落架系统采用了碳 刹车和电子防滑装置，以提供 更好的制动性能和安全性。
该机型采用后掠式主起落架， 可提供更大的轮距和更好的地 面适应性。
飞机起落架系统的发展趋 势
轻量化设计
总结词
随着航空工业的发展，轻量化设计已成 为飞机起落架系统的重要趋势。
VS
详细描述
轻量化设计有助于减少飞机重量，降低油 耗，提高飞行效率。起落架系统作为飞机 的重要部分，其轻量化设计对于整个飞机 的性能提升具有重要意义。目前，采用先 进的材料和结构设计技术是实现起落架系 统轻量化的主要手段。
智能化控制
总结词
智能化控制技术为起落架系统的控制提供了新的解决方案。
详细描述
通过引入先进的传感器、控制器和执行机构，可以实现起落 架系统的智能化控制。这不仅可以提高起落架系统的稳定性 和可靠性，还可以降低飞行员的操作难度，提高飞行的安全性。
绿色环保设计
总结词
随着环保意识的提高，绿色环保设计在起落 架系统中的应用越来越广泛。
功能
支撑飞机重量，吸收地面冲击， 减缓着陆时的撞击力，实现起飞 和着陆滑行，以及在地面停放时 提供稳定性。
起落架系统的组成
01
02
03
04
主起落架
位于飞机重心附近，负责吸收 着陆时的冲击能量，并支撑机
体重量。
前起落架
位于机头下方，负责吸收地面 冲击，控制机头方向，以及在
滑行时提供转向能力。
减震装置
波音737起落架系统还包括了应急着陆滑行装置，用于在轮胎损坏或充气不足的情 况下提供额外的摩擦力。
空客A320起落架系统应用实例
空客A320起落架系统采用了碳 刹车和电子防滑装置，以提供 更好的制动性能和安全性。
该机型采用后掠式主起落架， 可提供更大的轮距和更好的地 面适应性。
飞机起落架系统的发展趋 势
轻量化设计
总结词
随着航空工业的发展，轻量化设计已成 为飞机起落架系统的重要趋势。
VS
详细描述
轻量化设计有助于减少飞机重量，降低油 耗，提高飞行效率。起落架系统作为飞机 的重要部分，其轻量化设计对于整个飞机 的性能提升具有重要意义。目前，采用先 进的材料和结构设计技术是实现起落架系 统轻量化的主要手段。
智能化控制
总结词
智能化控制技术为起落架系统的控制提供了新的解决方案。
详细描述
通过引入先进的传感器、控制器和执行机构，可以实现起落 架系统的智能化控制。这不仅可以提高起落架系统的稳定性 和可靠性，还可以降低飞行员的操作难度，提高飞行的安全性。
绿色环保设计
总结词
随着环保意识的提高，绿色环保设计在起落 架系统中的应用越来越广泛。
功能
支撑飞机重量，吸收地面冲击， 减缓着陆时的撞击力，实现起飞 和着陆滑行，以及在地面停放时 提供稳定性。
起落架系统的组成
01
02
03
04
主起落架
位于飞机重心附近，负责吸收 着陆时的冲击能量，并支撑机
体重量。
前起落架
位于机头下方，负责吸收地面 冲击，控制机头方向，以及在
滑行时提供转向能力。
减震装置
第1章飞机结构及其特点ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
（5）翼肋
加强翼肋 主要用于承受固定在翼面上的部件（起落架、发动机、副
翼及翼面其他活动部分悬挂接头）的集中力和力矩，并将它们 传递转化为分散力传给蒙皮和翼梁、纵墙的腹板。结构不连续 的地方也要布置加强肋，用于重新分配在纵向构件轴线转折处 壁板和腹板之间的力，或在翼面结合处和大开口边界上将扭矩 转变为力偶。加强肋有很大的横截面积，挤压型材制成的缘条、 腹板不开口，用支撑角材加强，翼肋上的桁条重新对接，不需 要切断翼肋缘条。有时这样的翼肋由锻件制造，或采用桁架式 结构。
按照抗弯材料的配置，蒙皮骨架式翼面可分为梁式、单块式 和多墙式三种结构形式。
最初的薄壁结构翼面蒙皮很薄，只承担扭矩，不能承受弯 矩，称为梁式结构。
以后蒙皮不断加厚，支持蒙皮的桁条相应加强。蒙皮不仅 承扭，还参与承弯，并且承弯程度越来越高，以至蒙皮与 桁条一起组成的加强壁板成为主要的承弯构件，此时结构 便发展成单块式结构。
（3）翼梁
翼梁由梁的腹板和缘条（或称凸缘）组成，大多在根部与中翼段 或与机身固接，剖面呈工字形或槽形。翼梁是单纯的受力件，缘 条承受由弯矩M引起的拉压轴力。由支柱加固的腹板承受剪力并 能承受由扭矩引起的剪流，使翼面周边形成闭室并在这两种情况 下受剪。在有的结构形式中，它是翼面主要的纵向受力件，承受 翼面全部或大部分 弯矩。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
§1.2 机翼结构形式
机翼是飞机产生升力和滚转操纵力矩的主要部件，同时也是现代飞 机存储燃油的地方。机翼作为飞机的主要气动面，是主要的承受气动 载荷部件，其结构高度低，承载大。机翼通常有以下气动布局形式： 平直翼、梯形翼、三角翼、后掠翼、边条翼、前掠翼、变后掠翼和菱 形翼等。
《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
飞行器结构设计 第二章PPT课件
主要疲劳载荷，机动飞行的种类,飞行次数等；
3.增压载荷：气密压舱一个飞行起落中，压力的变化，增压载 荷的变化规律，作用次数等统计；
4.着陆撞击载荷：一个起落一次撞击，撞击载荷的强度；
10.08.2020
34
2.3 复杂载荷情况
⑤ 地面滑行载荷：指地面滑行飞机颠簸所受到的载荷，与飞 机跑道的质量、飞机的重量等有关；
④ 规范中的过载系数可供选择 (飞行包线上给定）。
10.08.2020
32
2.3 复杂载荷情况
飞机是一种反复使用的运载工具或作战武器。 服役期内会遇到各种载荷。
设计中，不仅应掌握典型设计状态中的极限 载荷及其对结构作用的分析方法，（以作为飞机 结构极限能力的设计依据）；还应把握这些载荷 的变化规律，作用次数等统计规律，因为这些虽 未达到极限状态，但长期作用仍对结构有破坏作 用，这就是通常所说的疲劳载荷。
⑥ 发动机动力装置的热反复载荷；
⑦ 地-空-地循环载荷：飞行地面滑行时的1g载荷变化到空中 飞行的1g载荷，这种均值载荷的变化也是疲劳载荷；
⑧ 其他：机翼尾流p 对尾翼的周期性作用
10.08.2020
t
35
2.3 复杂载荷情况
作 用：
① 设备工作的影响； ② 人员的不适； ③ 结构疲劳导致缺陷生长成裂纹并不断发展，最终导致断裂 ④ 疲劳载荷是飞机设计中最重要的考虑因素，是定寿的基本依据。 二、其他特殊情况载荷 1、非正常状态载荷: 单发停车、尾旋、单轮着地、打地转、机头碰地、飞
Hale Waihona Puke 空气动力噪音：附面层压力波动、尾流、激波振荡
武器发射噪音：机炮、导弹、火箭发射
5、瞬时的响应载荷
起飞助推、外挂物投放、弹射等对飞机结构作用
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
现代飞机的结构越来越复杂，结构设计人员要掌 握现代科学技术的新成果，采用先进的设计方法 和技术，才能设计出成功的结构。
• 下面简要介绍几种以计算机技术为基础的重要
的设计方法和技术
1. 有限元素法
2. 结构优化设计
3. 数字化设计（自学）
4. 多学科设计优化（自学）
2021/3/7
6
12.2.1 结构有限元分析
1. 单元模型。如杆单元与梁单元，板单元与体单元。 2. 单元的剖分数量。如 应力集中处单元剖分密度要大。
开 孔 板 网 格 剖 分 图
3. 单元插值函数的选取。
2021/3/7
14
三、有限元模型化原则
模型化工作，就是把实际结构的力学问题化为一种能够 用有限元法求解的力学模型。建立合理的力学模型是有 限元法的关键。
12
有限元法解体操作的典型步骤
单元 剖分
单元分析、 建立单元 刚度方程
结构整体分析、 组集总体刚度方
程 {F}=[K]{}
数值求解节点位
移: {}=[K]-1{F}
实例
结构内任意点处的 应力、应变分析
单元分析、 单元刚度方程
有限元法解题的步骤和过程图
2021/3/7
13
影响有限元法计算精度的因素
12.1 飞机结构设计思想的发展过程
• 飞机结构设计必须保证结构有良好的安全可靠性。 随着科学技术的发展，飞机结构设计的准则、要 求、方法和内容均有很大的发展。
飞机结构设计思想发展过程
20世纪 / 40年代 / 50、60年代 / 70年代
只考虑强度、刚 度设计→静、动 强度设计
静强度、动强 破损安全、耐
一、有限元素法在结构设计的作用 二、有限元素法的基本概念 三、有限元模型化原则 四、有限元软件
2021/3/7
7
一、有限元素法在结构设计的作用
➢ 结构设计的具体过程：
结构的失效判据
具体结构外 载荷、边界 条件等
结构的应力、 应变分析
评估结构 承载能力、 使用寿命、 可靠性等
修改、完 善设计， 制定试验 方案 等等
年 代 50 年 代
60 年 代
80 年 代
设计方法 定性分析和初 较精确的定量设 并行工程方法—全 步定量设计 计和优化设计 寿命周期的系统化 设计方法
简单分析模型、 大型复杂的模型、除了已有的技术外， 科技水平 经验及解析分 有限元技术、数 还有系统工程等理
析法
值分析法
论
2021/3/7
5
• 随着飞机性能的提高、新材料和新技术的应用，
2021/3/7
16
四、有限元软件
有限元法通用软件的结构
几何参数 材料性能 载荷 边界条件
有限元模型 前置处理
有限元 分析
有限元模型的建立 和数据输入阶段
数值计 算阶段
节点位移打印清单
应力值打印清单
后置 处理
位移图形显示 等参数线图形显示
单元彩色变化图
度和疲劳安全 久性、损伤容
寿命设计
限设计等要求
2021/3/7
目前
保证结构的 完整性
3
12.1 飞机结构设计思想的发展过程
静强度和刚度设阶段 强度、刚度、疲劳安全寿命设计阶段 强度、刚度、损伤容限和耐久性设计阶段 结构可靠性设计试用阶段
20世纪 / 40年代 / 50、60年代 / 70年代
飞机结构分析与设计
20ห้องสมุดไป่ตู้1/3/7
第二讲
1
第12章的主要内容
结构设计思想的发展 现代结构设计方法简介
✓ 有限元素法 ✓ 结构优化设计 ✓ 数字化设计（自学） ✓ 多学科设计优化（自学）
重点掌握：
➢ 各种结构设计思想之间的差别；
➢ 各种设计方法的思想或原理。
2021/3/7
2
第12章 飞机结构设计思想和方法
不恰当的模型化会带来失真或误差，甚至导致计算失败。
好的计算模型要利用以往成功的经验，经过反复论证和
必要的试验才能产生。
2021/3/7
15
有限元模型化原则
有限元模型化的最基本原则是： 必须确保这一力学模型
能够模拟实际结构的主要力学状态，并尽可能减少模拟 误差。 这一原则从三方面把握：
1. 结构的力学特征：抓住主要矛盾，选取合适单元 2. 载荷模拟 ：确定载荷的性质和量值 3. 支承模拟 ：即边界条件的确定，但较困难
只考虑强度、刚
度设计→静、动
强度设计
静强度、动强 破损安全、耐
度和疲劳安全 久性、损伤容
寿命设计
限设计等要求
每种思想的（1）当时技术发展背景；
2021/3/7
（2）设计准则
目前
保证结构的 完整性
4
12.2 飞机结构设计方法
• 飞机结构设计方法随着科学与技术的发展在不断进步。
飞机结构设计方法发展情况表
全机有限元计算模型
机翼、机身计算模型
它是一种近似数值分析方法，因 为其求解的基本方程是一个代数方程 组，而不是描述真实连续体场变量的 微分方程组。
9
单元 单元的形式可以区分为
（1）按几何形状：一维、二维或三维； （2）按节点参数： Lagrange族（只包含场函数的节点值）
或Hermite族（还包含场函数导数的节点值）； （3）按插值函数：Lagrange多项式或Hermite多项式； （4）按单元坐标：笛卡儿坐标或自然坐标。
3. 单元的形状合理。每个单元应尽量趋近于正多边形或 正多面体，不能出现面积很小的二维尖角元或体积很
小的三维薄元。
2021/3/7
11
网格剖分
4. 网格的密度分布合理。分析值变化梯度大的区域需要细 化网格。
5. 相临单元的边界相容，不能从一个单元的边或面的内部 产生另一个单元的顶点。
2021/3/7
这些区分法在有限元素法的专门课程中会介绍，这里
简单介绍一下第一种分法的元素
2021/3/7
10
网格剖分
有限元网格剖分应满足以下条件：
1. 单元之间不能相互重叠或分离，要与原结构的占有空 间相容。
2. 单元应精确逼近原结构。即：所有原结构的顶点都应 取为单元的顶点，所有网格的表面顶点都应落在原结 构表面，所有原结构的边和面都被单元的边和面所逼 近。
有限元素法
2021/3/7
有限元分析在结 构设计中的作用
8
二、有限元素法的基本概念
有限元法的定义 单元 网格剖分 有限元法解题操
作的典型步骤
影响有限元法计 算精度的因素
2021/3/7
有限元素法的定义
有限元素法是将一个形状复杂的 连续体分解为有限个形状简单的子区 域，即将一个连续体简化为由有限个 单元组成的等效组合体，把求解连续 体的场变量（应力、位移等）问题简 化为求解有限个单元节点上的场变量 值。
• 下面简要介绍几种以计算机技术为基础的重要
的设计方法和技术
1. 有限元素法
2. 结构优化设计
3. 数字化设计（自学）
4. 多学科设计优化（自学）
2021/3/7
6
12.2.1 结构有限元分析
1. 单元模型。如杆单元与梁单元，板单元与体单元。 2. 单元的剖分数量。如 应力集中处单元剖分密度要大。
开 孔 板 网 格 剖 分 图
3. 单元插值函数的选取。
2021/3/7
14
三、有限元模型化原则
模型化工作，就是把实际结构的力学问题化为一种能够 用有限元法求解的力学模型。建立合理的力学模型是有 限元法的关键。
12
有限元法解体操作的典型步骤
单元 剖分
单元分析、 建立单元 刚度方程
结构整体分析、 组集总体刚度方
程 {F}=[K]{}
数值求解节点位
移: {}=[K]-1{F}
实例
结构内任意点处的 应力、应变分析
单元分析、 单元刚度方程
有限元法解题的步骤和过程图
2021/3/7
13
影响有限元法计算精度的因素
12.1 飞机结构设计思想的发展过程
• 飞机结构设计必须保证结构有良好的安全可靠性。 随着科学技术的发展，飞机结构设计的准则、要 求、方法和内容均有很大的发展。
飞机结构设计思想发展过程
20世纪 / 40年代 / 50、60年代 / 70年代
只考虑强度、刚 度设计→静、动 强度设计
静强度、动强 破损安全、耐
一、有限元素法在结构设计的作用 二、有限元素法的基本概念 三、有限元模型化原则 四、有限元软件
2021/3/7
7
一、有限元素法在结构设计的作用
➢ 结构设计的具体过程：
结构的失效判据
具体结构外 载荷、边界 条件等
结构的应力、 应变分析
评估结构 承载能力、 使用寿命、 可靠性等
修改、完 善设计， 制定试验 方案 等等
年 代 50 年 代
60 年 代
80 年 代
设计方法 定性分析和初 较精确的定量设 并行工程方法—全 步定量设计 计和优化设计 寿命周期的系统化 设计方法
简单分析模型、 大型复杂的模型、除了已有的技术外， 科技水平 经验及解析分 有限元技术、数 还有系统工程等理
析法
值分析法
论
2021/3/7
5
• 随着飞机性能的提高、新材料和新技术的应用，
2021/3/7
16
四、有限元软件
有限元法通用软件的结构
几何参数 材料性能 载荷 边界条件
有限元模型 前置处理
有限元 分析
有限元模型的建立 和数据输入阶段
数值计 算阶段
节点位移打印清单
应力值打印清单
后置 处理
位移图形显示 等参数线图形显示
单元彩色变化图
度和疲劳安全 久性、损伤容
寿命设计
限设计等要求
2021/3/7
目前
保证结构的 完整性
3
12.1 飞机结构设计思想的发展过程
静强度和刚度设阶段 强度、刚度、疲劳安全寿命设计阶段 强度、刚度、损伤容限和耐久性设计阶段 结构可靠性设计试用阶段
20世纪 / 40年代 / 50、60年代 / 70年代
飞机结构分析与设计
20ห้องสมุดไป่ตู้1/3/7
第二讲
1
第12章的主要内容
结构设计思想的发展 现代结构设计方法简介
✓ 有限元素法 ✓ 结构优化设计 ✓ 数字化设计（自学） ✓ 多学科设计优化（自学）
重点掌握：
➢ 各种结构设计思想之间的差别；
➢ 各种设计方法的思想或原理。
2021/3/7
2
第12章 飞机结构设计思想和方法
不恰当的模型化会带来失真或误差，甚至导致计算失败。
好的计算模型要利用以往成功的经验，经过反复论证和
必要的试验才能产生。
2021/3/7
15
有限元模型化原则
有限元模型化的最基本原则是： 必须确保这一力学模型
能够模拟实际结构的主要力学状态，并尽可能减少模拟 误差。 这一原则从三方面把握：
1. 结构的力学特征：抓住主要矛盾，选取合适单元 2. 载荷模拟 ：确定载荷的性质和量值 3. 支承模拟 ：即边界条件的确定，但较困难
只考虑强度、刚
度设计→静、动
强度设计
静强度、动强 破损安全、耐
度和疲劳安全 久性、损伤容
寿命设计
限设计等要求
每种思想的（1）当时技术发展背景；
2021/3/7
（2）设计准则
目前
保证结构的 完整性
4
12.2 飞机结构设计方法
• 飞机结构设计方法随着科学与技术的发展在不断进步。
飞机结构设计方法发展情况表
全机有限元计算模型
机翼、机身计算模型
它是一种近似数值分析方法，因 为其求解的基本方程是一个代数方程 组，而不是描述真实连续体场变量的 微分方程组。
9
单元 单元的形式可以区分为
（1）按几何形状：一维、二维或三维； （2）按节点参数： Lagrange族（只包含场函数的节点值）
或Hermite族（还包含场函数导数的节点值）； （3）按插值函数：Lagrange多项式或Hermite多项式； （4）按单元坐标：笛卡儿坐标或自然坐标。
3. 单元的形状合理。每个单元应尽量趋近于正多边形或 正多面体，不能出现面积很小的二维尖角元或体积很
小的三维薄元。
2021/3/7
11
网格剖分
4. 网格的密度分布合理。分析值变化梯度大的区域需要细 化网格。
5. 相临单元的边界相容，不能从一个单元的边或面的内部 产生另一个单元的顶点。
2021/3/7
这些区分法在有限元素法的专门课程中会介绍，这里
简单介绍一下第一种分法的元素
2021/3/7
10
网格剖分
有限元网格剖分应满足以下条件：
1. 单元之间不能相互重叠或分离，要与原结构的占有空 间相容。
2. 单元应精确逼近原结构。即：所有原结构的顶点都应 取为单元的顶点，所有网格的表面顶点都应落在原结 构表面，所有原结构的边和面都被单元的边和面所逼 近。
有限元素法
2021/3/7
有限元分析在结 构设计中的作用
8
二、有限元素法的基本概念
有限元法的定义 单元 网格剖分 有限元法解题操
作的典型步骤
影响有限元法计 算精度的因素
2021/3/7
有限元素法的定义
有限元素法是将一个形状复杂的 连续体分解为有限个形状简单的子区 域，即将一个连续体简化为由有限个 单元组成的等效组合体，把求解连续 体的场变量（应力、位移等）问题简 化为求解有限个单元节点上的场变量 值。