工程力学导论nima

工程力学

专业导论

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袁慧君

第一讲智能材料结构

——王鑫伟

一．什么是工程力学？

理论力学（刚体）+材料力学（变形体）=工程力学

1.定义：

工程力学是研究有关物质宏观运动规律，及其应用的科学。工程给力学提出问题，力学的研究成果改进工程设计思想。从工程上的应用来说，工程力学包括：质点及刚体

力学，固体力学，流体力学，流变学，土力学，岩体力学等。

2.研究方法：

分实验研究和理论分析与计算两个方面。两者往往综合运用，互相促进。

3.南航的工程力学（重点学科）

多学科交叉发展和相互促进，以力学理论为基础，以航空宇航科技为依托。

陶宝祺教授在1990年组建智能材料与结构研究所。

二．智能材料技术

1.提出的背景：

1）随着航空航天飞行器的发展，不断地对其结构提出新的要求，总的趋势是结构大型化，轻量化，高可靠性，服役期长等，这些刺激着智能材料的孕育。

2）高新技术的开发应用，又为智能结构的诞生奠定了技术基础。

3）民用飞机竞争的焦点在于飞机的经济性、安全性等。

2.疑问：

飞机能否像鸟一样灵活的飞翔？

结构能否有损伤自诊断和自愈合的能力？

三．智能材料结构（Smart material structure technology or Intelligent material structure technology)

1.概念：

将传感元件、驱动元件和控制系统结合或融合在基体材料中的一

种结构。这种结构不仅具有承受载荷的能力，还具有识别、分析、判断、动作等额外功能。具体地说，就是具有检测（应变，损伤、温度、压力及各种制导光源）、通信（数据传输）。

从工程的角度：具备感知，驱动和控制着三个基本要素

从仿生学的角度：将具有仿生命功能的材料融合与基体材料中，

是制成的构建具有人们期望的智能。

2.飞行器智能材料结构设计的特点：

材料设计与结构设计、制造一体化

3.诞生的原因：1）复合材料在结构中的普遍使用，使得驱动元件和传感元件易融入材料。

2）对机械、电子、动作等材料的多方面性能的耦合。

3）微电子技术、总线、计算机技术、信息处理、快速控制。

4.现状：

航空领域比较保守（重量限制、设计安全系数不高），仍处于验

证阶段。

在土木工程领域，有实际应用——桥梁结构的健康监测和振动

抑制。

飞行器结构健康监测（小裂纹、小损伤的监测）

结构强度自诊断、自适应、自愈合系统：飞行器结构减振降噪、自适应机、形状记忆合金、自适应（智能）旋翼

5.传感器、驱动器和系统集成技术

智能材料系统：1.嵌入式智能材料（系统）

2.材料（系统）本身具有一定智能功能。

驱动器：磁流变体变阻尼器

6.在研项目

如：飞行器智能结构系统的集成研究

Lamb波在板中传播的数值模拟

第二讲数值模拟

（Numerical simulations）——王鑫伟

工程力学（硕士）——研究方向：工程问题的力学建模与计算机仿真（数值仿真）

工程力学（博士）——研究方向：工程问题的力学建模与计算机仿真（复合材料结构力

学）。

一．数值模拟

1.定义：也叫计算机模拟，它以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法，达到

对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。

实际上应理解为用计算机做物理实验。

2.包含以下几个步骤：

1）建立反映问题本质的数学模拟。

2）寻求高效率、高准确度的计算方法。

3）编制程序。

4）图像显示计算结果。

3.重要性

1）优化结构的设计来提高产品的质量，缩短设计周期

2）事先了解服役环境下飞行器结构的性能，提高安全性

3）电子封装、焊点的应力分析、场问题分析，通过仿真进行模拟

4.任务：

利用计算机求出控制微分方程的近似解。

5.举例

1）结构设计时进行总体应力分析。

2）对结构的重要细节进行应力分析。

6.数值计算方法

○1微分求积单元法○2加权余量法（有：配点法、最小二乘法、迦辽金法、矩

法、子域法）

○3边界元法———————○4无网格或无单元法

︸高效的计算方法（：研究计算量少，精度高，可用于复杂结构分析

和仿真的数值计算方法）

○5有限单元法○6有限差分法

○7离散奇异卷积法○8其他方法

7.研究容：

结构力学、有限元

第三讲工程力学导论

——周丽

1.工程力学的起源：

二十世纪五十年代末出现，首先提出的是钱学森。

2.研究容

研究有关物质宏观运动规律及其应用。

3.应用

包括理论力学、材料力学、结构力学、固体力学、流体力学、流变学、土力学、岩体力学等。

4.研究方法

实验研究和理论分析与计算。

5.航空工程中的力学问题

1）能不能飞——升力与阻力

2）飞得更高更快：20C20年代末，采用流线型设计减少阻力。

音障激波（增加阻力）

3）飞的安全：1 静强度设计

2 刚度设计（防颤振）

3 安全寿命（防疲劳）

4 损伤容限设计（放断裂）

第四讲复合材料力学概论

（复合材料力学是在研究复合材料的力学性能基础上发展起来的固体力学的一门新的