工程力學(xué)基礎(chǔ)

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1、什么是工程力學(xué)11.1什么是力學(xué)1.2力學(xué)與工程1.3現(xiàn)代力學(xué)的發(fā)展及其特點(diǎn)1.7工程靜力學(xué)研究主線1.5最基本概念--力和運(yùn)動1.4學(xué)科分類1.6一般研究方法第一章緒論返回主目錄2是各技術(shù)工程學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)，是溝通自然科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程實踐的橋梁。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門基礎(chǔ)科學(xué)。直接服務(wù)于工程,又是一門技術(shù)科學(xué)。力學(xué)是研究物質(zhì)機(jī)械運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)。墨子：“力，形之所以奮也”。（公元前4世紀(jì)）力是物體為什么改變其狀態(tài)的原因。1.1什么是力學(xué)？3機(jī)械、結(jié)構(gòu)等受力如何？如何運(yùn)動？如何變形？破壞？如何控制設(shè)計？其目的是：了解工程

2、系統(tǒng)的性態(tài)并為其設(shè)計提供合理的規(guī)則。工程力學(xué)（或者應(yīng)用力學(xué)）是:將力學(xué)原理應(yīng)用實際工程系統(tǒng)的科學(xué)。性態(tài)規(guī)則返回主目錄4以力學(xué)與航空航天工程為例簡單回顧。1.2力學(xué)與工程5實驗探索：風(fēng)箏、火箭、模擬鳥類滑翔等。問題一、如何飛起來？6到19世紀(jì)末，經(jīng)典流體力學(xué)基礎(chǔ)已經(jīng)形成。1783年6月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。1875年，氫氣球載人飛行到萬米高空。19世紀(jì)后，出現(xiàn)了飛艇。充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力，用動力裝置輔助控制,可以向任意方向飛行。空氣靜力飛行：（氣球、飛艇）到20世紀(jì)，人們從理論和實踐二方面研究飛行器與空氣相對運(yùn)動時作用

3、力(升力，阻力)的產(chǎn)生及其規(guī)律?？諝鈩恿W(xué)發(fā)展并形成新分枝?？諝鈩恿︼w行：71949年，第一架噴氣式客機(jī)“彗星號”,可載客80名，最大起飛重量達(dá)70噸，跨音速。1903年，萊特兄弟（美國）的木制機(jī)身、雙層帆布機(jī)翼螺旋槳飛機(jī)第一次飛行。8空氣動力試驗---風(fēng)洞實驗9材料力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、失效判據(jù)、設(shè)計規(guī)范研究內(nèi)容問題二如何飛？作為剛體，研究運(yùn)動規(guī)律和控制。飛行力學(xué)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、計算力學(xué)等。屬于靜強(qiáng)度設(shè)計。相應(yīng)學(xué)科問題三如何保證結(jié)構(gòu)的安全？無缺陷均勻材料，變形體。研究對象10飛機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實驗機(jī)翼破壞實驗11機(jī)身

4、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實驗12材料缺陷的影響如何？載荷變化的影響如何？60年代末，美國空軍F-111飛機(jī)連續(xù)發(fā)生災(zāi)難性事故，是由含裂紋構(gòu)件的脆性斷裂引起的，斷裂力學(xué)方法也從此引入飛機(jī)設(shè)計中。斷裂力學(xué)--考慮材料缺陷和裂紋近代，復(fù)合材料，智能結(jié)構(gòu)的研究。目標(biāo)：更輕、更快、更安全（自監(jiān)測、自診斷）1952年，“Comet”試飛300多小時后投入使用。1954年元月突然發(fā)生空中爆炸，墜落于地中海。殘骸研究后表明，起源于機(jī)身開口拐角處的裂紋，在擾動載荷作用下擴(kuò)展導(dǎo)致破壞。疲勞力學(xué)--考慮載荷變化和重復(fù)作用的影響13振動、噪聲控制；穩(wěn)定性和可操縱性力學(xué)與工

5、程緊密結(jié)合。是一門既古老又年輕的學(xué)科，它對于近、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，有重要的影響。問題四、如何更加舒適？飛起來?跨、超音速空氣動力學(xué)噴氣機(jī)、后掠翼、復(fù)合材料快速理論力學(xué)飛行力學(xué)如何飛？安全振動噪聲；穩(wěn)定性舒適材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)計算力學(xué)疲勞力學(xué)斷裂力學(xué)空氣動力學(xué)雙、單翼機(jī)氣球、飛艇流體力學(xué)實驗力學(xué)14大型汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的破壞例：15軸葉輪疲勞斷裂破壞16轉(zhuǎn)子軸疲勞開裂疲勞斷裂破壞17葉片擊穿廠房18臺南高屏大橋斷裂2000年8月27日下午3時20分，臺灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長達(dá)100米。17輛車墜河，22人受傷。采

6、沙過度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。192000年７月25日，法航協(xié)和式客機(jī)墜毀，113人死亡。地面鐵條使輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)動機(jī)。20汽車碰撞試驗21建筑物控制爆破22上海東方電視塔高300m球徑45m23抗震模型試驗（破壞部位、破壞形式、抗震能力）返回主目錄24材料與對象：金屬、土木石等?新型復(fù)合材料、高分子材料、結(jié)構(gòu)陶瓷、功能材料。尺度：宏觀、連續(xù)體?含缺陷體，細(xì)、微觀、納米尺度。1力學(xué)研究的發(fā)展：應(yīng)用領(lǐng)域：航空、土木、機(jī)械、材料?生命、微電子技術(shù)等實驗技術(shù)：電、光測實驗技術(shù)?全息、超聲、光纖測量，及實驗裝置的大型化。1.3

7、現(xiàn)代力學(xué)發(fā)展及其特點(diǎn)25靜強(qiáng)度、斷裂控制設(shè)計、抗疲勞設(shè)計、剛度設(shè)計?損傷容限設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、耐久性設(shè)計和可靠性設(shè)計等。保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能?設(shè)計-制造-使用-維護(hù)的綜合分析與控制，功能—安全—經(jīng)濟(jì)的綜合性評價，自感知、自激勵、自適應(yīng)（甚至自診斷、自修復(fù)）的智能結(jié)構(gòu)。設(shè)計目標(biāo)：設(shè)計準(zhǔn)則：262現(xiàn)代力學(xué)的特點(diǎn)應(yīng)用現(xiàn)代計算機(jī)、信息技術(shù)，與其他基礎(chǔ)或技術(shù)學(xué)科相互結(jié)合與滲透。材料設(shè)計：按所要求的性能設(shè)計材料。(90年代)計算機(jī)應(yīng)用：計算力學(xué)+計算機(jī)應(yīng)用?(60年代)解決復(fù)雜、困難的工程實際問題。使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合CAD技術(shù)）

8、監(jiān)測、控制技術(shù)（如振動監(jiān)測、故障診斷）；工程系統(tǒng)動態(tài)過程的計算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)；廣泛應(yīng)用至各工程領(lǐng)域。2790年代開始，力學(xué)與材料、控制（包括傳感與激勵）、計算機(jī)相結(jié)合，研究發(fā)展面向21世紀(jì)的、具有“活”的功能的智能結(jié)構(gòu)。智能結(jié)構(gòu)：生物