飞行器结构力学
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spContent=航空航天领域技术突飞猛进,先进飞行器不断涌现。一个理想的飞行器应该是满足全部设计条件下重量最轻的结构,为此,结构分析在飞行器研制过程中发挥着关键的作用。飞行器结构力学是结构分析的一门基础课程,讲授结构分析的理论基础、工程和数值计算方法,助你走进飞行器结构分析的殿堂。
—— 课程团队
课程概述

《飞行器结构力学》课程包括三部分的教学内容。第一部分为弹性力学基础:主要讲解弹性力学的理论体系,平面问题和板弯曲问题的理论和解法,以及能量原理及应用;第二部分为结构力学:主要讲解静定和静不定杆板式薄壁结构的内力及弹性位移的计算理论和方法,特别是薄壁梁的弯曲和扭转计算理论和方法,以及结构的稳定性理论;第三部分有限元基础:主要讲解基于最小势能原理的有限单元法的理论和方法,主要包括杆系结构有限元、平面问题有限元、以及薄板弯曲问题有限元。三部分教学内容相辅相成,弹性力学是结构力学和有限单元法的理论基础,结构力学是结构工程设计的主要估算方法,有限单元法是复杂工程结构数值计算的主要工具。

本课程教学内容较多,学时也较长,故本课程的三部分教学内容分三批发布。

授课目标
通过课程学习,使学生掌握 弹性力学的理论体系、平面问题和薄板弯曲问题的求解、能量原理的本质和应用;掌握静定和静不定杆板薄壁结构的内力和变形计算原理和方法;掌握有限元方法的基本原理、以及杆系结构、平面问题和薄板弯曲问题的有限元分析方法;具备一定的飞行器结构传力路线的分析能力。
课程大纲

第一部分  弹性力学基础

第一章  基本方程

1.1 基本假设和基本概念

1.2 平衡微分方程

1.3 几何方程和变形协调方程

1.4 物理方程

1.5 应力边界条件和圣维南原理

1.6 基本方程小结

第二章  平面问题

2.1 平面应力和平面应变问题

2.2 平面问题的基本方程

2.3 平面问题的基本解法

2.4 用直角坐标解平面问题

2.5 极坐标下平面问题的基本方程

2.6 用极坐标解平面问题

第三章  薄板弯曲

3.1 薄板弯曲的基本假设和简化

3.2 薄板弯曲的基本方程

3.3 薄板弯曲的边界条件

3.4 矩形薄板弯曲的基本解法

3.5 圆形薄板的弯曲

第四章  能量原理

4.1 应变能和余应变能

4.2 虚位移原理与最小势能原理

4.3 虚力原理与最小余能原理

4.4 杆和梁的总势能和总余能

4.5 能量原理的应用-里兹法

4.6 能量原理的应用-伽辽金法

 

第二部分  结构力学

第五章  结构的组成分析

 5.1 基本概念

 5.2 几何组成分析的基本规则

 5.3 刚架结构的组成分析

 5.4 杆板式薄壁结构元件的受力分析

 5.5 平面薄壁结构的组成分析

 5.6 空间薄壁结构的组成分析

第六章  静定结构的内力和弹性位移

 6.1 静定桁架的内力

 6.2 静定刚架的内力

 6.3 静定薄壁结构的内力

 6.4 静定结构的主要特征

 6.5 元件的广义力和广义位移

 6.6 静定结构位移计算

第七章  静不定结构的内力和弹性位移

 7.1 力法解静不定结构的内力

 7.2 环境因素引起的静不定结构内力计算

 7.3 对称结构的简化计算

 7.4 静不定结构的位移计算

 7.5 力法一般原理与基本系统选取 

第八章  薄壁梁的弯曲和扭转

 8.1 薄壁梁结构的简化假设

 8.2 自由弯曲时的正应力

 8.3 自由弯曲时开剖面剪流的计算

 8.4 开剖面的弯心

 8.5 单闭室剖面剪流的计算

 8.6 单闭室剖面薄壁梁的扭角和弯心

 8.7 多闭室剖面剪流的计算

第九章  结构的稳定

 9.1 稳定的基本概念

 9.2 薄板压曲的基本微分方程

 9.3 薄板的临界载荷

 9.4 加筋板受剪失稳后的工作情况


第三部分  有限元基础

第十章  有限单元法概述

10.1 基本思想和结构的离散化

10.2 离散系统的最小势能原理

10.3 有限单元法的一般列式

10.4 有限元刚度方程的求解

第十一章  杆系结构有限元

11.1 杆单元

11.2 总刚度矩阵的组集

11.3 桁架结构实例分析

11.4 梁单元

11.5 平面刚架结构实例分析

11.6 受剪板单元及实例分析

第十二章 平面问题有限元分析

12.1 平面问题有限元理论基础

12.2 三节点三角形单元

12.3 四节点矩形单元

12.4 等参单元

第十三章  薄板弯曲问题有限元分析

13.1 薄板弯曲问题有限单元理论基础

13.2 四节点矩形单元 (1)

13.3 四节点矩形单元 (2)

13.4 算例

预备知识

完成《材料力学》、《高等数学》等课程学习

证书要求

每一个学习单元包括视频、测试、作业、讨论,学习过程结束有考试。

1、视频学习中的随堂测验,选择题、填空题、判断题,不计分;

2、单元测验,计入总分,总共20分;

3、期末测试,计总分,30分;

4、开放作业,完成要求计算题、有限元程序编程、试验方案设计,计总分,40分。

5、参与论坛讨论,10分(发帖和回帖数量达到30个或达到本课程论坛发帖平均数)。 

6、在线开放课程暂无证书


参考资料

1.    史治宇丁锡洪.  飞行器结构力学.  国防工业出版社, 2015.

2.    史治宇.  变分原理及有限元.  国防工业出版社, 2016.

3.    徐芝纶弹性力学人民教学出版社, 1980.

4.    姜炳光刘国春结构力学国防工业出版社, 1980.

5.    Megson T. H. G. Aircraft structures for engineering students. Edward Arnold, 1972.

6.    Allen David H., Haisler Walter E. Introduction to aerospace structural analysis. John Wiley & Sons, 1985.

7.    王茂成邵敏有限单元法原理与数值方法清华大学出版社, 1988.

8.    Zienkiewicz O. C. The finite element method. McGRAW-HILL Book Company, 1977.