結構力學(xué)教學(xué)課件
結構力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)分支，它主要研究工程結構受力和傳力的規律，以及如何進(jìn)行結構優(yōu)化的學(xué)科，那么你對結構力學(xué)了解多少呢?以下是由小編整理關(guān)于什么是結構力學(xué)的內容，希望大家喜歡!
結構力學(xué)的簡(jiǎn)介
結構力學(xué)是一門(mén)古老的學(xué)科，又是一門(mén)迅速發(fā)展的學(xué)科。新型工程材料和新型工程結構的大量出現，向結構力學(xué)提供了新的研究?jì)热莶⑻岢鲂碌囊�。計算機的發(fā)展，又為結構力學(xué)提供了有力的計算工具。另一方面，結構力學(xué)對數學(xué)及其他學(xué)科的發(fā)展也起了推動(dòng)作用。有限元法這一數學(xué)方法的出現和發(fā)展就和結構力學(xué)的研究有密切關(guān)系。在固體力學(xué)領(lǐng)域中，材料力學(xué)給結構力學(xué)提供了必要的基本知識，彈性力學(xué)和塑性力學(xué)是結構力學(xué)的理論基礎。另外，結構力學(xué)與流體力學(xué)相結合形成邊緣學(xué)科——結構流體彈性力學(xué)。
評定結構的優(yōu)劣，從力學(xué)角度看，主要是結構的強度和剛度。工程結構設計既要保證結構有足夠的強度，又要保證它有足夠的剛度。強度不夠，結構容易破壞;剛度不夠，結構容易皺損，或出現較大的振動(dòng)，或產(chǎn)生較大的變形。皺損能夠導致結構的變形破壞，振動(dòng)能夠縮短結構的使用壽命，皺損、振動(dòng)、變形都會(huì )影響結構的使用性能，例如，降低機床的加工精度或減低控制系統的效率等。
觀(guān)察自然界中的天然結構，如植物的`根、莖和葉，動(dòng)物的骨骼，蛋類(lèi)的外殼，可以發(fā)現它們的強度和剛度不僅與材料有關(guān)，而且和它們的造型有密切的關(guān)系。很多工程結構是受到天然結構的啟發(fā)而創(chuàng )制出來(lái)的。人們在結構力學(xué)研究的基礎上，不斷創(chuàng )造出新的結構造型。加勁結構(見(jiàn)加勁板殼)、夾層結構(見(jiàn)夾層板殼)等都是強度和剛度比較高的結構。結構設計不僅要考慮結構的強度和剛度，還要做到用料省、重量輕。減輕重量對某些工程尤為重要，如減輕飛機的重量就可以使飛機航程遠、上升快、速度大、能耗低。
結構力學(xué)的體系
一般對結構力學(xué)可根據其研究性質(zhì)和對象的不同分為結構靜力學(xué)、結構動(dòng)力學(xué)、結構穩定理論、結構斷裂、疲勞理論和桿系結構理論、薄壁結構理論和整體結構理論等。
結構靜力學(xué)
結構靜力學(xué)是結構力學(xué)中首先發(fā)展起來(lái)的分支，它主要研究工程結構在靜載荷作用下的彈塑性變形和應力狀態(tài)，以及結構優(yōu)化問(wèn)題。靜載荷是指不隨時(shí)間變化的外加載荷，變化較慢的載荷，也可近似地看作靜載荷。結構靜力學(xué)是結構力學(xué)其他分支學(xué)科的基礎。
結構動(dòng)力學(xué)
結構動(dòng)力學(xué)是研究工程結構在動(dòng)載荷作用下的響應和性能的分支學(xué)科。動(dòng)載荷是指隨時(shí)間而改變的載荷。在動(dòng)載荷作用下，結構內部的應力、應變及位移也必然是時(shí)間的函數。由于涉及時(shí)間因素，結構動(dòng)力學(xué)的研究?jì)热菀话惚冉Y構靜力學(xué)復雜的多。(見(jiàn)結構動(dòng)力學(xué))
結構穩定理論
結構穩定理論是研究工程結構穩定性的分支�，F代工程中大量使用細長(cháng)型和薄型結構，如細桿、薄板和薄殼。它們受壓時(shí)，會(huì )在內部應力小于屈服極限的情況下發(fā)生失穩(皺損或曲屈)，即結構產(chǎn)生過(guò)大的變形，從而降低以至完全喪失承載能力。大變形還會(huì )影響結構設計的其他要求，例如影響飛行器的空氣動(dòng)力學(xué)性能。結構穩定理論中最重要的內容是確定結構的失穩臨界載荷。(見(jiàn)板殼穩定性)
結構斷裂和疲勞理論
結構斷裂和疲勞理論是研究因工程結構內部不可避免地存在裂紋，裂紋會(huì )在外載荷作用下擴展而引起斷裂破壞，也會(huì )在幅值較小的交變載荷作用下擴展而引起疲勞破壞的學(xué)科。我們對斷裂和疲勞的研究歷史還不長(cháng)，還不完善，但斷裂和疲勞理論發(fā)展很快。
在結構力學(xué)對于各種工程結構的理論和實(shí)驗研究中，針對研究對象還形成了一些研究領(lǐng)域，這方面主要有桿系結構理論、薄壁結構理論和整體結構理論三大類(lèi)。整體結構是用整體原材料，經(jīng)機械銑切或經(jīng)化學(xué)腐蝕加工而成的結構，它對某些邊界條件問(wèn)題特別適用，常用作變厚度結構。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，又涌現出許多新型結構，比如20世紀中期出現的夾層結構和復合材料結構
結構力學(xué)的研究方法
結構力學(xué)的研究方法主要有工程結構的使用分析、實(shí)驗研究、理論分析和計算三種。在結構設計和研究中，這三方面往往是交替進(jìn)行并且是相輔相成的進(jìn)行的。
使用分析在結構的使用過(guò)程中，對結構中出現的情況進(jìn)行分析比較和總結，這是易行而又可靠的一種研究手段。使用分析對結構的評價(jià)和改進(jìn)起著(zhù)重要作用。新設計的結構也需要通過(guò)使用來(lái)檢驗性能。
實(shí)驗研究能為鑒定結構提供重要依據，這也是檢驗和發(fā)展結構力學(xué)理論和計算方法的主要手段。實(shí)驗研究分為三類(lèi)：①模型實(shí)驗：將真實(shí)結構或者它的一部分簡(jiǎn)化為模型，然后按照設計要求或研究要求進(jìn)行加力實(shí)驗;②真實(shí)結構部件實(shí)驗：它有兩個(gè)任務(wù)，一是驗證模型實(shí)驗中所用簡(jiǎn)化模型的可靠性，二是驗證理論設計計算的準確性;③真實(shí)結構實(shí)驗：例如，飛機地面破壞實(shí)驗、飛行實(shí)驗和汽車(chē)的開(kāi)車(chē)實(shí)驗等。(見(jiàn)結構靜力實(shí)驗)
結構的力學(xué)實(shí)驗通常要耗費較多的人力、物力和財力，因此只能有限度地進(jìn)行，特別是在結構設計的初期階段，一般多依靠對結構部件進(jìn)行理論分析和計算。
理論計算主要有兩方面內容：
�、儆嬎隳Ｐ凸こ探Y構的形式很多，它們的聯(lián)結方式也各不相同。并且，在實(shí)際結構中還存在局部的加強和削弱。因此，在理論計算時(shí)必須采用一些假設，把實(shí)際結構簡(jiǎn)化成理想的典型結構，即簡(jiǎn)化成計算模型，然后再進(jìn)行理論計算。如果簡(jiǎn)化得合理，而且數學(xué)方法選用得當，計算就比較容易，結果也能較接近實(shí)際。計算模型的選定，與所要采用的計算方法和計算工具有關(guān)。使用古典方法和解析數學(xué)，計算模型就不能太復雜;若使用有限元法和電子計算機，計算模型就可以包含更多的因素。目前，對于計算模型的選取尚無(wú)統一的方法，大多憑經(jīng)驗或通過(guò)對類(lèi)似結構的比擬分析來(lái)確定，然后通過(guò)實(shí)驗加以驗證并改進(jìn)。
�、谟嬎惴椒ㄓ嬎隳Ｐ痛_定后，就要進(jìn)行結構和結構部件的基本設計計算，即運用各種力學(xué)方法，求出結構內部的受力和變形狀態(tài)以及結構的破壞極限載荷，用以檢驗真實(shí)結構是否滿(mǎn)足工程設計的要求。最基本的結構計算方法是位移法和力法。位移法適于編制通用程序，在大型電子計算機出現后發(fā)展較快;力法可以直接求出內力，且誤差較小，也在發(fā)展中。
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