《飞行器结构力学》课程简介
June 3, 2014  

一、课程基本信息

1、 课程代码:025001410

2、 课程名称:(中文)飞行器结构力学 (英文)Structural Mechanics of flight vehicle

3、 学时/学分:32/2

4、 先修课程:材料力学,理论力学

5、 面向对象:航天学院本科生

6、 开课院(系):航天学院

7、 教材:《飞行器结构力学》 西北工业大学出版社,2014

8、 教学参考书:

(1)《飞行器结构力学基础》 薛明德、向志海,清华大学出版社,2009

(2)《Introduction to Aerospace Structural Analysis》 H David Allen, Walter E Haisler,John Wiley & Sons, New York, 1985

二、课程的性质和任务

“飞行器结构力学”是西北工业大学航天学院开设的一门航天类专业技术基础课,是面向航天类专业高年级本科生的一门必修专业基础课,为培养航天工程领域高质量的专门人才服务。

飞行器结构力学主要是研究运载火箭、导弹、卫星等航天器结构的分析与计算方法、结构的合理承载形式等问题,是进行飞行器设计分析的理论基础。飞行器结构力学通过一定的合理假设,将工程中真实的飞行器结构加以简化,用理想的受力系统代替实际结构,得到具有足够精度、满足工程计算要求的数学模型。在此基础上研究飞行器结构的组成是否合理,在外载荷作用下结构内力、刚度的计算方法,结构的强度与稳定性等问题。通过本课程的学习,使学生了解和掌握结构的受力和传力特点、结构分析的基本理论和计算方法,培养学生对结构设计和强度计算的概念和综合处理能力,培养从事飞行器设计的高技术人才。

三、教学内容和要求

第一章 绪论 2学时

1.1 结构力学的研究对象和任务;

1.2结构力学的计算模型简化;

1.3结构的外载荷、内力和支反力;

1.4 基本关系和基本假设;

1.5基本结构的分类,飞行器结构与飞行器结构力学的发展历史。

要求:了解结构力学的基本关系和基本假设,计算模型简化,飞行器结构与飞行器结构力学的发展历史。

第二章 结构几何组成分析 4学时

2.1 结构的几何特性;

2.2 自由度和约束;

2.3 几何特性分析的运动学方法;

2.4 几何特性分析的静力学方法;

2.5 几何不变系统的组成规则;

2.6 瞬变系统的判别方法。

要求:

(1)理解和掌握自由度与约束的概念;

(2)理解和掌握结构的几何特性和几何不变分析的运动学方法、并能运用各种规则判断结构的几何不变性;

(3)了解几何不变分析的静力学方法 。

第三章 静定杆系结构的内力和变形计算 4学时

3.1 桁架的组成,桁架的计算模型,静定桁架内力计算(结点法、剖面法和混合法);

3.2 刚架的组成,刚架的计算模型,静定刚架内力计算,混合杆系结构的内力计算;

3.3 元件的应变能,虚功原理,单位载荷法,静定杆系结构的位移计算;

3.4 杆板式薄壁结构计算模型;

3.5 杆板式薄壁结构元件的平衡;

3.6 静定薄壁结构及其内力;

3.7 静定系统的主要特征;

3.8 静定结构的弹性位移。

要求:

(1)了解桁架、刚架的组成和计算模型;

(2)理解和掌握薄壁结构的组成原理、计算模型;

(3)理解和掌握静定薄壁结构的受力特点及内力;

(4)理解和掌握单位载荷法计算静定薄壁结构位移的方法。

第四章 静不定杆系结构的内力和位移计算 6学时

4.1 静不定结构的受力特点;

4.2 能量原理

4.3力法基本原理和力法正则方程;

4.4 对称系统的简化;

4.5 静不定杆系结构的位移计算,

4.6 位移法的基本原理。

要求:

(1)了解静不定结构的受力特点;

(2)理解和掌握虚功原理;最小势能原理和最小余能原理;

(3)理解和掌握力法原理和位移法基本原理;

(4)了解静不定薄壁结构的内力和位移计算、对称条件的利用。

第五章 薄壁工程梁理论 6学时

5.1薄壁工程梁理论的基本假设、适用范围和基本变量定义;

5.2 自由弯曲时的正应力计算;

5.3 自由弯曲时的开剖面剪流计算;

5.4 自由弯曲时的单闭室剖面剪流计算;

5.5 薄壁工程梁的位移计算;

5.6 开剖面弯心计算;

5.7 单闭室剖面弯心计算。

要求:

(1)了解薄壁工程梁理论的基本假设、适用范围和基本变量定义;

(2)理解和掌握薄壁梁自由弯曲时的开剖面剪流计算和单闭室剖面剪流计算;

(3)理解和掌握薄壁梁开剖面弯心计算;

(4)了解薄壁工程梁的位移计算。

第六章 飞行器结构的稳定 6学时

6.1 结构稳定性的基本概念;

6.2 压杆的稳定性;

6.3 薄板压曲的基本微分方程;

6.4 薄板的临界载荷;

6.5 板在比例极限以外的临界应力;

6.6 薄壁杆的局部失稳和总体失稳;

6.7 加劲板受压失稳后的工作情况——有效宽度概念;

6.8 加劲板受剪失稳后的工作情况——张力场梁概念。

要求:

(1) 理解和掌握结构稳定性的基本概念和压杆的稳定性分析;

(2) 了解薄板的临界载荷和板在比例极限以外的临界应力;

(3) 掌握薄壁杆的局部失稳和总体失稳的概念;

(4) 了解加劲板受压失稳的有效宽度概念和张力场梁概念。

第七章 飞行器典型结构的传力分析与简化 4学时

7.1 翼面结构形式;

7.2 典型翼面结构的传力分析与计算模型;

7.3 弹(箭)身的受载特点;

7.4 弹(箭)身的结构形式及承力元件;

7.5 弹(箭)身的传力分析。

要求:

(1) 了解弹(箭)身和翼面的一般结构形式;

(2) 了解典型翼面和弹(箭)身结构的传力分析。

教学过程中应注重基本概念、基础理论和基本计算方法的讲解;通过一定量的习题,巩固和加深对基本理论的理解,培养学生解决实际工程结构问题的综合处理分析能力。

四、各教学环节学时分配

 

学时

讲课

习题课

讨论课

实验课

其他

合计

第一章

2

2

第二章

4

4

第三章

4

4

第四章

6

6

第五章

6

6

第六章

6

6

第七章

4

4

总计

32

32

五、对学生能力培养的要求

通过本课程学习,使学生了解和掌握飞行器结构设计和结构强度计算必要的基本概念、基本理论和基本分析计算方法,并受到基本技能的训练,了解结构布局、结构传力特性、结构强度和刚度对实现结构功能的影响,掌握结构力学的基本技能,培养综合分析能力,为学习后续课程以及从事结构设计和强度计算工作打下良好基础。

六、 考核方法

本课程采取闭卷考试,考试成绩除笔试外,还包括平时作业和测验成绩。

撰写人:文立华 制定日期:2013.6.15

审定人: 审定日期:

学院审查意见: 主管院长:

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