華中科技大學(xué)工程材料學(xué)PPT

1、 （Engineering Mechanics） TEL：南一樓東北南一樓東北E422華中科技大學(xué)力學(xué)系華中科技大學(xué)力學(xué)系考考 核核 考試（閉卷）成績(jī)70-80%； 平時(shí)成績(jī)20-30%（平時(shí)作業(yè)的平均）。 考勤：點(diǎn)名未到者扣5分/次，點(diǎn)名3次未 到者取消考試資格。34。所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門所闡述的規(guī)律帶有普遍性，是一門基礎(chǔ)科學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)。 直接服務(wù)于工程直接服務(wù)于工程, ,又是一門又是一門技術(shù)科學(xué)技術(shù)科學(xué)。 5機(jī)械、結(jié)構(gòu)等機(jī)械、結(jié)構(gòu)等 受力如何？受力如何？ 如何運(yùn)動(dòng)？如何運(yùn)動(dòng)？ 如何變形？破壞？如何變形？破壞？ 如何控制設(shè)計(jì)？如何控制設(shè)計(jì)？其目的目的是： 了解工程系統(tǒng)的性態(tài)了解工程系

2、統(tǒng)的性態(tài) 并為其設(shè)計(jì)提供合理的規(guī)則并為其設(shè)計(jì)提供合理的規(guī)則。性態(tài)性態(tài)規(guī)則規(guī)則6以力學(xué)與航空航天工程為例以力學(xué)與航空航天工程為例2009：CA（愛德華茲）（愛德華茲）-FL（肯尼迪）（肯尼迪）7817831783年年6 6月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。月，法蒙高兄弟布袋式熱氣球飛行。18751875年，氫氣球載人飛行到萬(wàn)米高空。年，氫氣球載人飛行到萬(wàn)米高空。1919世紀(jì)后，出現(xiàn)了飛艇。世紀(jì)后，出現(xiàn)了飛艇。 充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力，充填氫、氦、熱空氣等產(chǎn)生升力， 用動(dòng)力裝置輔助控制用動(dòng)力裝置輔助控制, , 可以向任意方向飛行?？梢韵蛉我夥较蝻w行。：919031903年，萊特兄弟（美國(guó)）的木

3、制機(jī)身、雙年，萊特兄弟（美國(guó)）的木制機(jī)身、雙層帆布機(jī)翼螺旋槳飛機(jī)第一次飛行。層帆布機(jī)翼螺旋槳飛機(jī)第一次飛行。1011飛行力學(xué)飛行力學(xué) 無(wú)缺陷均勻材料，無(wú)缺陷均勻材料， 變形體。變形體。研究對(duì)象研究對(duì)象12131415跨、超音速空氣動(dòng)力學(xué)跨、超音速空氣動(dòng)力學(xué)噴氣機(jī)、后掠翼、復(fù)合材料噴氣機(jī)、后掠翼、復(fù)合材料理論力學(xué)理論力學(xué)飛行力學(xué)飛行力學(xué)振動(dòng)振動(dòng) 噪聲噪聲；穩(wěn)定性穩(wěn)定性材料力學(xué)材料力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)彈性力學(xué)彈性力學(xué)計(jì)算力學(xué)計(jì)算力學(xué)疲勞力學(xué)疲勞力學(xué)斷裂力學(xué)斷裂力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)空氣動(dòng)力學(xué)雙、單翼機(jī)雙、單翼機(jī)氣球、飛艇氣球、飛艇流體力學(xué)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)力學(xué)力學(xué)1617 軸軸 葉輪葉輪 疲勞斷裂破壞疲勞斷

4、裂破壞18 轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸 疲勞開裂疲勞開裂 疲勞斷裂破壞疲勞斷裂破壞19202000年年8月月27日下午日下午3時(shí)時(shí)20分，臺(tái)灣南部高屏大橋斷裂分，臺(tái)灣南部高屏大橋斷裂，大橋中間下陷部分長(zhǎng)達(dá)，大橋中間下陷部分長(zhǎng)達(dá)100米。米。17輛車墜河，輛車墜河，22人人受傷。受傷。 采沙過(guò)度，河面沉降采沙過(guò)度，河面沉降10余米，橋墩先斷裂。余米，橋墩先斷裂。21地面鐵條使地面鐵條使輪胎爆裂，輪胎爆裂，碎片侵入發(fā)碎片侵入發(fā)動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)。2223242526ITER : International Thermonuclear Experimental Reactor ITER

5、 is based on the tokamak concept of magnetic confinement, in which the plasma is contained in a doughnut-shaped vacuum vessel. The fuel - a mixture of Deuterium and Tritium, two isotopes of Hydrogen - is heated to temperatures in excess of 150 million oC, forming a hot plasma (等離子體). Strong magnetic

6、 fields are used to keep the plasma away from the walls; these are produced by superconducting coils surrounding the vessel, and by an electrical current driven through the plasma.27強(qiáng)磁場(chǎng)中的線圈設(shè)計(jì)目標(biāo)：100特斯拉2829材料與對(duì)象材料與對(duì)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。尺度尺度：宏觀、連續(xù)體 含缺陷體， 細(xì)、微觀、納米尺度。實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)： 電、光測(cè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)電、光測(cè)實(shí)驗(yàn)技

7、術(shù) 全息、超聲、光纖測(cè)量，全息、超聲、光纖測(cè)量， 及實(shí)驗(yàn)裝置的大型化。及實(shí)驗(yàn)裝置的大型化。30靜強(qiáng)度、靜強(qiáng)度、 斷裂控制設(shè)計(jì)、抗疲勞設(shè)計(jì)、斷裂控制設(shè)計(jì)、抗疲勞設(shè)計(jì)、剛度設(shè)計(jì)剛度設(shè)計(jì) 損傷容限設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、損傷容限設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、 耐久性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等。耐久性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等。保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能保證結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的安全和功能 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)- -制造制造- -使用使用- -維護(hù)的綜合分析與控制，維護(hù)的綜合分析與控制， 功能功能安全安全經(jīng)濟(jì)的綜合性評(píng)價(jià)，經(jīng)濟(jì)的綜合性評(píng)價(jià)， 自感知、自激勵(lì)、自適應(yīng)自感知、自激勵(lì)、自適應(yīng) （甚至自診斷、自修復(fù)）的智能結(jié)構(gòu)。（甚至自診斷、自修復(fù)）的智能結(jié)構(gòu)

8、。31應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代計(jì)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。與其他基礎(chǔ)或技術(shù)學(xué)科相互結(jié)合與滲透。：按所要求的性能設(shè)計(jì)材料。按所要求的性能設(shè)計(jì)材料。( (90年代年代) )：計(jì)算力學(xué)計(jì)算力學(xué)+ +計(jì)算機(jī)應(yīng)用計(jì)算機(jī)應(yīng)用 ( (60年代年代) ) 解決復(fù)雜、解決復(fù)雜、 困難的工程實(shí)際問(wèn)題困難的工程實(shí)際問(wèn)題。使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合使工程結(jié)構(gòu)分析技術(shù)；（結(jié)合CADCAD技術(shù)）技術(shù)） 監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)（如振動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障診斷）；監(jiān)測(cè)、控制技術(shù)（如振動(dòng)監(jiān)測(cè)、故障診斷）； 工程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)；工程系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)； 廣泛應(yīng)用至各工程領(lǐng)域。廣泛

9、應(yīng)用至各工程領(lǐng)域。329090年代開始，力學(xué)與材料、控制（包括傳感與作年代開始，力學(xué)與材料、控制（包括傳感與作動(dòng)）、計(jì)算機(jī)相結(jié)合，研究發(fā)展面向動(dòng)）、計(jì)算機(jī)相結(jié)合，研究發(fā)展面向2121世紀(jì)的、世紀(jì)的、具有具有“活活”的功能的智能結(jié)構(gòu)的功能的智能結(jié)構(gòu)。生物材料力學(xué)性能、微循環(huán)、定量生理學(xué)、心血生物材料力學(xué)性能、微循環(huán)、定量生理學(xué)、心血管系統(tǒng)臨床問(wèn)題和生物醫(yī)學(xué)工程等。管系統(tǒng)臨床問(wèn)題和生物醫(yī)學(xué)工程等?！皼](méi)有生物力學(xué)，就不能很好地了解生理學(xué)。沒(méi)有生物力學(xué)，就不能很好地了解生理學(xué)?！薄?3334 ： 。：35表面力表面力體積力體積力36是力是力( (力系力系) )作用的結(jié)果。有二種效應(yīng)：作用的結(jié)果。有二種

10、效應(yīng)：（外效應(yīng)）（外效應(yīng)）物體自身形狀的局部畸變。物體自身形狀的局部畸變。 如機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)的變形。如機(jī)翼、機(jī)身結(jié)構(gòu)的變形。（內(nèi)效應(yīng)）（內(nèi)效應(yīng)）37是動(dòng)力學(xué)基本方程動(dòng)力學(xué)基本方程。 注意 F 、 a 是矢量。maF 38提出問(wèn)提出問(wèn)題，選題，選擇有關(guān)擇有關(guān)的研究的研究系統(tǒng)。系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行抽進(jìn)行抽象與簡(jiǎn)象與簡(jiǎn)化，建化，建立力學(xué)立力學(xué)模型。模型。利用力利用力學(xué)原理學(xué)原理進(jìn)行分進(jìn)行分析、推析、推理，得理，得出結(jié)論出結(jié)論與已知與已知結(jié)論相結(jié)論相比較，比較，或由實(shí)或由實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證。確認(rèn)或確認(rèn)或進(jìn)一步進(jìn)一步改善模改善模型，深型，深化認(rèn)識(shí)化認(rèn)識(shí)工程力學(xué)解決問(wèn)題的一般方法，類似于一般科學(xué)工

11、程力學(xué)解決問(wèn)題的一般方法，類似于一般科學(xué)研究的普遍方法，可歸納為：研究的普遍方法，可歸納為：模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等模型包括材料性能、載荷、約束、幾何形狀等 真實(shí)情況的理想化和簡(jiǎn)化。真實(shí)情況的理想化和簡(jiǎn)化。39變形體模型變形體模型剛體模型剛體模型4041薄膜剛性附粘薄膜剛性附粘半球狀物質(zhì)單元附粘半球狀物質(zhì)單元附粘01-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5x 106y/Ru(y)/B1Ponit N1Ponit M1Ponit N242例如，研究工程構(gòu)件（如桿、梁、軸等）時(shí)，例如，研究工程構(gòu)件（如桿、梁、軸等

12、）時(shí)， 先將其理想化為先將其理想化為剛體剛體，研究其上的受力和運(yùn)動(dòng)；，研究其上的受力和運(yùn)動(dòng)；研究不同的問(wèn)題，采用不同的模型。研究不同的問(wèn)題，采用不同的模型。 好的模型，既能使問(wèn)題的求解簡(jiǎn)化，好的模型，既能使問(wèn)題的求解簡(jiǎn)化， 又能使結(jié)果基本符合實(shí)際情況，滿足精度。又能使結(jié)果基本符合實(shí)際情況，滿足精度。43工程力學(xué)問(wèn)題工程力學(xué)問(wèn)題的分析，一般都需要進(jìn)行的分析，一般都需要進(jìn)行 - -力的研究。力的研究。 - -運(yùn)動(dòng)和變形的研究。運(yùn)動(dòng)和變形的研究。 - -聯(lián)系力與運(yùn)動(dòng)、力與變形之關(guān)系的研究。聯(lián)系力與運(yùn)動(dòng)、力與變形之關(guān)系的研究。若構(gòu)件處于靜止或平衡狀態(tài)，則不必考慮其運(yùn)動(dòng)。若構(gòu)件處于靜止或平衡狀態(tài)，則不必

13、考慮其運(yùn)動(dòng)。平衡狀態(tài)的力學(xué)問(wèn)題平衡狀態(tài)的力學(xué)問(wèn)題稱為稱為。力的平衡關(guān)系力的平衡關(guān)系、變形的幾何協(xié)調(diào)關(guān)系幾何協(xié)調(diào)關(guān)系 和力與變形間的物理關(guān)系力與變形間的物理關(guān)系。44物體受什么力作用？物體受什么力作用？ 處于平衡狀態(tài)的物體，應(yīng)處于平衡狀態(tài)的物體，應(yīng) 當(dāng)滿足什么條件？（靜力平衡條件）當(dāng)滿足什么條件？（靜力平衡條件）材料是均勻連續(xù)的，受力變形后仍然應(yīng)連續(xù)，材料是均勻連續(xù)的，受力變形后仍然應(yīng)連續(xù)，固體內(nèi)既不引起固體內(nèi)既不引起“空隙空隙”，也不產(chǎn)生，也不產(chǎn)生“重疊重疊”。發(fā)生破壞前，材料的變形應(yīng)是幾何可能的。發(fā)生破壞前，材料的變形應(yīng)是幾何可能的。力與變形力與變形( (如伸長(zhǎng)如伸長(zhǎng)) )成正比，如虎克定律，是反成正比，如虎克定律，是反映材料線彈性性能的最簡(jiǎn)單的物理關(guān)系。映材料線彈性性能的最簡(jiǎn)單的物理關(guān)系。不同材料、不同的變形形式，有不同的模型。不同材料、不同的變形形式，有不同的模型。454) 4) 運(yùn)動(dòng)分二類。運(yùn)動(dòng)分二類。運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)是物體位置隨時(shí)間的變化；是物體位置隨時(shí)間的變化； 變形變形是物體形狀的局部畸變。是物體形狀的局部畸變。3) 3) 力是物體間的相互作用力是物體間的相互作用。有直接接觸物體間的。有直接接觸物體間的 表面力表面力；非直接接觸物