航空航天結(jié)構(gòu)中的有限元方法

內(nèi)容概要

　　鑒于工科院校學生理論知識與工程應(yīng)用的并重性，《北京市高等教育精品教材立項項目：航空航天結(jié)構(gòu)中的有限元方法》分為上下兩篇。上篇介紹有限元方法的基本原理和理論基礎(chǔ)，融入了處理不確定工程結(jié)構(gòu)問題的區(qū)間有限元的蕞新成果，為后面的實例分析奠定了基礎(chǔ)；下篇針對航空航天領(lǐng)域的典型結(jié)構(gòu)，如機身結(jié)構(gòu)、機尾翼結(jié)構(gòu)、起落架結(jié)構(gòu)以及衛(wèi)星、火箭、導彈的結(jié)構(gòu)等，詳細介紹其有限元模型的建立、網(wǎng)格劃分、邊界條件的選取以及載荷施加、求解和結(jié)果分析，并把常見的桿件結(jié)構(gòu)、板和殼體問題的分析融入到航空航天典型結(jié)構(gòu)的分析當中本書還介紹了航空航天領(lǐng)域突出問題的工程應(yīng)用，如靜力分析、動力分析和復合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析技術(shù)，以及結(jié)構(gòu)疲勞和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)等。
　　本書可作為高等院校航空航天、力學、機械等專業(yè)的本科生和研究生教材，也可作為上述專業(yè)工程技術(shù)及科研開發(fā)人員的參考書。

書籍目錄

上篇 有限元方法硇基本理論
第1章 緒論
1.1 有限元法的發(fā)展、現(xiàn)狀和未來
1.1.1 有限元法的早期工作
1.1.2 有限元法的發(fā)展和現(xiàn)狀
1.1.3 有限元法的未來
1.2 有限元法在航空航天中的應(yīng)用
1.2.1 有限元法在航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用背景
1.2.2 航空結(jié)構(gòu)分析
1.2.3 航天結(jié)構(gòu)分析
習題
第2章 有限元法的基本概念和理論基礎(chǔ)
2.1 有限元法的基本思想
2.2 有限元法的基本概念
2.3 彈性力學基本理論
2.4 變分原理
2.5 有限元平衡方程
習題
第3章 桿系結(jié)構(gòu)有限元分析
3.1 拉壓桿單元
3.1.1 一般規(guī)定
3.1.2 位移函數(shù)
3.1.3 幾何關(guān)系和物理關(guān)系
3.1.4 平衡關(guān)系
3.1.5 坐標變換
3.2 扭轉(zhuǎn)桿單元
3.3 平面直梁單元
3.3.1 位移函數(shù)
3.3.2 梁元的剛度矩陣
3.3.3 坐標變換
3.3.4 等效結(jié)點載荷
3.4 總體剛度矩陣和總體載荷列向量
3.5 剛度矩陣的物理意義和性質(zhì)
3.6 位移邊界條件
3.7 總剛度平衡方程的求解
3.8 算例
習題
第4章 平面問題有限元分析
4.1 概 述
4.2 常應(yīng)變?nèi)切螁卧?br />4.2.1 離散化
4.2.2 位移模式與形函數(shù)
4.2.3 基于最小勢能原理的單元特性分析
4.3 單元等效結(jié)點載荷列陣
4.4 矩形雙線性單元
4.4.1 位移模式與形函數(shù)
4.4.2 單元剛度矩陣和單元等效載荷列陣
4.4.3 單元等效結(jié)點荷載矩陣
4.5 應(yīng)力計算結(jié)果的整理
習題
第5章 空間問題有限元分析
5.1 三維應(yīng)力狀態(tài)
5.2 四面體常應(yīng)變單元
5.3 直六面體單元
習題
……
下篇 有限元方法在航空航天中的應(yīng)用
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   第11章飛行器典型結(jié)構(gòu)與傳力路線分析 11.1飛機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要組成部分 飛機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)由機身、機翼、尾翼、起落架、操縱機構(gòu)等組成。 1.機翼 機翼的功用主要是提供升力，與尾翼一起形成良好的穩(wěn)定性和操縱性。另外，在機翼的內(nèi)部可以裝載燃油、設(shè)備、武器，在機翼上可以安裝起落架、發(fā)動機，懸掛導彈、副油箱及其他外掛設(shè)備。 典型機翼的受力構(gòu)件包括縱向（沿翼展方向）骨架、橫向（沿氣流方向或垂直于翼梁方向）骨架和蒙皮?？v向骨架有翼梁、縱墻和桁條，橫向骨架有翼肋和加強翼肋。 2.機身 機身的作用是裝載人員、貨物、設(shè)備燃油等物品，同時固定機翼、尾翼、起落架等部件與操縱機構(gòu)，使之煉成一個整體。機身可以分為若干段。 典型機身的受力構(gòu)件包括縱向原件（沿機身縱軸方向）桁梁、桁條和橫向元件（垂直于機身縱軸方向）隔框以及蒙皮。 3.尾翼 尾翼的主要功用是保證飛機的縱向和航向平衡，并使飛機在縱向和航向兩方面具有必要的穩(wěn)定和操縱性。一般尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。通常低速飛機的尾翼都是分成可動的舵面和固定的安定面兩部分。尾翼受力構(gòu)件與機翼類似。 4.起落架 飛機起落架的主要功用是提供飛機起飛、著陸、滑跑和地面或睡眠停放之用。它可以吸收著陸沖擊能量，減小沖擊載荷，改善滑行性能。 典型的起落架由受力結(jié)構(gòu)、減振器、機輪、剎車裝置和收放機構(gòu)等部件組成。其受力結(jié)構(gòu)形式有構(gòu)架式、梁式（包括簡單支柱式、撐桿支柱式、搖臂支柱式等）、桁架與梁混合式等。 11.2導彈結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的主要組成部分 在不考慮助推器的情況下，導彈、火箭的受力結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由有效載荷艙（包括整流罩或彈頭）彈身或箭身（包括液體火箭發(fā)動機的貯箱）、翼面（包括穩(wěn)定翼）、舵面和各種機構(gòu)組成。 1.有效載荷艙 有效載荷隨著導彈、火箭的種類不同，含義有所不同。例如，對于彈道式導彈，它是彈頭；對于有翼式導彈，它是戰(zhàn)斗部；對于運載火箭，它是人造地球衛(wèi)星、載人飛船、空間探測器等；對于探空火箭，它是探測儀器、生物實驗箭頭等。對于運載火箭和探空火箭來講，此艙一般還包括整流罩。有效載荷艙的功用是裝載有效載荷，保證有效載荷要求的工作環(huán)境，承受內(nèi)部裝載的慣性力、氣動力和氣動加熱引起的載荷。一般來說，有效載荷艙的承力結(jié)構(gòu)主要是外部艙（殼）體和內(nèi)部的安裝骨架。對于運載火箭，主要承力結(jié)構(gòu)是整流罩和罩內(nèi)的安裝固定裝置。

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