重庆大学-弹塑性力学-力学的应用例析.ppt

力学及其应用概况 李正良 力学的研究内容 力学可以根据物体的形态分为 空气动力学（气体动力学、高超声速空气动力学、稀薄空气动力学、高温气体动力学、爆炸波理论等） →航天航空领域，现代空气动力学的成就让人惊叹： 20世纪中叶解决了飞机的“音障”问题，使得超音速飞机成为现实；随后的“阿波罗登月”工程、宇宙飞船进入太空。 →气象科学领域，使得天气预报的准确率超过90%。 →环境科学领域，使得大气污染的扩散过程模拟可能，并应用于城市规划等领域。 →能源科学领域，使得风力发电成为现实，并应用于工业和民用。 →土木工程领域，使得超大跨度桥梁和超高层建筑的风荷载计算越来越精确。 …….. 力学可以根据物体的形态分为 固体力学（材料力学、结构力学、弹性力学、塑性力学、板壳理论、损伤与断裂力学、岩石力学……） →固体力学的应用更为广泛！ 流体力学（水动力学、流体动力学、工业流体力学、多相流体力学、湍流理论等） →流体力学的应用也是及其广泛的，如船舶工业、海港工程。 力学与其它学科的交叉 以及一些交叉学科形成的力学，如生物力学（生物固体力学、生物流体力学）、与材料学科交叉形成的纳米力学，仿生流体力学、交通流动力学（元胞自动机方法），植物力学，爆炸力学，与计算机与数值分析形成的计算固体力学、计算流体力学、有限元、边界元、差分法、有限体积法等。 流固耦合问题也是当今力学研究中最具有挑战性的课题。 上述这些力学与土木工程是息息相关的。 固体力学的研究方法 依据牛顿力学建立平衡方程 依据物体的连续性建立几何方程 依据材料的特性建立物理方程 再加上边界条件（边值问题或柯西问题） 上述的微分方程及边界条件就构成了完整的数学问题。 同时，上述微分方程和边界条件还可以用广义变分原理来建立起来。 赵州桥（拱结构） 山西应县木塔（桁架结构） 进入工业化革命以来，力学在科技发展进步过程中发挥了更加重要的影响作用 近代力学的进步 20世纪以前，推动近代科学技术与社会进步的蒸汽机、内燃机、铁路、桥梁、船舶、兵器等，都是在力学知识的累积、应用和完善的基础上逐渐形成和发展起来的。 代表第一次工业革命的蒸汽机 20世纪以来产生的诸多高新技术，如高层建筑、大跨度悬索桥、海洋平台、航空航天器等许多重要工程更是在工程力学指导下得以实现，并不断发展完善的。 台北101 世界第一高楼迪班塔 桥梁的颤振破坏 土木工程最具有挑战性的研究方向 风工程及其难点 Tacoma大桥风毁事件震惊了全世界； 柔性结构物与空气动力的相互作用问题属于力学中的世界级难题——流固耦合。 风工程中解决流固耦合问题的手段是 数值计算+气弹性试验 日本明石海峡大桥，跨度：1990米 杭州湾跨海大桥（全长36km，2008年通车） 技术特点： 这些工程结构的设计都是基于力学的理论与模型之上，而不是单靠主观实践经验的逐步积累。这体现了现代高新技术发展的趋势，也进一步突出了工程力学的重要地位。 计算机研究方法 采用计算机模拟以代替理论推导与实验分析。 — 在理论分析中，可以利用计算机得到难以推导的公式与解析结果 — 在试验分析中可以利用计算机模拟试验环境、选用最佳试验参数。 非线性固体力学的应用 我国的特高压输电线路建设 输电塔研究背景 1000kV特高压交流线路输电能力强，输电效益高。不仅可解决长距离、大容量的输电需要，并可节约宝贵的输电资源走廊，提高走廊利用率，符合国家可持续发展战略的要求。在风、地震及冰灾作用下倒塔的情况十分严重，对人民生活、国民经济造成的不良影响和危害十分巨大。 托板与支架要满足刚度要求 刚度条件： 稳定性条件： 飞机整机静载试验 汽车的疲劳试验装置 汽车碰撞过程的计算机分析 气囊保护作用的计算机分析 * * 牛顿运动三定律 速度、加速度 机械运动 相互作用 力 力学是研究物体宏观机械运动规律的一门学科。 微观→细管→宏观→宇观 跨物质尺度的力学问题是当今力学研究的热点和难点。 要积极参与科学研究和了解工程技术。“问渠那得清如些？为有源头活水来！” 技术科学 工程力学 力学的地位与作用 自然科学 工程技术 牛顿三大定律 复杂工程结构 引桥延伸到何处？ 当今的工程技术正在飞速发展 发挥利用砖石材料抗压承载能力强、抗拉承载能力弱的特点 利用杆件结构轴向承载能力强，抗弯承载能力弱的特点。 木结构中的节点半刚性连接计算依然是难点问题 上海环球金融中心 RC核心筒+外伸桁架和巨型（型钢）柱 (三重结构体系)， 1