Disciplina de optimización de estructuras. La denominada estructura de ingeniería se refiere a un sistema que puede soportar y transmitir cargas externas, incluidas varillas, placas, carcasas, etc.
Y sus combinaciones, como fuselajes y alas de aviones, puentes, cerchas de tejado y muros de carga.
La tarea de la mecánica estructural es: estudiar las leyes de tensión, deformación y desplazamiento de estructuras de ingeniería bajo la acción de cargas externas
analizar estructuras de ingeniería de diferentes formas y materiales para; Proporcionar ingeniería El diseño proporciona métodos de análisis y fórmulas de cálculo. Determinar la capacidad de las estructuras de ingeniería para resistir y transmitir fuerzas externas; investigar y desarrollar nuevas estructuras de ingeniería.
Observando estructuras naturales en la naturaleza, como raíces de plantas, tallos, hojas, huesos de animales y cáscaras de huevos, podemos encontrar que
su resistencia y rigidez no sólo están relacionadas con los materiales, también estrechamente relacionado con la forma. Muchas estructuras de ingeniería lo son.
Inspirada en estructuras naturales. El diseño estructural no sólo debe considerar la resistencia y rigidez de la estructura, sino también ahorrar materiales y ser liviano. La reducción de peso es particularmente importante para proyectos como reducir el peso de un avión para permitirle volar más lejos.
Lejos, ascenso rápido, gran velocidad y bajo consumo de energía.
Una breve historia de la mecánica estructural
En la antigüedad, los humanos comenzaron a fabricar diversos utensilios, como arcos y flechas, casas, barcos e instrumentos musicales.
estructura. Con el progreso de la sociedad, la gente se da cuenta gradualmente de las reglas del diseño estructural y de la resistencia y rigidez de las estructuras.
El conocimiento y la experiencia acumulada se reflejan en los brillantes logros de la arquitectura antigua, como las pirámides de Egipto y Wanli en China.
La Gran Muralla, el Puente Anji en Zhaozhou, la Ciudad Prohibida en Beijing, etc. Si bien hay una mecánica implícita en estas estructuras, no hay forma.
Conviértete en una disciplina.
En términos de principios y métodos básicos, la mecánica estructural se desarrolló al mismo tiempo que la mecánica teórica y la mecánica de materiales. Por lo tanto, esta estructura
La mecánica se integró con la mecánica teórica y la mecánica de materiales en las primeras etapas de desarrollo. A principios del siglo XIX, debido al desarrollo de la industria, la gente comenzó a diseñar varias estructuras de ingeniería a gran escala. Para diseñar estas estructuras, se requirieron análisis y cálculos más precisos. Por lo tanto, las teorías y métodos analíticos de la ingeniería de estructuras comenzaron a independizarse. A mediados del siglo XIX, la mecánica estructural comenzó a convertirse en una disciplina independiente.
En el siglo XIX aparecieron muchas teorías computacionales y métodos de mecánica estructural. Navid de Francia propuso una idea para resolver el problema estático en 1826.
Enfoque general para la solución de problemas estructurales. A partir de los años 30 no sólo hubo que tener en cuenta la necesidad de pasar trenes por el puente.
La cuestión de los puentes que soportan cargas estáticas también debe considerar la cuestión de los puentes que soportan cargas dinámicas, que surge debido al crecimiento de las luces de los puentes.
Se introduce la estructura de celosía metálica.
En las décadas transcurridas desde 1847, los académicos han aplicado métodos gráficos y analíticos para estudiar la distribución de tensiones de estructuras de celosía estáticamente indeterminadas.
Análisis, sentando así las bases de la teoría de armaduras. En 1864, Maxwell de Inglaterra creó el método de carga unitaria y el método de determinación de la reciprocidad de desplazamiento.
Teoría y utilizando el método de carga unitaria para calcular el desplazamiento de la armadura, los estudiosos finalmente consiguieron una manera de comprender el problema estáticamente indeterminado.
Una vez establecida la teoría básica, mientras se resuelven los problemas estructurales originales, también se desarrollan constantemente nuevas estructuras y sus teorías correspondientes.
Desde finales del siglo XIX hasta principios del siglo XX, los estudiosos realizaron muchas investigaciones mecánicas sobre las estructuras de los barcos y estudiaron las cargas dinámicas.
Se discute la teoría dinámica de vigas y los problemas de vibración libre y vibración forzada.
A principios del siglo XX, el desarrollo de la ingeniería aeronáutica impulsó el análisis de tensiones y deformaciones de estructuras de paredes delgadas y carcasas de placas rigidizadas, así como el análisis de estabilidad.
Investigación sobre cuestiones cualitativas.
Al mismo tiempo, los puentes y edificios comenzaron a utilizar materiales de hormigón armado en grandes cantidades, lo que requirió que los científicos realizaran investigaciones sistemáticas sobre estructuras de marcos de acero, y en 1914 Bendiksen, Alemania, fundó el método de pendiente para resolver el problema de la deflexión. método.
Y vigas continuas. Más tarde, en las décadas de 1920 y 1930, se propusieron algunos métodos de cálculo simples para estructuras complejas de varillas fijadas estáticamente.
Métodos que los diseñadores comunes pueden dominar y utilizar.
En la década de 1920, se propuso el concepto de estructura tipo sándwich alveolar. A partir del concepto de "estado límite" de una estructura, los estudiosos han deducido una nueva teoría para el diseño y cálculo de vigas, placas y pórticos sobre cimentaciones elásticas. Puede soportar diversas cargas dinámicas (especialmente efectos sísmicos) y ha realizado muchos trabajos de investigación en experimentos y teoría. Uso de fuerzas estructurales
Con el desarrollo de la ciencia, los problemas de fatiga, los problemas de fractura y los problemas de estructura de materiales compuestos han entrado sucesivamente en el campo de investigación de la mecánica estructural.
La llegada de los ordenadores electrónicos y el método de los elementos finitos a mediados del siglo XX permitieron calcular la complejidad de grandes estructuras, haciendo esto posible.
El nivel de investigación y aplicación de la mecánica estructural ha alcanzado un nuevo nivel.
Sistema de disciplina de mecánica estructural
En términos generales, la mecánica estructural se puede dividir en estática estructural, dinámica estructural y estabilidad estructural según sus propiedades y objetos de investigación.
Teoría fija, fractura estructural, teoría de la fatiga y teoría de la estructura de barras, teoría de la estructura de paredes delgadas y teoría de la estructura general.
La estática estructural es la primera rama de la mecánica estructural, que estudia principalmente estructuras de ingeniería bajo cargas estáticas.
Deformación elástico-plástica y estado tensional, así como problemas de optimización estructural. La carga estática se refiere a una carga externa que no cambia con el tiempo.
Las cargas de baja velocidad también pueden considerarse aproximadamente cargas estáticas. La estática estructural es la base de otras ramas de la mecánica estructural.
La dinámica estructural es una rama que estudia la respuesta y el comportamiento de las estructuras de ingeniería bajo cargas dinámicas. Carga dinámica significa carga que cambia en cualquier momento
de vez en cuando. Bajo la acción de cargas dinámicas, la tensión, la deformación y el desplazamiento dentro de la estructura también deben ser funciones del tiempo.
. Debido al factor tiempo involucrado, el contenido de la investigación de la dinámica estructural es generalmente mucho más complejo que el de la estática estructural.
La teoría de la estabilidad estructural es una rama de la investigación sobre la estabilidad de las estructuras de ingeniería. Las estructuras delgadas se utilizan ampliamente en la ingeniería moderna,
como varillas delgadas, placas delgadas y carcasas delgadas. Cuando se comprimen, perderán estabilidad (se arrugarán) cuando la tensión interna sea menor que el límite elástico.
O pandeo), es decir, la estructura sufre una deformación excesiva, reduciendo o incluso perdiendo por completo la capacidad portante. Las grandes deformaciones también pueden afectar a las articulaciones.
Otros requisitos de diseño estructural, como afectar al rendimiento aerodinámico de la aeronave. El contenido más importante en la teoría de la estabilidad estructural
es determinar la carga crítica para la inestabilidad estructural.
La teoría de la fatiga y la fractura estructural estudia la existencia inevitable de grietas en las estructuras de ingeniería, y las grietas se verán afectadas por cargas externas.
El cuerpo principal del daño por fractura causado por la expansión hacia abajo también se expandirá y causará daño por fatiga bajo la acción de cargas alternas de pequeña amplitud.
. En la actualidad, nuestra historia de investigación sobre fracturas y fatiga no es larga ni incompleta, pero aún es necesario desarrollar la teoría de la fractura y la fatiga.
Pronto.
En la investigación teórica y experimental sobre la mecánica estructural de diversas estructuras de ingeniería, se han formado algunos líderes de investigación en base a los objetos de investigación.
En este sentido, existen tres categorías principales: teoría de la estructura de varillas, teoría de la estructura de paredes delgadas y teoría de la estructura general. Toda la estructura está hecha de toda la materia prima, ya sea mediante fresado mecánico o grabado químico, y es especialmente adecuada para determinadas condiciones límite.
Usada, frecuentemente utilizada como estructura de espesor variable. Con el avance continuo de la ciencia y la tecnología, han surgido muchas estructuras nuevas, como en el siglo XX.
Las estructuras sándwich y las estructuras compuestas aparecieron a mediados del siglo XX.
Los métodos de investigación de la mecánica estructural incluyen principalmente análisis aplicado, investigación experimental, análisis teórico y cálculo de estructuras de ingeniería.
Existencia
En el diseño estructural y la investigación, estos tres aspectos suelen llevarse a cabo de forma alternativa y se complementan entre sí.
El análisis de uso consiste en analizar, comparar y resumir la estructura durante el uso, lo cual es muy fácil.
Métodos de investigación viables y fiables. La analítica de uso juega un papel importante en la evaluación y mejora de estructuras. También es necesario probar el rendimiento de la nueva estructura de nudos
diseñada.
La investigación experimental puede proporcionar una base importante para identificar estructuras y también es la principal forma de probar y desarrollar teorías de mecánica estructural y métodos de cálculo.
Querer significa. La investigación experimental se divide en tres categorías: experimentos modelo, experimentos de componentes estructurales reales y experimentos estructurales reales. Por ejemplo, experimentos de vuelo
Experimentos de destrucción de aviones en tierra, experimentos de vuelo y experimentos de colisión de automóviles.
Los experimentos mecánicos estructurales suelen consumir mucha mano de obra, recursos materiales y recursos financieros, por lo que solo pueden llevarse a cabo dentro de un alcance limitado, especialmente en la etapa inicial del diseño estructural, generalmente se basan en análisis teóricos. y cálculo de componentes estructurales.
En el campo de la mecánica de sólidos, la mecánica de materiales proporciona los conocimientos básicos necesarios para el desarrollo de la mecánica estructural, como la elasticidad y la plasticidad.
La mecánica estructural es la base teórica de la mecánica estructural. La mecánica estructural también se combina con otras disciplinas físicas para formar muchas disciplinas de vanguardia.
Temas como la elasticidad del agua.
La mecánica estructural es una disciplina antigua y en rápido desarrollo. Nuevos materiales de ingeniería y nuevas estructuras de ingeniería
Una gran cantidad de mecánica estructural proporciona nuevos contenidos de investigación y plantea nuevos requisitos. El desarrollo de las computadoras está estructurado.
La mecánica proporciona poderosas herramientas computacionales. Por otro lado, la mecánica estructural también promueve el desarrollo de las matemáticas y otras disciplinas.
Función. El surgimiento y desarrollo del método de los elementos finitos, un método matemático, está estrechamente relacionado con el estudio de la mecánica estructural.