2025年大学航空航天工程（飞行器结构力学）试题及答案.doc

2025年大学航空航天工程（飞行器结构力学）试题及答案

（考试时间：90分钟 满分100分）
班级______ 姓名______

第I卷（选择题 共30分）
1. 关于飞行器结构力学中的应力概念，以下说法正确的是（ ）（总共5题，每题6分，每题只有一个正确答案，请将正确答案填在括号内）
A. 应力是指材料内部的力
B. 应力与材料的变形无关
C. 应力是单位面积上的内力
D. 应力只在拉伸时存在
答案：C
2. 飞行器结构在承受载荷时，其变形的基本形式不包括以下哪种？（ ）
A. 拉伸
B. 扭转
C. 跳跃
D. 弯曲
答案：C
3. 以下哪个参数反映了材料抵抗破坏的能力？（ ）
A. 弹性模量
B. 泊松比
C. 屈服强度
D. 延伸率
答案：C
4. 在静定结构中，求解内力的基本方法是（ ）
A. 位移法
B. 力法
C. 能量法
D. 迭代法
答案：B
5. 飞行器结构中的静定梁，其弯矩图的形状与（ ）有关。
A. 梁的长度
B. 梁的材料
C. 梁上的载荷分布
D. 梁的截面形状
答案：C

第II卷（非选择题 共70分）
6. （10分）简述飞行器结构力学中静不定结构的概念，并说明与静定结构的区别。

答案：静不定结构是指其约束反力和内力不能仅由平衡方程完全确定的结构。与静定结构相比，静定结构的约束反力和内力可由平衡方程唯一求解，而静不定结构由于约束多余，需要补充变形协调方程等条件才能求解。静不定结构具有更高的强度储备，但分析计算相对复杂。

7. （15分）已知一飞行器机翼简化为简支梁，承受均布载荷q作用，梁长为L。试用积分法求梁的挠曲线方程和最大挠度。

答案：首先建立坐标系，以梁左端为原点。根据梁的平衡方程求出支座反力。然后利用梁的挠曲线近似微分方程EIy''=-M(x)，其中M(x)为梁的弯矩。对均布载荷作用下的弯矩方程进行积分得到挠曲线方程，再通过边界条件确定积分常数。最后将挠曲线方程求导得到转角方程，令转角为0求出最大挠度位置，代入挠曲线方程得到最大挠度值。具体计算过程：M(x)=qLx/2 - qx²/2，EIy''=-qLx/2 + qx²/2，积分一次得EIy'=-qLx²/4 + qx³/6 + C1，再积分一次得EIy=-qLx³/12 + qx⁴/24 + C1x + C2。利用边界条件y(0)=0，y'(0)=0确定C1和C2。最大挠度在梁中点，代入x = L/2可得最大挠度值y_max = 5qL⁴/384EI 。

8. （15分）材料力学性能试验中，拉伸试验可获得哪些重要力学性能指标？请简述这些指标的物理意义及其对飞行器结构设计的重要性。

答案：拉伸试验可获得的力学性能指标有屈服强度、抗拉强度、延伸率等。屈服强度是材料开始产生明显塑性变形时的应力，反映材料开始塑性变形的能力，对飞行器结构设计中防止结构过早进入塑性变形很重要。抗拉强度是材料所能承受的最大拉应力，体现材料的最大承载能力，用于评估结构在拉伸载荷下的极限承载。延伸率反映材料在拉伸断裂后伸长的比例，体现材料的塑性变形能力，有助于了解结构在受力时的变形特性，保证结构在一定变形下的安全性。

9. （15分）阅读材料：某新型飞行器在设计过程中，发现机翼结构在飞行过程中出现了异常振动。经分析，机翼结构的刚度不足。已知机翼简化为矩形截面梁，梁宽b = 100mm，梁高h = 200mm，材料的弹性模量E = 70GPa，机翼承受的最大弯矩M = 10^6 N·m。请计算机翼的最大弯曲正应力，并提出提高机翼刚度的改进措施。

答案：最大弯曲正应力σ = M/(bh²/6) = 10^6/(0.1×0.2²/6) = 1.5×10^9 Pa = 1500MPa。提高机翼刚度的改进措施：增大梁高h，可有效提高截面惯性矩从而提高刚度；选用更高弹性模量的材料；优化机翼的结构形式，如增加加强肋等，增强结构的抗变形能力。

10. （15分）对于飞行器机身结构，在承受轴向拉力P作用时，若机身结构由多个不同材料的部件组成，如铝合金部件和钛合金部件，试分析如何计算整个机身结构的应力和变形。

答案：首先分别计算铝合金部件和钛合金部件的截面面积、弹性模量等参数。根据轴向拉力作用下的应力公式σ = P/A，分别计算各部件的应力，其中A为各部件截面面积。对于变形，根据胡克定律ΔL = PL/(EA)，分别计算各部件的变形量，其中E为各部件弹性模量。然后根据结构的组成方式，如串联或并联，计算整个机身结构的总变形。若为串联结构，总变形等于各部件变形之和；若为并联结构，需根据力的分配关系先计算各部件所受拉力，再计算变形，最后根据结构特点计算总变形。