المحاضرة الأولى: مقدمة في مقاومة المواد للهياكل الجوية
كلية الطيران والدفاع الجوي | هندسة هياكل الطائرات
🎯 أهداف التعلم
- فهم المفاهيم الأساسية للإجهاد والانفعال وعلاقتهما بالهندسة الجوية.
- التعرف على أنواع الأحمال المختلفة في المركبات الجوية.
- استيعاب قانون هوك وعلاقته بسلوك المواد تحت الأحمال.
- تحليل المنحنيات المميزة للمواد المستخدمة في الطيران.
1. أهمية مقاومة المواد في الهندسة الجوية
1.1 معادلة التصميم الأساسية
الأمان + الخفة = الكفاءة
في مجال الطيران والدفاع الجوي، نسعى دائمًا لتحقيق التوازن بين المتانة والوزن لضمان نجاح التصميم وكفاءته.
1.2 أمثلة تطبيقية حاسمة
| التطبيق | أهمية مقاومة المواد | العواقب في حالة الإخفاق |
|---|---|---|
| جناح الطائرة | تحمل قوى الرفع والانحناء | فشل هيكلي، كارثة جوية |
| هيكل الطائرة | مقاومة ضغط المقصورة | انفجار هيكلي على ارتفاعات عالية |
| معدات الهبوط | امتصاص طاقة الصدمة | تلف الهيكل، حوادث هبوط |
| توربينات المحرك | مقاومة القوى الطاردة المركزية | تفتت التوربينات، انفجار المحرك |
2. المفاهيم الأساسية: الإجهاد والانفعال
2.1 التعاريف الأساسية
- الإجهاد (Stress - σ): القوة ÷ المساحة
- الانفعال (Strain - ε): التغير في الطول ÷ الطول الأصلي
2.2 أنواع الإجهادات الأساسية
- الشدة (Tension)
- الضغط (Compression)
- القص (Shear)
مثال: انحناء جناح الطائرة
- أعلى الجناح: شد
- منتصف الجناح: منطقة محايدة
- أسفل الجناح: ضغط
3. قانون هوك والسلوك المرن للمواد
3.1 قانون هوك (Hooke's Law)
σ = E × ε
حيث:
- σ: الإجهاد (باسكال)
- E: معامل يونج (معامل المرونة)
- ε: الانفعال (بدون وحدة)
3.2 منحنى الإجهاد-الانفعال
- يوضح نقاط الخضوع والكسر للمواد تحت التحميل.
3.3 خواص المواد الشائعة في الطيران
| المادة | معامل يونج (E) | الكثافة | التطبيقات |
|---|---|---|---|
| الألومنيوم 7075 | 71 GPa | 2810 kg/m³ | هيكل الطائرة |
| التيتانيوم | 114 GPa | 4430 kg/m³ | المحركات |
| مركب الكربون | 70-200 GPa | 1600 kg/m³ | الأجنحة الحديثة |
4. تطبيق عملي: تصميم سلك تحكم في طائرة
البيانات:
- الطول: 2.0 متر
- المساحة: 10 mm²
- القوة: 6 kN
- معامل يونج: 200 GPa
الخطوات الحسابية:
- حساب الإجهاد: σ = 6000 N ÷ 10 × 10⁻⁶ m² = 600 MPa
- حساب الانفعال: ε = 600 MPa ÷ 200 GPa = 0.003
- حساب الاستطالة: ΔL = 0.003 × 2000 mm = 6 mm
5. عامل الأمان في التصميم الجوي
عامل الأمان = مقاومة المادة ÷ أقصى حمل متوقع
| نوع الطيران | عامل الأمان | ملاحظات |
|---|---|---|
| طيران مدني | 1.5 - 2.0 | التركيز على سلامة الركاب |
| طيران عسكري | 1.2 - 1.5 | توازن بين الوزن والأداء |
| مركبات فضائية | 2.0 - 4.0 | تتحمل ظروف قاسية |
6. تمارين وتطبيقات عملية
التمرين 1: تصميم عمود
- المعطيات: حمل ضغط 50 kN، ألومنيوم 7075، عامل أمان 2.0
- المطلوب: حساب أقل قطر مسموح للعمود
التمرين 2: تحليل حراري
- المعطيات: هيكل ألومنيوم، تغير درجة الحرارة من 20°C إلى -50°C
- المطلوب: حساب الإجهادات الحرارية إذا كان الهيكل مقيداً
7. المراجع والقراءات الإضافية
الكتب المقررة:
- كتاب مقاومة المواد هندسة مدنية تنزيل
- "Mechanics of Aircraft Structures" - C.T. Sun
- "Aircraft Structures for Engineering Students" - T.H.G. Megson
مواقع إلكترونية:
- مقاومة المواد
- NASA Technical Reports Server
- FAA Advisory Circulars
- AIAA Educational Resources
ملاحظات المحاضر
هذه المحاضرة تمثل الأساس لجميع المفاهيم المتقدمة في مقاومة المواد. التركيز يجب أن يكون دائمًا على التطبيق الآمن للمفاهيم النظرية في تصميم المركبات الجوية.
نتائج التعلم المتوقعة:
- القدرة على حساب الإجهاد والانفعال في عناصر بسيطة
- فهم أهمية عامل الأمان في التصميم الجوي
- مقارنة خواص المواد المختلفة للطيران
كلية الطيران والدفاع الجوي | مادة: مقاومة المواد للهياكل الجوية | المحاضر: د. [اسم المحاضر]
إذا أحببت، أستطيع الآن أن أصنع نسخة أقصر ومنسقة جدًا للقراءة السريعة تحتوي على أهم النقاط فقط، لتكون كملخص عملي للمحاضرة.
هل تريد أن أفعل ذلك؟
شاركنا بتعليق