動載荷交變應力熱動.ppt
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第十一章 動載荷 一 動載荷 載荷不隨時間變化 或變化極其平穩(wěn)緩慢 且使構件各部件加速度保持為零 或可忽略不計 此類載荷為靜載荷 載荷隨時間急劇變化且使構件的速度有顯著變化 系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力 此類載荷為動載荷 即F F t r v 二 動響應 構件在動載荷作用下產(chǎn)生的各種響應 如應力 應變 位移等 稱為動響應 實驗表明 在靜載荷下服從虎克定律的材料 只要應力不超過比例極限 在動載荷下虎克定律仍成立且E靜 E動 動載荷 概述 動載荷 概述 三 動荷系數(shù) 四 動載荷分類 1 簡單動載荷 加速度的可以確定 采用 動靜法 求解 2 沖擊載荷 速度在極短暫的時間內(nèi)有急劇改變 此時 加速度不能確定 要采用 能量法 求解 3 交變載荷 應力隨時間作周期性變化 屬疲勞問題 4 振動載荷 求解方法很多 有專門論述 動載荷 概述 動載荷 第一節(jié) 慣性載荷作用下的動應力和動變形 方法原理 達朗伯原理 動靜法 達朗伯原理認為 處于不平衡狀態(tài)的物體 只要在物體上虛加慣性力 就可以把動力學問題在形式上作為靜力學問題來處理 其中慣性力的方向與加速度方向相反 慣性力的大小等于加速度與質(zhì)量的乘積 動靜法 動載荷 慣性載荷作用下的動應力和動變形 例1一等直桿 橫截面面積為A 長為L 重度 以加速度a上升 試校核該桿的強度 解 受力分析 求動應力 一 直線運動構件的動應力 L 動載荷 慣性載荷作用下的動應力和動變形 動荷系數(shù) 強度條件 動載荷 慣性載荷作用下的動應力和動變形 動載荷 第二節(jié) 構件受沖擊時的應力和變形 方法原理 能量法 機械能守恒 在沖擊物與受沖擊構件的接觸區(qū)域內(nèi) 應力狀態(tài)異常復雜 且沖擊持續(xù)時間非常短促 接觸力隨時間的變化難以準確分析 工程中通常采用能量法來解決沖擊問題 即在若干假設的基礎上 根據(jù)能量守恒定律對受沖擊構件的應力與變形進行偏于安全的簡化計算 動載荷 構件受沖擊時的應力和變形 沖擊物為剛體 被沖擊物質(zhì)量忽略 不計沖擊過程中的能量損耗 能量守恒 沖擊過程為線彈性變形過程 保守計算 2 能量法基本方程 1 假設 動載荷 構件受沖擊時的應力和變形 3 動響應與靜響應的關系 動載荷 構件受沖擊時的應力和變形 由能量法基本方程 且 一 自由落體沖擊問題 沖擊前 沖擊后 動載荷 構件受沖擊時的應力和變形 說明 1 Dj 以沖擊物的重量作為靜載荷 沿沖擊方向作用在沖擊點時 被沖擊構件在沖擊點處沿沖擊方向所產(chǎn)生的靜位移 可見 當載荷突然作用時 彈性體的變形與應力均比同值靜載荷所引起的變形與應力增加一倍 動載荷 構件受沖擊時的應力和變形 三 沖擊響應計算 動荷系數(shù) 求動應力 解 求靜位移 沖擊響應等于靜響應與動荷系數(shù)之積 例4直徑0 3m的圓木樁受自由落錘沖擊 落錘重5kN 求 樁的最大動應力 E 10GPa 靜應力 動應力 動載荷 構件受沖擊時的應力和變形 第十二章 交變應力 如何設計車輪軸的橫截面 如何計算火車車輪軸內(nèi)的應力 如何簡化出火車車輪軸的計算模型 一 問題的提出 交變應力 概述 交變應力 概述 一 問題的提出 如果沒有工具 如何徒手把一根較粗鐵絲折斷 一 問題的提出 說明構件在靜載荷和隨時間周期變化載荷的作用下 失效方式不完全相同 交變應力 概述 交變應力 第一節(jié) 交變應力與疲勞失效 一 概念 構件內(nèi)一點處隨時間作周期性變化的應力稱為交變應力 交變應力 交變應力與疲勞失效 材料在交變應力下的失效 破壞 習慣上稱為疲勞破壞 在交變應力下構件抵抗疲勞失效的能力 稱為疲勞強度 二 疲勞破壞的特點 2 斷裂發(fā)生要經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù) 3 失效時均呈脆斷 無明顯塑性變形 交變應力 交變應力與疲勞失效 1 失效時應力低于材料強度極限sb 甚至低于屈服點ss 4 斷口 分區(qū)明顯 疲勞源 光滑區(qū)和粗糙區(qū) 三 疲勞破壞的發(fā)展過程 1 顯微結構發(fā)生變化 從而永久損傷形核 產(chǎn)生微觀裂紋 2 微觀裂紋長大并合并 形成 主導 裂紋 3 宏觀主導裂紋穩(wěn)定擴展 4 裂紋擴展到一定尺度時 構件有效截面不足以承載 就會發(fā)生脆斷 交變應力 交變應力與疲勞失效 交變應力 第二節(jié) 交變應力的循環(huán)特性和應力幅值 一 循環(huán)特性 三 應力幅值 二 平均應力 t s 交變應力 交變應力的循環(huán)特性和應力幅值 四 幾種特殊的交變應力 1 對稱循環(huán) s 交變應力 交變應力的循環(huán)特性和應力幅值 2 脈動循環(huán) 3 靜循環(huán) 靜應力 五 穩(wěn)定交變應力 循環(huán)特征及周期不變 t s 交變應力 交變應力的循環(huán)特性和應力幅值 例1發(fā)動機連桿大頭螺栓工作時最大拉力Pmax 58 3kN 最小拉力Pmin 55 8kN 螺紋內(nèi)徑為d 11 5mm 試求 a m和r 解 交變應力 交變應力的循環(huán)特性和應力幅值 第三節(jié) 材料的持久極限 交變應力 一 材料持久極限 疲勞極限 材料經(jīng)歷無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的交變應力的最大值 稱為材料的持久極限或疲勞極限 用 r表示 二 N曲線 應力 壽命曲線 交變應力 材料的持久極限 光滑小試樣 疲勞試驗機 一 材料持久極限 疲勞極限 材料經(jīng)歷無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的交變應力的最大值 稱為材料的持久極限或疲勞極限 用 r表示 二 N曲線 應力 壽命曲線 N0 循環(huán)基數(shù) r 材料的持久極限 A 條件持久極限 交變應力 材料的持久極限 NA 有限疲勞壽命 光滑小試樣 疲勞試驗機 一 材料持久極限 疲勞極限 材料經(jīng)歷無數(shù)次應力循環(huán)而不發(fā)生疲勞破壞的交變應力的最大值 稱為材料的持久極限或疲勞極限 用 r表示 二 N曲線 應力 壽命曲線 交變應力 材料的持久極限 交變應力 材料的持久極限 鋼材的持久極限與其強度極限之間的關系 第四節(jié) 影響構件持久極限的主要因素 交變應力 一 構件外形的影響 K 有效應力集中系數(shù) 交變應力 影響構件持久極限的主要因素 構件截面尺寸突變處存在應力集中 而應力集中會促使裂紋形成與擴展 從而使持久極限明顯降低 二 構件尺寸的影響 尺寸系數(shù) 交變應力 影響構件持久極限的主要因素 持久極限隨試樣橫截面尺寸增大而減小 原因是在最大應力相同的條件下 大試樣處于高應力區(qū)的材料多于小試樣 表面質(zhì)量系數(shù) 交變應力 影響構件持久極限的主要因素 三 構件表面質(zhì)量的影響 持久極限隨試樣表面質(zhì)量的提高而增大 原因是提高表面質(zhì)量可減少構件表面的應力集中 從而使持久極限得以提高 交變應力 影響構件持久極限的主要因素 四 構件工作環(huán)境的影響 構件所處的周圍環(huán)境 如溫度 腐蝕性 放射介質(zhì)等等因素 都會對持久極限有影響 也可用相應的影響系數(shù)表示 若循環(huán)應力為切應力 將上述公式中的正應力換為切應力即可 對稱循環(huán)下 r 1 上述各系數(shù)均可查表而得 交變應力 影響構件持久極限的主要因素 五 構件的持久極限 r0 r0與 r的關系 第七節(jié) 提高構件疲勞強度的措施 交變應力 交變應力 提高構件疲勞強度的措施 2 提高表面加工質(zhì)量 3 增加表面強度 1 減緩應力集中 復習 12 作業(yè)P269 思12 1至6 8P269 習12 1 2 交變應力- 配套講稿:
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- 關 鍵 詞:
- 載荷 應力
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