《动荷载、疲劳破坏》PPT课件

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1、第十三章动荷载与疲劳破坏第十三章动荷载与疲劳破坏材料力学1第十三章动荷载、疲劳破坏§13—1动荷载的概念§13—2构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力§13—3构件受冲击荷载作用时的动应力§13—4交变应力与疲劳破坏小结第十三章动荷载与疲劳破坏2§13—1动荷载的概念一、静荷载的概念:荷载由零逐渐缓慢增加到最终值后,不在随时间发生变化,构件内各点的加速度很小,可忽略不计。二、动荷载:1、动荷载的概念:由运动加速度引起的荷载。例——起重机以等速度吊起重物,重物对吊索的作用为静载。起重机以加速度吊起重物,重物对吊索的作用为动载。旋转的飞轮、气锤的锤杆工作时、打桩

2、均为动荷载作用。2、动应力的概念:构件在动荷载作用下产生的应力。3、动应力计算的分类:(1)构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力计算;(2)构件在受冲击和作强迫振动时的动应力计算;(3)构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳强度计算。第十三章动荷载与疲劳破坏3§13—2构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力一、构件作等加速直线运动的动应力Fa如图所示,一起重机绳索以等加速度a提升一等截面直杆,直杆单位体积的重量(比重、重度)为γ,横截面面积为A,杆长为L,不计绳索的重量。求:杆内任意横截面的动应力、最大动应力。分析——1、动轴力的确定xγFNda第十三章动荷

3、载与疲劳破坏42、动应力的计算4、讨论——3、最大动应力(1)、a=0时Kd——动荷系数;下标j(st)——受静荷载作用;下标d——受动荷载作用。第十三章动荷载与疲劳破坏5(2)、强度计算二、构件作等速转动时的动应力ωD一薄壁圆环平均直径为D,壁厚为t,以等角速度ω绕垂直于环平面且过圆心的平面转动,圆环的比重为γ。求圆环横截面的动应力。qd分析——1、求动轴力第十三章动荷载与疲劳破坏6FNdFNdφdφ2、动应力的计算第十三章动荷载与疲劳破坏7BAω例:均质等截面直杆AB,以B为转轴在其自身平面转动,角速度为ω,杆长L,横截面面积为A,比重γ。试:计算杆内最大的

4、动应力。xdx解:1、最大的动轴力——anqx2、最大的动应力——第十三章动荷载与疲劳破坏8例:直径d=100mm的圆轴,一端有重量Q=0.6kN,直径D=400mm的飞轮,以均匀转速n=1000r/min转动。现因在轴的另一端施加了掣动的外力偶md而在t=0.01s内停车。若不计轴的质量,试求:轴内最大的动剪应力。dnDABnABmdmdε解:1、最大的动扭矩——2、最大的动剪应力——第十三章动荷载与疲劳破坏9转动惯量的计算:对均质的薄圆板——对均质的薄圆环——对均质的细直杆——2、最大的动剪应力——第十三章动荷载与疲劳破坏10§13—3构件受冲击荷载作用时的

5、动应力一、冲击的概念一个运动的物体以一定的速度,碰上另一个静止的物体,则静止的物体将在瞬间使运动物体停止运动,这种现象叫做冲击。冲击物——运动的物体;被冲击物——静止的物体。二、冲击问题的分析方法:能量法采用能量法的假设——1、被冲击物在冲击荷载的作用下服从虎克定律;2、被冲击物的质量忽略不计;3、不考虑其它能量的损失。第十三章动荷载与疲劳破坏11三、能量法的基本原理:能量守恒和转换原理四、动应力的计算:(一)、水平冲击——如图所示,L、A、E、Q、v均为已知量,求:杆所受的冲击应力。分析——1、冲击物的机械能:QvLFdΔd第十三章动荷载与疲劳破坏能量守恒和转

6、换原理——冲击物的机械能(动能+势能)全部转换为被冲击物的动应变能。12QΔj2、被冲击物的动应变能3、能量守恒QvL动荷系数——4、动应力FdΔd第十三章动荷载与疲劳破坏13第十三章动荷载与疲劳破坏14QhL(二)、自由落体冲击ΔdFd如图所示,L、A、E、Q、h均为已知量,求:杆所受的冲击应力。分析——1、冲击物的机械能:2、被冲击物的动应变能3、能量守恒第十三章动荷载与疲劳破坏15动荷系数——4、动应力QhLΔdFdQΔj第十三章动荷载与疲劳破坏1617例:图示矩形截面梁,抗弯刚度为EI,一重为F的重物从距梁顶面h处自由落下,冲击到梁的跨中截面上。求:梁受

7、冲击时的最大应力和最大挠度。FABChL/2L/2AL/2L/2BFC解:1、动荷系数——2、最大应力——3、最大挠度——bZhY第十三章动荷载与疲劳破坏18FABChL/2L/2AL/2L/2BFC讨论——支座换成刚度为C的弹簧第十三章动荷载与疲劳破坏19例:直径d=100mm的圆轴,一端有重量Q=0.6kN,直径D=400mm的飞轮,以均匀转速n=1000r/min转动。现因在轴的另A端施加了掣动的外力偶而在瞬间内停车。若不计轴的质量,试求:轴内最大的动剪应力。(L=2mm,G=80GPa)dnDAB解:1、由能量守恒原理——2、最大的动剪应力——第十三章动

8、荷载与疲劳破坏2021冲

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