材料力學-第九章動荷載交變應力

1、材料力學課件-第九章動荷載交變應力第1頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育第一節(jié)概述幾個概念靜載荷載增加緩慢，再從零增加到某值，保持P不變或變動很小 加載過程中引起構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點的加速度很小而忽略動載P隨時間而改變（地震、風等、海浪沖擊海浪沖擊海洋平臺 作加速運動或作勻速轉(zhuǎn)動的流中構(gòu)件的慣性力也是一種動載。 例如起重機吊物，機械中的飛輪動應力在動載作用下，構(gòu)件內(nèi)的應力討論對象作等加速直線運動或等速轉(zhuǎn)動的構(gòu)件受沖擊荷載作用的構(gòu)件和強迫振動的構(gòu)件的動應力計算交變應力作用下的構(gòu)件的疲勞破壞和疲勞強度校核第2頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，

2、星期四2001.07東南大學遠程教育第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運動或等速轉(zhuǎn)動時的動應力計算一加速直線運動如右圖所示桿，受一軸向力P作用，加速度為 ，桿的比重為 ，根據(jù)達朗伯原理，在桿的各點處加上慣性力。可知，桿內(nèi)各點處的慣性力是個分布力系，為此，可用線分布力集度 來度量慣性力的大小。慣性力集度 為單位長度桿的質(zhì)量與加速度 的乘積，即第3頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育對于mm截面，該截面處的內(nèi)力 為可見，雖 均勻分布，但離起點越遠，質(zhì)量越多，慣性力、慣性應力也就越大應力為二等速轉(zhuǎn)動一勻質(zhì)等截面直桿AB，B端固定在直徑為D的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸的角速度為

3、，桿AB的長度為l，橫截面面積為A，計算桿內(nèi)最大動應力 。第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運動或等速轉(zhuǎn)動時的動應力計算第4頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育可見，對于勻質(zhì)的等截面直桿，距旋轉(zhuǎn)中心為x處的慣性力集度等于單位長度桿的質(zhì)量與該點處的向心加速度的乘積。方向與加速度方向相反沿桿軸加上慣性力 后，即可按分布靜荷載作用下的拉桿來計算桿AB內(nèi)的動應力 。第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運動或等速轉(zhuǎn)動時的動應力計算第5頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育顯然，桿AB內(nèi)的最大動應力發(fā)生在B端的橫截面上，其值為當桿長l遠大

4、于轉(zhuǎn)軸的直徑D時，上式括號中的第二項lD可以略去不計。說明 對于等截面桿，動應力的大小與桿的橫截面面積無關 對于一定的材料，等截面直桿的轉(zhuǎn)動角速度 有一極 限值，該極限值與桿的橫截面面積無關第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運動或等速轉(zhuǎn)動時的動應力計算第6頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動時的應力計算一幾個基本概念自由振動在鉛垂外力作用下， 使梁離開靜平衡位置振動 若 時，梁視為無質(zhì)量的彈性體 若計 時，為無限自由度體系圖例及符號最大位移位置靜平衡位置重物，質(zhì)量梁，質(zhì)量受迫振動在重物處（或自由端） 作用一沿鉛垂方向且隨時間作周期 變化的

5、干擾力而使梁發(fā)生振動重物靜平衡位置最大位移位置第7頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育角速度 ，則轉(zhuǎn)角 ，慣性力分量：水平分量為因EA很大，可略去軸向振動而鉛垂分量為產(chǎn)生上下振動則受迫振動的理論力學公式為振幅放大系數(shù)二受迫振動的應力計算第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動時的應力計算第8頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育干擾力的頻率振動系統(tǒng)的固有頻率，阻尼系數(shù)第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動時的應力計算第9頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時應力和變形的計算

6、由于在沖擊過程中，沖擊物的速度在短時間內(nèi)發(fā)生變化，不易確定，另外，從理論上對被沖擊物的沖擊應力、變形作精確分析也是復雜的。本處，僅一種介紹偏于安全的簡化方法。一、假定：（）不計沖擊物的變形，接觸后回彈，粘在一起，被沖擊物視為無質(zhì)量的線彈性體，沖擊應力瞬時傳遍沖擊物。（）不計能耗，滿足機械能守恒。最大位移第10頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時應力和變形的計算二、求（最大位移）依能量受恒原理：沖擊物減少的動能、勢能梁增加的變形能第11頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育代入上式：

7、沖擊時的動荷系數(shù)，代表沖擊力為原自重的幾倍第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時應力和變形的計算第12頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育第五節(jié)交變應力下材料的疲勞破壞、疲勞極限一疲勞破壞機理 交變應力：隨時間作交替變化的應力 疲勞破壞：金屬材料若長期處于交變應力下，在最大工作應力遠低 于材料的屈服強度，且不產(chǎn)生明顯塑性變化情況下，發(fā) 生的驟然的斷裂。破壞機理： 實質(zhì)上是構(gòu)件在交變應力下，經(jīng)歷由疲勞裂紋源的形成、 疲勞裂紋的擴展以及最后的脆斷三個過程二交變應力的基本參量應力譜應力隨時間變化的曲線應力循環(huán)應力在最大值和最小值之間作周期性變化，應力每重復 變化一次，稱

8、為一個應力循環(huán)。循環(huán)特征應力循環(huán)中最小應力與最大應力的比值 應力幅應力變化的幅度第13頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育對稱循環(huán)交變應力當 時，即非對稱循環(huán)交變應力當 時。脈動循環(huán)交變應力當 時，即同號（異號）應力循環(huán)當 時。疲勞壽命疲勞破壞時，所經(jīng)歷的應力循環(huán)次數(shù)。 第五節(jié)交變應力下材料的疲勞破壞、疲勞極限一個應力循環(huán)應力譜曲線第14頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育對稱 r=1脈動循環(huán)r=1靜載第五節(jié)交變應力下材料的疲勞破壞、疲勞極限第15頁，共16頁，2022年，5月20日，4點5分，星期四2001.07東南大學遠程教育第六節(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞計算方法：按許用應力