材料力學-動載荷與動應(yīng)力分析ppt課件.ppt

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1、主講教師：鞠彥忠9/10/20215:18AM動荷與疲勞動荷與疲勞本書前面幾章所討論的都是靜載荷作用下所產(chǎn)生的變形和應(yīng)力，這種應(yīng)力稱為靜載應(yīng)力（staticalstresses），簡稱靜應(yīng)力。靜應(yīng)力的特點，一是與加速度無關(guān)；二是不隨時間的改變而變化。工程中一些高速旋轉(zhuǎn)或者以很高的加速度運動的構(gòu)件，以及承受沖擊物作用的構(gòu)件，其上作用的載荷，稱為動載荷(dynamicalload)。構(gòu)件上由于動載荷引起的應(yīng)力，稱為動應(yīng)力(dynamicstresses)。這種應(yīng)力有時會達到很高的數(shù)值，從而導致構(gòu)件或零件失

2、效。工程結(jié)構(gòu)中還有一些構(gòu)件或零部件中的應(yīng)力雖然與加速度無關(guān)，但是，這些應(yīng)力的大小或方向卻隨著時間而變化，這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力（alternativestress）。在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的失效，稱為疲勞失效，簡稱為疲勞（fatigue）。本章將首先應(yīng)用達朗貝爾原理和機械能守恒定律，分析兩類動載荷和動應(yīng)力。然后將簡要介紹疲勞失效的主要特征與失效原因，以及其影響疲勞強度的主要因素。對于礦山、冶金、動力、運輸機械以及航空航天等工業(yè)部門，疲勞是零件或構(gòu)件的主要失效形式。統(tǒng)計結(jié)果表明，在各種機械的斷裂事故中，大約

3、有80％以上是由于疲勞失效引起的。疲勞失效過程往往不易被察覺，所以常常表現(xiàn)為突發(fā)性事故，從而造成災(zāi)難性后果。因此，對于承受交變應(yīng)力的構(gòu)件，疲勞分析在設(shè)計中占有重要的地位。動荷與疲勞?等加速度直線運動構(gòu)件的動應(yīng)力分析?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算?彈性桿件上的沖擊載荷與沖擊應(yīng)力計算?結(jié)論與討論動荷與疲勞?等加速度直線運動構(gòu)件的動應(yīng)力分析動荷與疲勞?等加速度直線運動構(gòu)件的動應(yīng)力分析對于以等加速度作直線運動構(gòu)件，只要確定其上各點的加速度a,就可以應(yīng)用達朗貝爾原理施加慣性力，如果為集中質(zhì)量m，則慣性力為集中

4、力，如果是連續(xù)分布質(zhì)量，則作用在質(zhì)量微元上的慣性力為然后，按照材料力學中的方法對構(gòu)件進行應(yīng)力分析和強度與剛度計算。動荷與疲勞起重機在開始吊起重物的瞬時，重物具有向上的加速度a，重物上便有方向向下的慣性力。這時吊起重物的鋼絲繩，除了承受重物的重量，還承受由此而產(chǎn)生的慣性力，這一慣性力就是鋼絲繩所受的動載荷(dynamicsload)；而重物的重量則是鋼絲繩的靜載荷(staticsload)。作用在鋼絲繩的總載荷是動載荷與靜載荷之和：式中，F(xiàn)T為總載荷；FI與Fst分別為動載荷與靜載荷。?等加速度直線運動

5、構(gòu)件的動應(yīng)力分析動荷與疲勞按照單向拉伸時桿件橫截面上的總正應(yīng)力其中分別稱為靜應(yīng)力(staticsstress)和動應(yīng)力(dynamicsstress)。?等加速度直線運動構(gòu)件的動應(yīng)力分析動荷與疲勞?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷與疲勞旋轉(zhuǎn)構(gòu)件由于動應(yīng)力而引起的失效問題在工程中也是很常見的。處理這類問題時，首先是分析構(gòu)件的運動，確定其加速度，然后應(yīng)用達朗貝爾原理，在構(gòu)件上施加慣性力，最后按照靜載荷時所采用的方法方法確定構(gòu)件的內(nèi)力和應(yīng)力。?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷與疲勞考察以等角速度旋轉(zhuǎn)的飛

6、輪。飛輪材料密度為?，輪緣平均半徑為R，輪緣部分的橫截面積為A。設(shè)計輪緣部分的截面尺寸時，為簡單起見，可以不考慮輪輻的影響，從而將飛輪簡化為平均半徑等于R的圓環(huán)。由于飛輪作等角速度轉(zhuǎn)動，其上各點均只有向心加速度，故慣性力均沿著半徑方向、背向旋轉(zhuǎn)中心，且為沿圓周方向連續(xù)均勻分布力。?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷與疲勞為求慣性力，沿圓周方向截取ds微弧段，微段圓環(huán)的質(zhì)量為于是，微段圓環(huán)上的慣性力大小為為計算圓環(huán)橫截面上的應(yīng)力，采用截面法，沿直徑將圓環(huán)截為兩個半環(huán)。其中FT為環(huán)向拉力，其值等于應(yīng)力與面

7、積乘積。ds?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷與疲勞以圓心為原點，建立Oxy坐標系，由平衡方程，有其中為dFIy半圓環(huán)質(zhì)量微元慣性力dFI在y軸上的投影，其值為飛輪輪緣橫截面上的軸力為其中，v為飛輪輪緣上任意點的速度。?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷與疲勞當輪緣厚度遠小于半徑R時，圓環(huán)橫截面上的正應(yīng)力可視為均勻分布，并用表示。于是，飛輪輪緣橫截面上的總應(yīng)力為可見，由于飛輪以等角速度轉(zhuǎn)動，其輪緣中的正應(yīng)力與輪緣上點的速度平方成正比。設(shè)計時必須使總應(yīng)力滿足設(shè)計準則?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷

8、與疲勞設(shè)計時必須使總應(yīng)力滿足設(shè)計準則這一結(jié)果表明，為保證飛輪強度，對飛輪輪緣點的速度必須加以限制，使之滿足設(shè)計準則。工程上將這一速度稱為極限速度(limitedvelocity)；對應(yīng)的轉(zhuǎn)動速度稱為極限轉(zhuǎn)速（limitedrotationalvelocity）。?旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算動荷與疲勞上述結(jié)果還表明：飛輪中的總應(yīng)力與輪緣的橫截面積無關(guān)。因此，增加輪緣部分的橫截面積，無助于降低飛輪輪緣橫截面上的總應(yīng)力，對于提高飛輪的強度沒有任何意義。?旋