材料力学学习指导与解题指南第章动载荷与疲劳强度概述.pdfVIP

范 钦 珊 教 育 教 学 工 作 室 FAN Qin-Shan’s Education Teaching Studio eBook 材料力学学习指导 与解题指南 （第12 章） §12—1 教学要求与学习目标 §12—2 理 论 要 点 §12—3 学 习 建 议 §12—4 例 题 示 范 2004-12-18 1 材料力学学习指导与解题指南 第 12 章 构件上的动载荷与动应力分析 高速旋转或者以很高的加速度运动的构件、承受冲击物作用的构 件，其上作用的载荷，统称为动载荷，构件中的应力，统称为动应力。 构件上的动应力有时会达到很高的数值，是这类构件失效的主要原 因。应用达朗贝尔原理和机械能守恒定律，可以分析和解决这两类动 载荷和动应力问题。 结构的构件或机械、仪表的零部件在交变应力作用下发生的失 效，称为疲劳失效，简称为疲劳。对于矿山、冶金、动力、运输机械 以及航空航天等工业部门，疲劳是零件或构件的主要失效形式。统计 结果表明，在各种机械的断裂事故中，大约有 80％以上是由于疲劳 失效引起的。因此，对于承受交变应力的设备，疲劳分析在设计中占 有重要的地位。 疲劳强度已从经典的无限寿命设计发展到现代的有限寿命设计 和可靠性分析。累积损伤理论为解决疲劳寿命问题提供了重要基础及 工程计算方法。零件、构件以至设备的寿命、可靠性等已成为国内外 市场上产品竞争的重要指标。 §12－1 教学要求与学习目标 (1) 掌握等加速度直线运动构件以及等速旋转构件的应力分析与强 度计算的基本方法。 (2) 根据确定冲击载荷的基本假定，应用机械能守恒定律正确计算自 由落体引起的冲击载荷。 (3) 能够正确计算几种常见情形下的动荷因数。 (4) 了解影响冲击载荷的因素以及提高构件抗冲击能力的措施。 (5) 掌握有关交变应力的基本概念： 2 应力循环； 应力比； 最大应力与最小应力； 平均应力与应力幅值； 对称循环与脉冲循环。 (6) 理解疲劳破坏的过程和破坏原因，掌握疲劳破坏断口的特征。 (7) 理解影响疲劳强度的因素。 (8) 了解累积损伤的概念以及损伤对构件疲劳寿命的影响。 §12－2 理论要点 1. 等加速度直线运动构件的动应力分析 对于以等加速度作直线运动构件，只要确定其上各点的加速度 a ,就可以应 用达朗贝尔原理施加惯性力，如果为集中质量 m ，则惯性力为集中力， F −m a I 如果是连续分布质量，则作用在质量微元上的惯性力为 F −dm a I 然后，按照弹性静力学中的方法对构件进行应力分析和强度与刚度计算。 2. 旋转构件的受力分析与动应力计算 旋转构件由于动应力而引起的失效问题在工程中也是很常见的。处理这类 问题时，首先是分析构件的运动，确定其加速度，然后应用达朗贝尔原理，在 构件上施加惯性力，最后按照弹性静力学方法确定构件的内力和应力。 需要注意的是等速旋转构件上的惯性力，有时是均匀分布（例如等速旋转 的圆环），但是很多情形下是非均匀分布的。 3. 冲击载荷与冲击应力 具有一定速度的运动物体，向着静止的构件冲击时，冲击物的速度在很短 的时间内发生了很大变化，即：冲击物得到了很大的负值加速度。这表明，冲 击物受到与其运动方向相反的很大的力作用。同