13第十三章 动荷载.ppt

第十三章 动荷载 本部分主要内容 动荷载的概念 加速运动问题的动力响应 冲击荷载问题的动力响应 交变荷载问题 疲劳破坏 §13-4 交变应力和疲劳破坏 三、疲劳破坏机理 疲劳破坏的机理，早期曾误认为是材料经过长期服役后，由于疲劳而引起材质脆化，导致骤然断裂，但实验证明，破坏后的材料的力学性能并未改变，因此构件破坏不是因疲劳而破坏，但习惯上仍称为疲劳破坏。 构件内部存在缺陷，在荷载作用下，产生应力集中，经交变应力长期作用下，缺陷部位将产生细微的裂纹，并扩展为宏观裂纹。 宏观裂纹两侧的材料时而压紧，时而张开，还可能发生相互错动，相互研磨，，形成断口光滑区。 宏观裂纹不断扩展，构件截面有效面积逐渐减小，达到一定程度后，在偶然的振动或冲击下，引起剩余截面的脆性断裂。 疲劳裂纹源形成 疲劳裂纹源扩展 脆性断裂 §13-4 交变应力和疲劳破坏 四、交变应力特征量 应力循环 sm smin smax T sa t s 最大应力 最小应力 平均应力 应力幅 循环特征 应力范围 分类 同号取正 异号取负 对称循环 非对称循环 脉冲循环 其他应力循环 静应力（循环） （1）对称循环：如受弯的车轴 t ? （2）脉动循环：如齿轮 t ? §13-4 交变应力和疲劳破坏 （3）静应力：如拉压杆 t ? t ? （4）非对称循环： ， §13-4 交变应力和疲劳破坏 疲劳寿命：材料在交变应力作用下产生疲劳破坏时所经历的应 力循环次数，记作 N，与 及 r 有关。 疲劳极限或持久极限： 标准试件在交变应力作用下，经历无限次应力循环而不发生破坏的最大应力值，称为疲劳极限，记为 §13-4 交变应力和疲劳破坏 五、疲劳极限 定义： §13-4 交变应力和疲劳破坏 五、疲劳极限 测定： S —N 曲线（应力—寿命曲线）： N0—循环次数 ?r—材料疲劳极限 ?A—条件（名义）疲劳极限 N(次数) S sA N1 sr N0 ?-1 —对称循环材料疲劳极限 结构力学 第3章静定结构的内力计算 材料力学 第13章 动荷载 一、基本概念 §13-1 概述 荷载按作用性质 ①静荷载 ②动荷载 杆件因动荷载作用而产生的应力和变形称为动应力和动变形. 缓慢作用，不产生显著的加速度 荷载随时间而变化，产生显著加速度 研究动荷载作用下构件的应力、变形、强度、刚度等计算问题，均属动荷载问题。 二、三类动荷载问题 ①匀加速直线运动或等角速转动问题 ②冲击问题 ③振动问题 三、动荷载的利与弊 一、构件作匀加速直线运动 §13-2 构件作匀加速直线运动或等角速转动的应力 特点：加速度大小方向确定。 处理方法：动静法，达朗贝尔原理 图示起重机，以等加速度a起吊重物，已知重物重W，钢索横截面面积为A，自重不计，试求钢索横截面上的动应力。 解： 1、求动内力 取研究对象 动静法，加上惯性力 动内力 称为动荷因数 静内力 动内力等于静内力乘以动荷因数. 一、构件作匀加速直线运动 特点：加速度大小方向确定。 处理方法：动静法，达朗贝尔原理 图示起重机，以等加速度a起吊重物，已知重物重W，钢索横截面面积为A，自重不计，试求钢索横截面上的动应力。 解： 1、求动内力 动内力 2、求动应力 动应力等于静应力乘以动荷因数。 动内力等于静内力乘以动荷因数. 3、强度条件 此类动荷载问题求解的关键是求动荷因素. 与加速度大小、方向有关. 即为静荷载问题. §13-2 构件作匀加速直线运动或等角速转动的应力 二、构件作等角速转动 一平均直径为D的薄壁圆环，壁厚为δ，以等角速度w转动，已知圆环的横截面面积为A，材料的密度为ρ，试求圆环横截面上的动应力。 解： 1、求惯性力集度 2、求动内力 离心惯性力集度 §13-2 构件作匀加速直线运动或等角速转动的应力 二、构件作等角速转动 一平均直径为D的薄壁圆环，壁厚为δ，以等角速度w转动，已知圆环的横截面面积为A，材料的密度为ρ，试求圆环横截面上的动应力。 解： 1、求惯性力集度 2、求动内力 3、求动应力 圆环中线各点的线速度。 动应力与材料的密度及圆环中线上点的线速度平方成正比，而与圆环的横截面面积无关. §13-2 构件作匀加速直线运动或等角速转动的应力 二、构件作等角速转动 一平均直径为D的薄壁圆环，壁厚为δ，以等角速度w转动，已知圆环的横截面面积为A，材料的密度为ρ，试求圆环横截面上的动应力。 解： 1、求惯性力集度 2、求动内力 3、求动应力 4、强度条件 工程上为了保证飞轮的强度，通常控制轮缘的线速度. 容许线速度 §13-2 构件作匀加速直线运动或等角速转动的应力 二、构件作等角速转动 一平均直径为D的薄壁圆环，壁厚为δ，以等角速度w转动，