動載荷PPT課件

1、實(shí)例：1.1.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；動畫2.2.轉(zhuǎn)軸；3. 3. 打樁。目錄第1頁/共38頁一、構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動時的動應(yīng)力和動變形 aWagWdFagWWFdWga 1aAgWAWdstga 1第一節(jié)第一節(jié) 構(gòu)件作勻加速直線運(yùn)動或勻速轉(zhuǎn)動時的應(yīng)力計(jì)算構(gòu)件作勻加速直線運(yùn)動或勻速轉(zhuǎn)動時的應(yīng)力計(jì)算目錄第2頁/共38頁aAgWAWdstga 1stkddgak1djddkdj目錄第3頁/共38頁 xAxqg2二、構(gòu)件作等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力DBA均質(zhì)桿橫截面面積為A，單位體積質(zhì)量為，以角速度繞B點(diǎn)等速轉(zhuǎn)動，計(jì)算桿橫截面上最大的動應(yīng)力。xxAFgdd2xa2gFda目錄第4頁/共38頁DBAgFda xxqFL

2、gd222dDLDxxALDLA2221AFgdLDL 2221xxAFgdd2目錄第5頁/共38頁例20-1 重物M的質(zhì)量m=1kg，繞垂直軸作勻速轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動角速度 s110，試求垂直軸中的最大彎曲應(yīng)力。100200100ABWFg解 : 1.求慣性力FgNNmrmaFn6 .98101 . 0122g2.求支座反力 01 . 03 . 0 0MFFFMgBxA）（N6 .29N8 . 916 .98131BxF目錄WMFgFAxFBxFBy0 0gAxBxxFFFFN 69AxF第6頁/共38頁29.6N69 N-+-6.9 Nm3.求垂直軸AB中的最大彎矩mN9 . 6maxM4.求最大

3、彎曲應(yīng)力MPa3 .70Pa01. 09 . 6323maxWMd目錄WMFgFAxFBxFBy第7頁/共38頁例例20-2 一長度l = 12 m的16號工字鋼，用橫截面面積A = 108 mm2若=100MPa，校核工字鋼的強(qiáng)度。的鋼索起吊，以等加速度 a = 10m/s2上升。試求吊索的動應(yīng)力。解： 取起吊的工字鋼為研究對象， 工字鋼作勻變速直線運(yùn)動 動荷因數(shù) d10=112.029.8aKg 16號工字鋼單位長度重量q =201 N/m目錄第8頁/共38頁吊索的靜應(yīng)力 61206=Pa =11.17 MPa108 10NjjFA吊索的靜張力 1=1206 N2NjFql 吊索的動應(yīng)力

4、dd=2.02 11.17 MPa22.56 MPajKmaxmax61206= Pa56.9 MPa21.2 10zMWdmaxdmax=114.9 MPa K作出工字鋼的彎矩圖。危險點(diǎn)的動應(yīng)力 工字鋼加速起吊不安全。 其危險點(diǎn)的靜應(yīng)力目錄第9頁/共38頁（1 1）不考慮構(gòu)件與沖擊物接觸后的回彈。（2 2）不計(jì)沖擊物的變形。（3 3）不計(jì)沖擊過程中的聲、熱、塑性變形等能量損耗，機(jī)械能守恒定律成立。基本假定：第二節(jié) 沖擊載荷沖擊力的特點(diǎn)：作用時間短，力變化快。求解沖擊應(yīng)力的方法：動能定理或機(jī)械能守衡定律目錄第10頁/共38頁動能定理的應(yīng)用：WhdFdBA021KKEEdhWW1彈力的功)0(2

5、122dkW21K1K2WWEE0)(21d2dhWk目錄動能重力的功動能定理第11頁/共38頁022jdj2dh)211 (jjdh)211 (shWWF2dsddFKF jjdd211hksddKsddK0h2dkd0)(21dddhWF目錄WjBAddjFW第12頁/共38頁材料的彈性模量E2105MPa，試分別求兩桿的動應(yīng)力。W1AL)(aWL1 . 0)(b1A2A2A例20-3 一重W2kN的物體從h0.05m處自由下落，分別沖擊在兩桿件上。已知L1m，A110104m2，A220104m2，解：jd211hkm101101010211025411311 jEAWLm1055. 0

6、1 . 09 . 05122jEALWEALW目錄第13頁/共38頁1012111 jd1hk1362112jd2hkMPa21010102431jAWMPa 202MPa 1012jd1d1kMPa 272MPa 1362jd2d2k目錄第14頁/共38頁G=1kN，鋼梁的I=3.4107mm4， W=3.09105mm3E=200GPa，Gh2l2lGh2l2l例20-4 兩根梁受重物沖擊。一根支于剛性支座上，另一根支于彈簧常數(shù)k=100 N/mm的彈簧上。已知l=3m，h=0.05m， 解： 1.剛性支承梁 mm0827. 0m104 . 3102004831014859333EIGlj

7、83512111102780502115.Kd求兩梁的最大沖擊應(yīng)力。目錄第15頁/共38頁Gh2l2lGh2l2lMPa43. 2MPa1009. 3410003100045WGljMPa0 .87MPa43. 28 .35d 2.彈性支承梁 mm08. 5mm)100210000827. 0(2483kGEIGlj555100850502113.KdMPa5 .13MPa43. 255. 5jddK目錄第16頁/共38頁例20-6 重為W的重物以水平速度v撞擊在長l的直桿上，若直桿的彎曲剛度EI、抗彎截面模量WZ、橫截面面積A均已知。試求桿內(nèi)解： 取系統(tǒng)為研究對象，沖擊過程中桿的彈力作功。K

8、2K1EEWd22dd0(0)222FWkvg 2ddWvFgddjFW由動能定理 目錄最大動應(yīng)力。 第17頁/共38頁2jdvg 2ddjjvKg解得 將大小為W的力作用在桿端，靜變形3j3WlEI 22d3j3vvEIKggWlmaxmaxzzMWlWW2dmaxdmax6zv W EKglhW最大靜應(yīng)力 最大動應(yīng)力 目錄W第18頁/共38頁第三節(jié)第三節(jié) 沖擊韌度的概念沖擊韌度的概念沖擊韌度：材料抵抗沖擊載荷的能力。沖擊韌度指標(biāo)： （1）沖擊吸收功AK；（2）沖擊韌度aK一、試件 開槽目的：使試件產(chǎn)生應(yīng)力集中，在開槽處沖斷。aKU、 aKV分別表示由不同的開槽試件所測得的沖擊韌度。目錄第1

9、9頁/共38頁二、沖擊試驗(yàn)機(jī)及試驗(yàn)原理 h1 h2 由動能定理，WEEkk12012kkEEKAhhGW)(21KAhhG)(021)(21hhGAK沖擊吸收功沖擊韌度AAKk目錄單位：J單位：J/m2第20頁/共38頁第四節(jié)第四節(jié) 疲勞失效特征與原因分析疲勞失效特征與原因分析一、交變應(yīng)力：隨時間周期變化的應(yīng)力。實(shí)例目錄第21頁/共38頁1.1.交變應(yīng)力的描述1.應(yīng)力循環(huán)：應(yīng)力重復(fù)變化一次 2.應(yīng)力幅值a )(21minmaxa3.平均應(yīng)力m )(21minmaxm目錄第22頁/共38頁2.交變應(yīng)力的循環(huán)特性 maxminr2.對稱循環(huán) r = -11.靜應(yīng)力 r =13.脈動循環(huán) r =04

10、.一般情況 r 不定t目錄第23頁/共38頁二、疲勞失效: :在交變應(yīng)力作用下發(fā)生的失效。特點(diǎn):1.:1.失效時應(yīng)力低于材料的強(qiáng)度極限b b，甚至低于2.2.脆性斷裂 , ,斷口一般可區(qū)分為光滑區(qū)和晶粒狀粗糙區(qū)屈服點(diǎn)s s。兩部分。 目錄第24頁/共38頁第五節(jié)第五節(jié) 材料的持久極限材料的持久極限一、持久極限（疲勞極限）材料在交變應(yīng)力作用下的強(qiáng)度指標(biāo) ，可通過實(shí)驗(yàn)獲得。設(shè)備：疲勞試驗(yàn)機(jī)。試件：光滑小試件，d =710 mm，一組十根左右。目錄第25頁/共38頁brN1.疲勞曲線的繪制以各（N，）作點(diǎn)，連線，N稱為疲勞曲線。漸進(jìn)線所對應(yīng)的縱坐標(biāo)的值就是光滑小試樣的持久極限（或?qū)︿摬?，N曲線逐漸趨

11、向于一條水平漸進(jìn)線。該水平NO有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)目錄疲勞極限）r 。第26頁/共38頁2.循環(huán)基數(shù)NO：以該循環(huán)次數(shù)所對應(yīng)的max作為試樣持久極限，稱為名義持久極限。二、影響材料持久極限的因數(shù)。1.循環(huán)特性 r ;2.試件變形形式；3.材料。brNNO有限壽命區(qū)無限壽命區(qū)目錄第27頁/共38頁第六節(jié)第六節(jié) 影響構(gòu)件持久極限的主要因素影響構(gòu)件持久極限的主要因素r : 材料的持久極限，實(shí)際構(gòu)件的持久極限，還受構(gòu)件外形、1.構(gòu)件外形的影響有效應(yīng)力集中系數(shù) k kdk11（-1）d 無應(yīng)力集中的光滑試樣的持久極限。 （-1）k 有應(yīng)力集中且尺寸與光滑試樣相同的構(gòu)件的持久極限。1 一、主要影響因數(shù)目錄

12、尺寸、表面質(zhì)量及工作環(huán)境等影響 ，以下以對稱循環(huán)正應(yīng)力為例。 第28頁/共38頁3.構(gòu)件表面質(zhì)量的影響表面質(zhì)量系數(shù) d11d)(1表面磨光試樣的持久極限，)(1為其它加工情況時構(gòu)件的持久極限。 4.工作環(huán)境的影響二、構(gòu)件的持久極限101k目錄2.構(gòu)件尺寸的影響尺寸系數(shù)11dd)(1光滑大試樣的持久極限，1光滑小式樣的持久極限。 1 第29頁/共38頁第七節(jié)第七節(jié) 疲勞強(qiáng)度計(jì)算疲勞強(qiáng)度計(jì)算nkn1011疲勞許用應(yīng)力 構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件 n011max用安全系數(shù)表示的形式 nmax01max1max01kn令工作安全系數(shù)nn 目錄構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度條件 第30頁/共38頁例12-1 階梯形圓軸粗細(xì)二段

13、的直徑為D=50mm，d=40mm，過渡圓角半徑 r = 5mm，材料為合金鋼，b=900MPa，-1=360MPa，構(gòu)件的表面粗糙度為0.2。承受對稱循環(huán)交變彎矩D/d=50/40=1.25，r/d=5/40=0.125，b=900MPa， 查機(jī)械工程師手冊：K=1.55 ；=0.77； =1 。解：（1）確定有效應(yīng)力集中系數(shù)k、尺寸系數(shù)、表面質(zhì)量系數(shù)。 目錄M=450Nm，n=2。試校核軸的疲勞強(qiáng)度。 第31頁/共38頁MPa8 .178MPa36055. 1177. 0101k（2）計(jì)算軸的持久極限（3）計(jì)算圓軸的最大彎曲正應(yīng)力 MPa6 .71MPa40321045033maxmaxWM（4）校核軸的強(qiáng)度 49. 26 .718 .178max01nn=2 結(jié)論：軸滿足疲勞強(qiáng)度要求。 目錄第32頁/共38頁jdjdjddFFk二、構(gòu)件以加速度運(yùn)動 gak1d構(gòu)件直線運(yùn)動三、構(gòu)件受沖擊載荷 沖擊物自由落體運(yùn)動sd211hk目錄第33頁/共38頁三、交變應(yīng)力的循環(huán)特性 2.對稱循環(huán) r = -11.靜應(yīng)力 r =13.脈動循環(huán) r =0四、材料持久極限（疲勞極限）1.對稱循環(huán) -1； -1；2.脈動循環(huán) 0； 0；3.非對稱循環(huán) r； r；五、構(gòu)件的持久極限（