材料力學(xué)II課件：ch15 動(dòng)載荷(3rd)

1、作 業(yè)15-9，15-10，15-11，15-12，15-13單輝祖：材料力學(xué)1第 15 章 動(dòng)載荷單輝祖編著：材料力學(xué) 第 15 章 動(dòng)載荷 慣性力引起的應(yīng)力 沖擊應(yīng)力分析 振動(dòng)應(yīng)力分析本章主要研究：1 引言2 慣性力引起的應(yīng)力3 沖擊應(yīng)力分析4 振動(dòng)應(yīng)力分析1 引 言 動(dòng)載荷實(shí)例 構(gòu)件動(dòng)荷問(wèn)題 動(dòng)載荷實(shí)例離心慣性力振動(dòng)沖擊 構(gòu)件動(dòng)荷問(wèn)題靜載荷隨時(shí)間變化極緩慢或不變化的載荷 構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)的加速度可以忽略不計(jì) 動(dòng)載荷隨時(shí)間顯著變化或使構(gòu)件各質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生明顯加速度 的載荷動(dòng)載荷類型 構(gòu)件處于定常加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài),構(gòu)件受到慣性力作用 加速度瞬時(shí)達(dá)到極大值，載荷突然施加到構(gòu)件上 加速度隨時(shí)間周期性變化，構(gòu)件發(fā)

2、生振動(dòng) 上述三種情況分別簡(jiǎn)稱為慣性力、沖擊與振動(dòng)問(wèn)題本章任務(wù) 本章介紹桿件在上述三種情況下的應(yīng)力、變形與位移分析的實(shí)用方法2 慣性力引起的應(yīng)力 引 言 勻加速直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)件 定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件 例 題 引 言 對(duì)于質(zhì)量為m、加速度為a的質(zhì)點(diǎn)，慣性力的大小等于ma，其方向則與a相反。 達(dá)朗貝爾原理 對(duì)于作加速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)系，假想地在每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上施加相應(yīng)慣性力，則作用在質(zhì)點(diǎn)系上的外力與慣性力，構(gòu)成一平衡力系。于是，動(dòng)力學(xué)問(wèn)題形式上轉(zhuǎn)化為靜力學(xué)問(wèn)題，即所謂動(dòng)靜法。 對(duì)于在外力作用下處于定常加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的構(gòu)件，在附加慣性力后，即可按求解靜荷問(wèn)題的方法，分析構(gòu)件的應(yīng)力與位移等。慣性力引起的應(yīng)力分析單輝祖：材料力

3、學(xué)10單輝祖：材料力學(xué)11單輝祖：材料力學(xué)12 以加速度 a 向上起吊直桿, 分析桿的軸力與最大正應(yīng)力。橫截面面積為A, 材料密度為r。 1. 外力分析2. 軸力與應(yīng)力分析重力慣性力 勻加速直線運(yùn)動(dòng)構(gòu)件單輝祖：材料力學(xué)14單輝祖：材料力學(xué)151. 外力分析2. 內(nèi)力與應(yīng)力分析以角速度 w 等速旋轉(zhuǎn)薄圓環(huán)，試分析其應(yīng)力, 材料密度為r。 定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件離心慣性力問(wèn)題單輝祖：材料力學(xué)17單輝祖：材料力學(xué)18單輝祖：材料力學(xué)19單輝祖：材料力學(xué)20單輝祖：材料力學(xué)21葉片例 2-1 圖示渦輪葉片，材料密度為r ，轉(zhuǎn)速為w 試求葉片橫截面上的正應(yīng)力與軸向變形解：1. 問(wèn)題分析作用在 微段dx上的離心

4、力：x 處的向心加速度：2. 葉片外力分析向心加速度 離心慣性力 葉片軸向受力 例 題x 截面的軸力：x 截面的應(yīng)力：4. 葉片的軸向變形3. 葉片軸力與應(yīng)力例 2-2 軸在MA作用下旋轉(zhuǎn)，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J, 畫(huà)扭矩圖解：慣性力偶矩:3 沖擊應(yīng)力分析 落體沖擊過(guò)程演示 沖擊應(yīng)力分析 緩沖措施 例 題單輝祖：材料力學(xué)26單輝祖：材料力學(xué)27 落體沖擊過(guò)程示意 沖擊末變形最大位置 沖擊變形最大位置 回彈靜平衡位置靜平衡位置 位移變化曲線沖擊變形最大時(shí)，沖擊物的速度為零 沖擊應(yīng)力分析的工程方法 沖擊物為剛體(需考慮變形的情況,參見(jiàn)題15-14) 沖擊物與被沖擊物接觸后，始終保持接觸 被沖擊物的質(zhì)量忽

5、略不計(jì),變形瞬間傳遍全構(gòu)件 沖擊過(guò)程的能量損失、局部塑性變形忽略不計(jì) 沖擊變形最大時(shí)，沖擊物的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為被沖擊彈性體的應(yīng)變能 沖擊變形最大時(shí)，沖擊力與沖擊應(yīng)力最大假設(shè)分析要點(diǎn)單輝祖：材料力學(xué)30k剛度系數(shù) 線彈性體在沖擊點(diǎn)、沿沖擊方向產(chǎn)生單位位移所需之力公式推導(dǎo) 緩沖措施結(jié)論：降低沖擊應(yīng)力的主要途徑 減小被沖擊構(gòu)件或系統(tǒng)的剛度可見(jiàn)：k，Dst，Kd ，sd,max配置緩沖彈簧或彈性墊片，增大構(gòu)件的柔度等相關(guān)問(wèn)題的進(jìn)一步深化和細(xì)化單輝祖：材料力學(xué)33單輝祖：材料力學(xué)34單輝祖：材料力學(xué)35單輝祖：材料力學(xué)36單輝祖：材料力學(xué)37單輝祖：材料力學(xué)38單輝祖：材料力學(xué)39單輝祖：材料力學(xué)40單

6、輝祖：材料力學(xué)41單輝祖：材料力學(xué)42單輝祖：材料力學(xué)43單輝祖：材料力學(xué)44單輝祖：材料力學(xué)45單輝祖：材料力學(xué)46單輝祖：材料力學(xué)47單輝祖：材料力學(xué)48單輝祖：材料力學(xué)49單輝祖：材料力學(xué)50單輝祖：材料力學(xué)51單輝祖：材料力學(xué)52單輝祖：材料力學(xué)53單輝祖：材料力學(xué)54單輝祖：材料力學(xué)55單輝祖：材料力學(xué)56單輝祖：材料力學(xué)57單輝祖：材料力學(xué)58單輝祖：材料力學(xué)59單輝祖：材料力學(xué)60單輝祖：材料力學(xué)61單輝祖：材料力學(xué)62單輝祖：材料力學(xué)63單輝祖：材料力學(xué)64 例 題 例 5-1重量為P、速度為v 的物體沖擊梁端，求sd,max與wB解：1. 沖擊載荷計(jì)算2.沖擊應(yīng)力與位移分析Fdl 例 5-2重量為 P 物體,自由下落沖擊簡(jiǎn)支梁,求sd,max與wC解：1. 沖擊載荷計(jì)算2.沖擊應(yīng)力與位移分析 例 5-3 總量為 P 的重物自由下落，求最大沖擊力。設(shè) I=Al2/15。不考慮壓桿BC的穩(wěn)定問(wèn)題。解：1.問(wèn)題分析屬于自由落體沖擊問(wèn)題2.靜不定問(wèn)題分析3.最大沖擊力計(jì)算 例 5-4 旋轉(zhuǎn)軸在A端突然被剎停，求軸內(nèi)應(yīng)力。 軸徑為d，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J。解：1.沖擊慣性力偶矩計(jì)算2. 沖擊應(yīng)力計(jì)算Md -飛輪作用于軸的扭力偶矩例 5-5 鼓輪使重量為 P 的物體以速度 v 勻速下降，求當(dāng)鼓輪被剎停時(shí)繩內(nèi)的應(yīng)力。繩的橫截面面積為A。