材料力學(xué)-第九章動荷載交變應(yīng)力

1、材料力學(xué)課件-第九章動荷載交變應(yīng)力第1頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第一節(jié)概述幾個概念靜載荷載增加緩慢，再從零增加到某值，保持P不變或變動很小 加載過程中引起構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的加速度很小而忽略動載P隨時間而改變（地震、風(fēng)等、海浪沖擊海浪沖擊海洋平臺 作加速運(yùn)動或作勻速轉(zhuǎn)動的流中構(gòu)件的慣性力也是一種動載。 例如起重機(jī)吊物，機(jī)械中的飛輪動應(yīng)力在動載作用下，構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力討論對象作等加速直線運(yùn)動或等速轉(zhuǎn)動的構(gòu)件受沖擊荷載作用的構(gòu)件和強(qiáng)迫振動的構(gòu)件的動應(yīng)力計(jì)算交變應(yīng)力作用下的構(gòu)件的疲勞破壞和疲勞強(qiáng)度校核第2頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，

2、星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動或等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力計(jì)算一加速直線運(yùn)動如右圖所示桿，受一軸向力P作用，加速度為 ，桿的比重為 ，根據(jù)達(dá)朗伯原理，在桿的各點(diǎn)處加上慣性力?？芍?，桿內(nèi)各點(diǎn)處的慣性力是個分布力系，為此，可用線分布力集度 來度量慣性力的大小。慣性力集度 為單位長度桿的質(zhì)量與加速度 的乘積，即第3頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育對于mm截面，該截面處的內(nèi)力 為可見，雖 均勻分布，但離起點(diǎn)越遠(yuǎn)，質(zhì)量越多，慣性力、慣性應(yīng)力也就越大應(yīng)力為二等速轉(zhuǎn)動一勻質(zhì)等截面直桿AB，B端固定在直徑為D的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸的角速度為

3、，桿AB的長度為l，橫截面面積為A，計(jì)算桿內(nèi)最大動應(yīng)力 。第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動或等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力計(jì)算第4頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育可見，對于勻質(zhì)的等截面直桿，距旋轉(zhuǎn)中心為x處的慣性力集度等于單位長度桿的質(zhì)量與該點(diǎn)處的向心加速度的乘積。方向與加速度方向相反沿桿軸加上慣性力 后，即可按分布靜荷載作用下的拉桿來計(jì)算桿AB內(nèi)的動應(yīng)力 。第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動或等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力計(jì)算第5頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育顯然，桿AB內(nèi)的最大動應(yīng)力發(fā)生在B端的橫截面上，其值為當(dāng)桿長l遠(yuǎn)大

4、于轉(zhuǎn)軸的直徑D時，上式括號中的第二項(xiàng)lD可以略去不計(jì)。說明 對于等截面桿，動應(yīng)力的大小與桿的橫截面面積無關(guān) 對于一定的材料，等截面直桿的轉(zhuǎn)動角速度 有一極 限值，該極限值與桿的橫截面面積無關(guān)第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動或等速轉(zhuǎn)動時的動應(yīng)力計(jì)算第6頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動時的應(yīng)力計(jì)算一幾個基本概念自由振動在鉛垂外力作用下， 使梁離開靜平衡位置振動 若 時，梁視為無質(zhì)量的彈性體 若計(jì) 時，為無限自由度體系圖例及符號最大位移位置靜平衡位置重物，質(zhì)量梁，質(zhì)量受迫振動在重物處（或自由端） 作用一沿鉛垂方向且隨時間作周期 變化的

5、干擾力而使梁發(fā)生振動重物靜平衡位置最大位移位置第7頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育角速度 ，則轉(zhuǎn)角 ，慣性力分量：水平分量為因EA很大，可略去軸向振動而鉛垂分量為產(chǎn)生上下振動則受迫振動的理論力學(xué)公式為振幅放大系數(shù)二受迫振動的應(yīng)力計(jì)算第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動時的應(yīng)力計(jì)算第8頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育干擾力的頻率振動系統(tǒng)的固有頻率，阻尼系數(shù)第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動時的應(yīng)力計(jì)算第9頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時應(yīng)力和變形的計(jì)算

6、由于在沖擊過程中，沖擊物的速度在短時間內(nèi)發(fā)生變化，不易確定，另外，從理論上對被沖擊物的沖擊應(yīng)力、變形作精確分析也是復(fù)雜的。本處，僅一種介紹偏于安全的簡化方法。一、假定：（）不計(jì)沖擊物的變形，接觸后回彈，粘在一起，被沖擊物視為無質(zhì)量的線彈性體，沖擊應(yīng)力瞬時傳遍沖擊物。（）不計(jì)能耗，滿足機(jī)械能守恒。最大位移第10頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時應(yīng)力和變形的計(jì)算二、求（最大位移）依能量受恒原理：沖擊物減少的動能、勢能梁增加的變形能第11頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育代入上式：

7、沖擊時的動荷系數(shù)，代表沖擊力為原自重的幾倍第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時應(yīng)力和變形的計(jì)算第12頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第五節(jié)交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限一疲勞破壞機(jī)理 交變應(yīng)力：隨時間作交替變化的應(yīng)力 疲勞破壞：金屬材料若長期處于交變應(yīng)力下，在最大工作應(yīng)力遠(yuǎn)低 于材料的屈服強(qiáng)度，且不產(chǎn)生明顯塑性變化情況下，發(fā) 生的驟然的斷裂。破壞機(jī)理： 實(shí)質(zhì)上是構(gòu)件在交變應(yīng)力下，經(jīng)歷由疲勞裂紋源的形成、 疲勞裂紋的擴(kuò)展以及最后的脆斷三個過程二交變應(yīng)力的基本參量應(yīng)力譜應(yīng)力隨時間變化的曲線應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力在最大值和最小值之間作周期性變化，應(yīng)力每重復(fù) 變化一次，稱

8、為一個應(yīng)力循環(huán)。循環(huán)特征應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值 應(yīng)力幅應(yīng)力變化的幅度第13頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育對稱循環(huán)交變應(yīng)力當(dāng) 時，即非對稱循環(huán)交變應(yīng)力當(dāng) 時。脈動循環(huán)交變應(yīng)力當(dāng) 時，即同號（異號）應(yīng)力循環(huán)當(dāng) 時。疲勞壽命疲勞破壞時，所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 第五節(jié)交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限一個應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力譜曲線第14頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育對稱 r=1脈動循環(huán)r=1靜載第五節(jié)交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限第15頁，共16頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)5分，星期四2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第六節(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞計(jì)算方法：按許用應(yīng)力