構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力

構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析任務(wù)二構(gòu)件受交應(yīng)力作用時(shí)的動(dòng)力分析

1．理解動(dòng)載荷、動(dòng)靜法、動(dòng)應(yīng)力和疲勞極限的概念；

2．掌握用動(dòng)靜法求構(gòu)件動(dòng)應(yīng)力的方法;3.熟練掌握構(gòu)件受沖擊時(shí)的應(yīng)力和變形的計(jì)算以及提高構(gòu)件承載能力的方法;4.掌握交變應(yīng)力的特性和材料的疲勞極限的影響因素;5.熟練掌握構(gòu)件在對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力作用下的疲勞極限的強(qiáng)度計(jì)算。學(xué)習(xí)目標(biāo)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力分析

任務(wù)描述如圖3-1所示，一長(zhǎng)度l=20m的16號(hào)工字鋼，用橫截面積A=108mm2的鋼索起吊，以等加速度a=15m/s2上升，若只考慮工字鋼的重量而不計(jì)吊索的自重，試求吊索的動(dòng)壓力，以及工字鋼在危險(xiǎn)點(diǎn)處的動(dòng)應(yīng)力σdmaxo使工字鋼中的動(dòng)應(yīng)力最小，吊索的位置應(yīng)該如何安置?圖3-1工字鋼動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析知識(shí)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)表明，在靜載荷作用下服從胡克定律的材料，在動(dòng)載荷作用下，只要?jiǎng)討?yīng)力不超過(guò)材料的比例極限，胡克定律仍然適用，且彈性模量也與靜載荷作用下的彈性模量數(shù)值相同。因此動(dòng)載荷作用下的構(gòu)件的應(yīng)力和變形的計(jì)算，仍然可以采用靜載荷下的計(jì)算工程，但需要考慮動(dòng)載荷的效應(yīng)作相應(yīng)的修正。本任務(wù)主要討論采用動(dòng)靜法和能量法求做加速直線運(yùn)動(dòng)或者等速轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件和受到?jīng)_擊載荷作用下的構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力和變形的計(jì)算。任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析一、動(dòng)載荷和動(dòng)靜法的基本概念

前面所討論的都是構(gòu)件在靜載荷作用下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移的計(jì)算。靜載荷是指從零開(kāi)始緩慢地增加到最終值就不再變化的載荷。在靜載荷作用下，構(gòu)件內(nèi)各點(diǎn)的加速度很小，可以忽略不計(jì)。然而在工程實(shí)際問(wèn)題中，常會(huì)遇到動(dòng)載荷的問(wèn)題。所謂的動(dòng)載荷，就是隨著時(shí)間變化而變化的載荷，以及做加速運(yùn)動(dòng)或者轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中構(gòu)件的慣性力。構(gòu)件做等加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，構(gòu)件內(nèi)的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生慣性力。動(dòng)靜法是求動(dòng)應(yīng)力的最簡(jiǎn)單方法，即除外加載荷外再在構(gòu)件上加上慣性力，然后按照求解靜載荷的方法，求得構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力。任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析二、用動(dòng)靜法求動(dòng)應(yīng)力1.構(gòu)件在等加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析圖3-2加速起吊構(gòu)件動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析

例3-1

一鋼索以勻加速度α吊起重物M，如圖3-3所示。重物M的重力為P，鋼索的橫截面積為S，其重力忽略不計(jì)，求鋼索橫截面上的動(dòng)應(yīng)力。

任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析圖3-3鋼索動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析圖3-4槽鋼動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析

任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析2.構(gòu)件勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的應(yīng)力圖3-5圓環(huán)動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析圖3-6圓軸動(dòng)力分析任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析

任務(wù)一構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力分析三、用動(dòng)靜法求動(dòng)應(yīng)力1.受自由落體沖擊時(shí)構(gòu)件的應(yīng)力和變形計(jì)算

（1）沖擊物的變形很小，可將它視為剛體。

（2）沖受沖擊物體的質(zhì)量很小，可以忽略不計(jì)。任務(wù)王一構(gòu)件邁受沖煩擊時(shí)沫的動(dòng)甲力分樹(shù)析

（3）沖擊物與受沖擊物接觸后附著在一起運(yùn)動(dòng)。

（4）受沖擊物體在沖擊力作用下變形是線彈性的。

（5）忽略沖擊過(guò)程中其他能量(如熱能)的損失，即認(rèn)為只有動(dòng)能和勢(shì)能的變化。任務(wù)胡一構(gòu)件女受沖體擊時(shí)漲的動(dòng)向力分貿(mào)析圖3獎(jiǎng)-7慎沖紙擊變桌形和束應(yīng)力葬分析任務(wù)辰一構(gòu)件隊(duì)受沖幕擊時(shí)蜂的動(dòng)痛力分伍析任務(wù)寸一構(gòu)件喪受沖應(yīng)擊時(shí)你的動(dòng)肆力分拔析任務(wù)眼一構(gòu)件綢受沖冷擊時(shí)觀的動(dòng)垂力分域析任務(wù)執(zhí)一構(gòu)件喚受沖緊擊時(shí)貸的動(dòng)防力分隨析任務(wù)主一構(gòu)件杜受沖過(guò)擊時(shí)倘的動(dòng)敵力分蒼析任務(wù)挎一構(gòu)件巡壽受沖病擊時(shí)尸的動(dòng)隸力分植析2.受水平?jīng)_擊時(shí)構(gòu)件的應(yīng)力和變形計(jì)算

如圖3-8所示，有一根下端固定、長(zhǎng)度為L(zhǎng)的鉛直桿AB，在C點(diǎn)受-個(gè)物體P沿水平方向沖擊。設(shè)C點(diǎn)到桿下端的距離為l，物體的重量為P，物體在與桿接觸時(shí)的速度為v?，F(xiàn)推導(dǎo)動(dòng)載荷系數(shù)Kd。圖3島-8涂鉛丈直桿隙動(dòng)力押分析任務(wù)嚇一構(gòu)件新受沖教擊時(shí)顆的動(dòng)來(lái)力分術(shù)析任務(wù)謹(jǐn)一構(gòu)件山受沖拜擊時(shí)森的動(dòng)托力分嗚析任務(wù)戲一構(gòu)件景受沖鄙擊時(shí)長(zhǎng)的動(dòng)殊力分敞析3.起吊重物時(shí)構(gòu)件的應(yīng)力和變形計(jì)算

如圖3-9所示，起重機(jī)吊一勻速下降的重為P的物體。當(dāng)?shù)跛飨陆礹時(shí)，起重機(jī)突然剎車。設(shè)吊索的橫截面積為A，彈性模量為E，試求吊索受到?jīng)_擊時(shí)的動(dòng)載荷系數(shù)。圖3聾-9逗吊益索動(dòng)役力分喂析任務(wù)宴一構(gòu)件叮受沖廢擊時(shí)爛的動(dòng)罵力分崖析任務(wù)茶一構(gòu)件鐘受沖叛擊時(shí)變的動(dòng)染力分吃析任務(wù)哥一構(gòu)件懷受沖懼擊時(shí)櫻的動(dòng)熄力分扶析圖3秒-1豈0律簡(jiǎn)支葡梁動(dòng)顧力分愉析任務(wù)捉一構(gòu)件鼠受沖仍擊時(shí)妻的動(dòng)案力分咬析

任務(wù)戀一構(gòu)件納受沖釀?chuàng)魰r(shí)陽(yáng)的動(dòng)壓力分塑析圖3務(wù)-1蘆1侄鋼桿姥動(dòng)力接分析任務(wù)平一構(gòu)件百受沖倆擊時(shí)破的動(dòng)數(shù)力分暴析

任務(wù)嘆一構(gòu)件地受沖谷擊時(shí)籃的動(dòng)駱力分衰析4.提高動(dòng)載荷下構(gòu)件承載能力的措施任務(wù)牧一構(gòu)件發(fā)受沖毛擊時(shí)告的動(dòng)湖力分號(hào)析任務(wù)實(shí)施任務(wù)企一構(gòu)件奏受沖座擊時(shí)歉的動(dòng)況力分乘析構(gòu)件受沖擊時(shí)的動(dòng)力求解一求使工字鋼動(dòng)應(yīng)力最小時(shí)吊索的位置。

任務(wù)溝一構(gòu)件濱受沖蕩擊時(shí)隔的動(dòng)銹力分零析

任務(wù)伶一構(gòu)件伐受沖事?lián)魰r(shí)另的動(dòng)耍力分巡壽析

任務(wù)喉一構(gòu)件鄉(xiāng)豐受沖懂擊時(shí)蘿的動(dòng)至力分劃析圖3夢(mèng)-1井2罵工字永鋼動(dòng)木力分聽(tīng)析任務(wù)器二構(gòu)件刺受交初應(yīng)力潤(rùn)作用臘時(shí)的傻動(dòng)力針?lè)治?/p>

任務(wù)描述某減速器軸如圖3-2叮所示。鍵槽為端就加工，A-A截面上的彎矩M=860，軸的材料為碳鋼，σb=520MPa，σ1=220MPa，Kσ=1.65。若規(guī)定安全系數(shù)n=1.3，試校核A-A截面的強(qiáng)度。圖3-27減速器軸任務(wù)瓣二構(gòu)件秒受交習(xí)應(yīng)力臘作用痛時(shí)的屢動(dòng)力兆分析知識(shí)準(zhǔn)備疲勞破壞現(xiàn)象出現(xiàn)始于1u世紀(jì)，工業(yè)革命以后，隨著蒸汽機(jī)車和機(jī)動(dòng)運(yùn)載工具的發(fā)展以及機(jī)械設(shè)備的廣泛應(yīng)用，運(yùn)動(dòng)部件破壞經(jīng)常發(fā)生。破壞往往發(fā)生在零部件的截面尺寸突變處，破壞的名義應(yīng)力不高，低于材料的抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)。法國(guó)工程師PoceletJ.V1939年在巴黎大學(xué)講課時(shí)首先使用"疲勞"這一術(shù)語(yǔ)來(lái)描述材料在循環(huán)載荷作用下承載能力逐漸耗盡以致最后突然斷裂的現(xiàn)象。本任務(wù)主要討論構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下的構(gòu)件的疲勞破壞和疲勞強(qiáng)度的校核。任務(wù)過(guò)二構(gòu)件概受交猜應(yīng)力夕作用灶時(shí)的織動(dòng)力云分析一、擾基本痰概念1.交變應(yīng)力一、壁基本扶概念任務(wù)肺二構(gòu)件橫受交涂應(yīng)力溫作用炭時(shí)的賄動(dòng)力紫分析2.疲勞破壞

實(shí)踐表明，在交變應(yīng)力作用下材料的破壞與靜應(yīng)力完全不同。在應(yīng)力值遠(yuǎn)低于屈服極限的情況下，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的交變應(yīng)力作用，構(gòu)件會(huì)突然發(fā)生斷裂。即使塑性較好的材料，斷裂前也無(wú)明顯的塑性變形。構(gòu)件在反復(fù)加載下的突然失效，這種現(xiàn)象稱為疲勞破壞。任務(wù)紐奉二構(gòu)件梢受交蹈應(yīng)力寄作用絮時(shí)的亡動(dòng)力街分析1）金屬材料疲勞破壞的主要特征

（1）在交變應(yīng)力極值遠(yuǎn)小于屈服極限甚至比比例極限還要小的情況下金屬材料就能發(fā)生疲勞破壞。

（3）斷裂面明顯可以分為光滑區(qū)和粗糙區(qū)，粗糙區(qū)呈顆粒狀，如圖3-28所示。（2）無(wú)論脆性材料還是塑性材料其破壞特征都表現(xiàn)為脆性斷裂，即使是塑性很好的材料在破壞前也沒(méi)有明顯的塑性變形。任務(wù)房誠(chéng)二構(gòu)件航受交匠應(yīng)力陰作用蚊時(shí)的雖動(dòng)力嘩分析圖3醒-2印8給斷面楊圖任務(wù)盜二構(gòu)件萌受交柱應(yīng)力熄作用恨時(shí)的劉動(dòng)力露分析2）金屬材料破壞的典型過(guò)程

在較大交變應(yīng)力作用下，金屬材料中位置最不利或者結(jié)合最弱的晶體首先沿最大剪應(yīng)力作用面形成滑移帶，進(jìn)而開(kāi)裂成微觀裂紋，這個(gè)階段被稱為裂紋萌生階段。（1）

在交變應(yīng)力的繼續(xù)作用下，先前產(chǎn)生的微觀裂紋會(huì)緩慢擴(kuò)展并逐漸相互溝通形成宏觀裂紋，宏觀裂紋繼續(xù)擴(kuò)展并反復(fù)摩擦，從而使開(kāi)裂面不斷擴(kuò)大，這樣就形成了斷裂面的光滑區(qū)，這一階段被稱為裂紋擴(kuò)展階段。（2）任務(wù)校二構(gòu)件徐受交廢應(yīng)力旁作用良時(shí)的嚴(yán)動(dòng)力臥分析

裂紋擴(kuò)展達(dá)到某一臨界尺寸后會(huì)突然加速并且使構(gòu)件很快斷裂，這一過(guò)程持續(xù)時(shí)間極短，被稱為斷裂階段。斷裂時(shí)新形成的斷裂面由于沒(méi)有經(jīng)歷相互摩擦而表現(xiàn)為顆粒狀，對(duì)應(yīng)斷裂面上的粗糙區(qū)。（3）任務(wù)抽二構(gòu)件攤受交號(hào)應(yīng)力滾作用格時(shí)的廢動(dòng)力擊分析二、危交變鋪應(yīng)力珍的特炊性及擺材料分的疲妨勞極據(jù)限1.交變應(yīng)力的特性任務(wù)愿二構(gòu)件約受交濕應(yīng)力培作用言時(shí)的皆動(dòng)力羊分析任務(wù)歲二構(gòu)件糠受交縣應(yīng)力畝作用筍時(shí)的蔑動(dòng)力首分析2.交變應(yīng)力的分類任務(wù)惱二構(gòu)件令受交弱應(yīng)力價(jià)作用居時(shí)的陵動(dòng)力鐵分析任務(wù)妨二構(gòu)件鄙受交擇應(yīng)力童作用既時(shí)的失動(dòng)力拘分析3.材料的疲勞極限圖3黎-3搞0影S-晴N曲莊線任務(wù)床二構(gòu)件票受交基應(yīng)力搞作用仆時(shí)的您動(dòng)力矩分析三、偽影響共構(gòu)件拾疲勞緞極限屋的主猾要因皆素1.構(gòu)件外形的影響2.構(gòu)件截面尺寸的影響3.構(gòu)件表面加工質(zhì)量的影響任務(wù)飯二構(gòu)件席受交脆應(yīng)力喘作用兔時(shí)的濟(jì)動(dòng)力耕分析四、裂對(duì)稱壺循環(huán)痕應(yīng)力破下的鞭疲勞討強(qiáng)度眾計(jì)算任務(wù)昂二構(gòu)件干受交端應(yīng)力第作用器時(shí)的屬動(dòng)力勾分析任務(wù)鍬二構(gòu)件科受交為應(yīng)力裙作用碌時(shí)的姿動(dòng)力敏分析圖3事-3滿5耽階梯頓形圓與截面上軸任務(wù)迎二構(gòu)件乞受交贈(zèng)應(yīng)力窩作用寺時(shí)的竄動(dòng)力改分析

任務(wù)耐二構(gòu)件叮受交亞應(yīng)力議作用眼時(shí)的鮮動(dòng)力響分析

任務(wù)仰二構(gòu)件離受交這應(yīng)力輔作用璃時(shí)的濁動(dòng)力失