动载荷PPT课件

1、实例：1.1.曲柄滑块机构；动画2.2.转轴；3. 3. 打桩。目录第1页/共38页一、构件作等加速直线运动时的动应力和动变形 aWagWdFagWWFdWga 1aAgWAWdstga 1第一节第一节 构件作匀加速直线运动或匀速转动时的应力计算构件作匀加速直线运动或匀速转动时的应力计算目录第2页/共38页aAgWAWdstga 1stkddgak1djddkdj目录第3页/共38页 xAxqg2二、构件作等速转动时的动应力DBA均质杆横截面面积为A，单位体积质量为，以角速度绕B点等速转动，计算杆横截面上最大的动应力。xxAFgdd2xa2gFda目录第4页/共38页DBAgFda xxqFL

2、gd222dDLDxxALDLA2221AFgdLDL 2221xxAFgdd2目录第5页/共38页例20-1 重物M的质量m=1kg，绕垂直轴作匀速转动。转动角速度 s110，试求垂直轴中的最大弯曲应力。100200100ABWFg解 : 1.求惯性力FgNNmrmaFn6 .98101 . 0122g2.求支座反力 01 . 03 . 0 0MFFFMgBxA）（N6 .29N8 . 916 .98131BxF目录WMFgFAxFBxFBy0 0gAxBxxFFFFN 69AxF第6页/共38页29.6N69 N-+-6.9 Nm3.求垂直轴AB中的最大弯矩mN9 . 6maxM4.求最大

3、弯曲应力MPa3 .70Pa01. 09 . 6323maxWMd目录WMFgFAxFBxFBy第7页/共38页例例20-2 一长度l = 12 m的16号工字钢，用横截面面积A = 108 mm2若=100MPa，校核工字钢的强度。的钢索起吊，以等加速度 a = 10m/s2上升。试求吊索的动应力。解： 取起吊的工字钢为研究对象， 工字钢作匀变速直线运动 动荷因数 d10=112.029.8aKg 16号工字钢单位长度重量q =201 N/m目录第8页/共38页吊索的静应力 61206=Pa =11.17 MPa108 10NjjFA吊索的静张力 1=1206 N2NjFql 吊索的动应力

4、dd=2.02 11.17 MPa22.56 MPajKmaxmax61206= Pa56.9 MPa21.2 10zMWdmaxdmax=114.9 MPa K作出工字钢的弯矩图。危险点的动应力 工字钢加速起吊不安全。 其危险点的静应力目录第9页/共38页（1 1）不考虑构件与冲击物接触后的回弹。（2 2）不计冲击物的变形。（3 3）不计冲击过程中的声、热、塑性变形等能量损耗，机械能守恒定律成立。基本假定：第二节 冲击载荷冲击力的特点：作用时间短，力变化快。求解冲击应力的方法：动能定理或机械能守衡定律目录第10页/共38页动能定理的应用：WhdFdBA021KKEEdhWW1弹力的功)0(2

5、122dkW21K1K2WWEE0)(21d2dhWk目录动能重力的功动能定理第11页/共38页022jdj2dh)211 (jjdh)211 (shWWF2dsddFKF jjdd211hksddKsddK0h2dkd0)(21dddhWF目录WjBAddjFW第12页/共38页材料的弹性模量E2105MPa，试分别求两杆的动应力。W1AL)(aWL1 . 0)(b1A2A2A例20-3 一重W2kN的物体从h0.05m处自由下落，分别冲击在两杆件上。已知L1m，A110104m2，A220104m2，解：jd211hkm101101010211025411311 jEAWLm1055. 0

6、1 . 09 . 05122jEALWEALW目录第13页/共38页1012111 jd1hk1362112jd2hkMPa21010102431jAWMPa 202MPa 1012jd1d1kMPa 272MPa 1362jd2d2k目录第14页/共38页G=1kN，钢梁的I=3.4107mm4， W=3.09105mm3E=200GPa，Gh2l2lGh2l2l例20-4 两根梁受重物冲击。一根支于刚性支座上，另一根支于弹簧常数k=100 N/mm的弹簧上。已知l=3m，h=0.05m， 解： 1.刚性支承梁 mm0827. 0m104 . 3102004831014859333EIGlj

7、83512111102780502115.Kd求两梁的最大冲击应力。目录第15页/共38页Gh2l2lGh2l2lMPa43. 2MPa1009. 3410003100045WGljMPa0 .87MPa43. 28 .35d 2.弹性支承梁 mm08. 5mm)100210000827. 0(2483kGEIGlj555100850502113.KdMPa5 .13MPa43. 255. 5jddK目录第16页/共38页例20-6 重为W的重物以水平速度v撞击在长l的直杆上，若直杆的弯曲刚度EI、抗弯截面模量WZ、横截面面积A均已知。试求杆内解： 取系统为研究对象，冲击过程中杆的弹力作功。K

8、2K1EEWd22dd0(0)222FWkvg 2ddWvFgddjFW由动能定理 目录最大动应力。 第17页/共38页2jdvg 2ddjjvKg解得 将大小为W的力作用在杆端，静变形3j3WlEI 22d3j3vvEIKggWlmaxmaxzzMWlWW2dmaxdmax6zv W EKglhW最大静应力 最大动应力 目录W第18页/共38页第三节第三节 冲击韧度的概念冲击韧度的概念冲击韧度：材料抵抗冲击载荷的能力。冲击韧度指标： （1）冲击吸收功AK；（2）冲击韧度aK一、试件 开槽目的：使试件产生应力集中，在开槽处冲断。aKU、 aKV分别表示由不同的开槽试件所测得的冲击韧度。目录第1

9、9页/共38页二、冲击试验机及试验原理 h1 h2 由动能定理，WEEkk12012kkEEKAhhGW)(21KAhhG)(021)(21hhGAK冲击吸收功冲击韧度AAKk目录单位：J单位：J/m2第20页/共38页第四节第四节 疲劳失效特征与原因分析疲劳失效特征与原因分析一、交变应力：随时间周期变化的应力。实例目录第21页/共38页1.1.交变应力的描述1.应力循环：应力重复变化一次 2.应力幅值a )(21minmaxa3.平均应力m )(21minmaxm目录第22页/共38页2.交变应力的循环特性 maxminr2.对称循环 r = -11.静应力 r =13.脉动循环 r =04

10、.一般情况 r 不定t目录第23页/共38页二、疲劳失效: :在交变应力作用下发生的失效。特点:1.:1.失效时应力低于材料的强度极限b b，甚至低于2.2.脆性断裂 , ,断口一般可区分为光滑区和晶粒状粗糙区屈服点s s。两部分。 目录第24页/共38页第五节第五节 材料的持久极限材料的持久极限一、持久极限（疲劳极限）材料在交变应力作用下的强度指标 ，可通过实验获得。设备：疲劳试验机。试件：光滑小试件，d =710 mm，一组十根左右。目录第25页/共38页brN1.疲劳曲线的绘制以各（N，）作点，连线，N称为疲劳曲线。渐进线所对应的纵坐标的值就是光滑小试样的持久极限（或对钢材，N曲线逐渐趋

11、向于一条水平渐进线。该水平NO有限寿命区无限寿命区目录疲劳极限）r 。第26页/共38页2.循环基数NO：以该循环次数所对应的max作为试样持久极限，称为名义持久极限。二、影响材料持久极限的因数。1.循环特性 r ;2.试件变形形式；3.材料。brNNO有限寿命区无限寿命区目录第27页/共38页第六节第六节 影响构件持久极限的主要因素影响构件持久极限的主要因素r : 材料的持久极限，实际构件的持久极限，还受构件外形、1.构件外形的影响有效应力集中系数 k kdk11（-1）d 无应力集中的光滑试样的持久极限。 （-1）k 有应力集中且尺寸与光滑试样相同的构件的持久极限。1 一、主要影响因数目录

12、尺寸、表面质量及工作环境等影响 ，以下以对称循环正应力为例。 第28页/共38页3.构件表面质量的影响表面质量系数 d11d)(1表面磨光试样的持久极限，)(1为其它加工情况时构件的持久极限。 4.工作环境的影响二、构件的持久极限101k目录2.构件尺寸的影响尺寸系数11dd)(1光滑大试样的持久极限，1光滑小式样的持久极限。 1 第29页/共38页第七节第七节 疲劳强度计算疲劳强度计算nkn1011疲劳许用应力 构件的疲劳强度条件 n011max用安全系数表示的形式 nmax01max1max01kn令工作安全系数nn 目录构件的疲劳强度条件 第30页/共38页例12-1 阶梯形圆轴粗细二段

13、的直径为D=50mm，d=40mm，过渡圆角半径 r = 5mm，材料为合金钢，b=900MPa，-1=360MPa，构件的表面粗糙度为0.2。承受对称循环交变弯矩D/d=50/40=1.25，r/d=5/40=0.125，b=900MPa， 查机械工程师手册：K=1.55 ；=0.77； =1 。解：（1）确定有效应力集中系数k、尺寸系数、表面质量系数。 目录M=450Nm，n=2。试校核轴的疲劳强度。 第31页/共38页MPa8 .178MPa36055. 1177. 0101k（2）计算轴的持久极限（3）计算圆轴的最大弯曲正应力 MPa6 .71MPa40321045033maxmaxWM（4）校核轴的强度 49. 26 .718 .178max01nn=2 结论：轴满足疲劳强度要求。 目录第32页/共38页jdjdjddFFk二、构件以加速度运动 gak1d构件直线运动三、构件受冲击载荷 冲击物自由落体运动sd211hk目录第33页/共38页三、交变应力的循环特性 2.对称循环 r = -11.静应力 r =13.脉动循环 r =0四、材料持久极限（疲劳极限）1.对称循环 -1； -1；2.脉动循环 0； 0；3.非对称循环 r； r；五、构件的持久极限（