第十六章动载荷与交变应力

第十六章动载荷和交变应力一、什么是动载荷，与静荷载的区别。§16.1动载荷的概念1、静荷载：从零开始缓慢地增到终值，然后保持不变的载荷2、动载荷：

使构件产生明显的加速度的载荷或随时间变化的载荷。动载荷本质：是惯性力3、动应力、动变形4、分类：惯性载荷、冲击载荷、振动载荷、交变载荷5、研究意义构件由于动荷载所引起的应力、变形惯性载荷 实例冲击载荷 振动载荷（Tacoma大桥共振断裂）交变载荷（交变载荷引起疲劳破坏）16.2.1构件作匀加速直线运动时的动应力计算1、此类问题的特点:

加速度保持不变或加速度数值保持不变，即角速度w=02、解决此类问题的方法:

牛顿第二定律动静法（达朗伯原理）16.2构件作匀加速直线运动或匀速转动时的动应力计算3、达朗伯原理的回顾用静力学的方法求解动力学的问题。虚拟的“惯性力”惯性力与主动力、约束力共同构成“平衡力系”，通过静力学平衡方程求解未知力。

例1：起重机以等加速度a起吊重量为W的物体，求钢索中的应力。解：（1）对重物进行受力分析惯性力:（2）沿竖直方向建立“平衡方程”：（3）求动应力若钢索截面积为A静载荷情况下的钢索中的应力：例1讨论1：引入：动载荷因数kd有:例14、动应力、动变形与动载荷因数的关系动应力:在线弹性范围内，动变形亦有:强度条件:

例2：设有等直杆，长度为L，截面积为A，比重g，受拉力F的作用，以等加速度a运动，求构件的应力和变形。（不计摩擦力）解：（1）构件加速度:（2）构件单位长度上的惯性力(集度):（3）用截面法取构件的一部分加以分析各截面的轴力:例2例2（4）动应力为:静载荷条件下的应力-静应力:因此，在此条件下，动应力沿杆长作线性分布，如图:（5）构张件轴事向变清形取构四件当友中一思微段dx例216搁.2引.2构件肚作等絮速转蔽动时灭的动滨应力设圆哑环以奥等角亿速度w绕通祝过圆臭心且拌垂直父于圆腊环平宁面的炸轴旋旗转，判如图是所示及（平扛均直哪径D>乳>厚度t，讨圾论环这内的煌应力尺。环内瓦任意藏一点菜有向怪心加极速度an，设离圆环瓶的横正截面源积为A，单盯位体董积的旱重量筒为g。惯性病力:平衡杆方程NN圆截淡面上破的应唐力为:则强恭度条记件可冈以写叠为:NN一、万构件浅受冲鞭击时念的应扛力和环变形当运仔动物叔体（馋冲击寨物）瘦以一撇定的拴速度帖作用努在静敢止构眠件（晨被冲组击物头）上胳时，模被冲肥击物游体将末受到蚁很大仆的作房诚用力伸（冲悟击载慨荷）倚，这细种现咬象称固为冲击此类涉问题宴在工声程中善非常谊常见学，比须如:打桩书、锻椒打工秆件、边凿孔巩、高捉速转丈动飞难轮制朗动等劈燕。16园.3构件豆受冲没击时英的应委力与却变形构件寻受冲聪击时培的应侵力和建变形二、绘冲击沫问题仁的特暗点:构件户受到伍外力惕作用宁的时绣间很话短，路冲击缩慧物的元速度潜在很竹短的灭时间狮内发用生很贵大的宁变化叛，甚跨至降率为0，冲奏击物派得到蚀一个降很大增的负糊加速鹿度a解决过冲击属问题号的方书法:近似氧但偏谷于安着全的佩方法--能量弃法采用做能量乘法处尾理冲牵击问宿题的意基本枪假设:1、除习机械终能外拿，所困有其闻它的翁能量划损失熊（塑洒性变匹形能突、热针能）竹等均蓝忽略否不计岛；2、冲随击过稼程中遇，结讯构保核持线崭弹性谎范围担内，攀即力何与变跪形成春正比筐；3、假评定冲永击物联为刚视体，乖只考犬虑其竹机械矮能，位不计铜变形偏能；4、假钱定被款冲击息物为椒弹性在体，怎只考息虑其雪变形昨能，血不考雅虑其膊机械冈能。由能么量守羊恒:EK：意冲击醉物速蒜度降淹为零德所释酒放出充的动东能；EP:冲击虎物接罩触被贺冲击服物时套所减桌少的勉势能慰；Ve:被冲勿击物创在冲骨击物土速度贵降为春零所否增加叮的变码形能奖。讨论迹一受典冲击枣的弹饿性梁恩，设锹有重芦量为W的物蛛体自颠高度辱为h处自顺由落匙体作畜用于登梁的1点，曾梁的胶变形析和应妻力。在冲弯击物敏自由想下落踢的情宣况下浙，冲鹿击物猴的初复速度眯和末纺速度沸为零卧，故替动能币没有解变化肉，即:Ek=诸0当重掏物落殿到最恒低点1’时，条重物衰损失晨的势焰能为:EP=W(h+△d)在冲叙击过趋程中讨，冲绳击载求荷作侵功等裂于梁赵的变博形能核，则:Ve=(Fd△d)/眯2而重摧物以只静载违荷的盯方式毛作用震于梁材上时雨，相呢应的途静变区形为△st，在映线弹些性范真围内映，载蒸荷和恋位移国成正限比，榴有:根据月前面航讨论摆的各薯种关把系，摧最后房诚可以丹得到:引用雷冲击倦动荷乖因数Kd构件巡寿受到晚冲击茫时的周强度皂条件:几种压常见耻的冲迟击动俯荷因键数1、冲佩击物弊体作蓬为突破加载苦荷作和用在得梁上疤，此族时h=蓬0突加足载荷稿作用肃是静冬载荷晶的两锹倍。2、自你由落统体，议已知小冲击哪物在姜冲击延时的掌速度稍，那荷么:3、自陡由落前体，宏已知嫂冲击河物冲她击时寒的初根动能:4、重宝物以挑水平紧速度v冲击战构件:例题图中借所示她的两粱根受夸重物Q冲击骆的钢腿梁，境其中谢一根劫是支待承于州刚性饿支座属上，玩另外嗽一根赠支于闪弹簧肃刚度搅系数k=1鞋00蛇N/树mm的弹晶性支朱座上大。已挽知l=煮3m阔,h=0兄.0堆5m虎,Q=1胀kN弊,I=3演.4艰×1姐07mm4,E=2勇00里GP男a,比较泪两者戏的冲仪击应值力。刚性班支承绿情况激下的宋冲击取应力:弹性锤支承锁情况垂下的订冲击户应力:比较违上述南两种践情况桨的结喝果可允以知障道，驼采用栏弹性候支座爱，可痛以减盟少系染统的妖刚度泉，降踢低动腥荷因投数，竟从而崇减少盒冲击多应力屈，这助就是殖缓冲伟减振诉。如何燥提高饭构件载的抗忍冲击涛能力醒？1、降网低构而件刚垄度。懒（在暂被冲惯击构筝件上眉增加带缓冲到装置醉，比就如缓脏冲弹止簧，轧弹性许垫圈碰，弹羞性支耀座）厌；2、避染免构随件局鸣部削晃弱；3、增蓄大构俊件体织积。冲击速韧度材料风在冲误击载疤荷作丹用下就，虽耗然其叉变形桥和破数坏过搞程仍爷可以法分为避弹性板变形舒、塑页性变摔形和跪断裂皂破坏抽几个秤阶段屿，但溉其力怪学性岔能和惊静载婶荷时符有明当显的花差异罩，主戴要表趁现为:屈服肿点有瘦较大宴的提览高但叙是塑死性明遗显下华降，绩材料拿产生莲明显势的脆年性倾感向。为了薄衡量舟材料愧抵抗肤冲击趴的能币力，充工程霉上提采出了阔冲击甘韧度燥的概绳念，商由冲钟击试涛验确绩定。冲击静试验断机冲击闹试件试验斯原理试件桃折断睡吸收牲的功:设试暖件横登截面奋积为A，则什定义难材料防的冲下击韧忍度为:冲击宫韧度给越大梨，表肤明材脾料抵准抗冲伙击能晒力越全强豆。它辽是强看度和役塑性页的综鱼合表急现，分是材弟料的焰力学采性能觉指标伍之一辱。一、念交薯变应消力与御疲劳逢失效1交变厉应力随时逮间作旺周期无性变色化的冒应力妄，称交变象应力2疲劳次失效构件陷在交陶变应答力作介用下观发生适的失馋效，绑称疲劳瓜失效或疲劳南破坏。3交变纷应力恶和疲沾劳失击效实字例齿轮健咬合踏，偏馋心电医机，什火车由轮轴却。16向.4交变勺应力睛与疲本劳失途效4疲劳蜘破坏扔的特狐点(1亏)、破敲坏时光滑程区粗糙刑区(3升)、疲劳贱破坏摸表现回为脆斑性断落裂(2暴)、疲劳隔破坏涌要经咏多次夜循环(4负)、疲劳巨破坏扒断口思通常咏呈现脸两个济区域厉，即光滑嗓区和粗糙肥区。tσoT1最大袖应力5循环嘴特征2最小勇应力3平均夏应力4应力猎幅二、高交变伪应力坚的循奖环特梁征、旋应力左幅和话平均锁应力6对称萌循环7非对嫁称循致环交变赞应力省的疾和铃大小嘱相等宏，符败号相泛反。除对田称循宴环外斩，其猫余情袄况为践非对丈称循吊环tσo交变裳应力扔变动剥于某踏一应轨力与庆零之床间8、脉动盐循环或9、治静应悼力应力赚保持乞某恒庸定值牲不变σoσo一、疲劳谱极限1、疲仓劳试妨验测定暴材料嫁疲劳捕强度长指标查，以谱对称品循环福下测尝定为拢例疲劳锻试验粘机如渐图标准骄试件灯：每贼组Φ8～10光滑平试件2、持驾久极扮限经过掀无穷牧多次觉应力俭循环抱而不辞发生玻破坏次的最逃大应卸力值购，又薪称疲劳极限或持久尼极限16励.5材料奸的疲潜劳极潮限以应龄力为哗纵坐轰标，熔以寿脏命为鲁横坐庸标，德将疲百劳试护验结激果描饲出一宿条光朽滑曲救线，劝称疲事劳曲熊线（S-截N曲线既）3、疲苏劳寿尼命试件沙受到撕最大扁应力心，若胖经历纠次至应力森循环配而发害生破著坏，招则施称为光应力含时的疲劳殖寿命4、疲硬劳曲仰线对称钱循环滔下持更久极迈限记讯为5、循府环基烟数：卫规定促一个述循环踩次数无代替无穷石多长融的疲劳换寿命痛，钢渡材一矿般取S-剃N曲线1、夸利用古绘制匆疲劳纺曲线断相似叙的试定验方捕法，万可以昏测定莲材料思在任旨一循腊环特陵征下钟的持尺久极溉限散，佩又床，取售为坐辟标值匙，绘疑制成俩的曲扒线，坛称为材料巡寿持久倍极限无曲线。二、深持久棋极限惊曲线题的绘幅制任一珍应力籍循环愈可由P点坐屈标表雷示。循环钩特征r相同缸的所胁有应圈力循粘环都宏在同朱一条营射线违上对称犯循环济临界公点A：P’点为柴持久蜓极限亦临界虫点静载隔临界班点B：脉动踢循环狱临界耳点C：2、持球久极冰限曲钟线的割简化域折线将持鲁久极陪限曲戒线简馋化为掩由A、B、C三点贴确定也的折句线AC上的岭点的掀坐标拔：一、筋影响每构件讨持久奶极限做的因臂素实际聋构件垦的持脱久极波限不拥但与党材料羞有关万，还珠与构甩件形探状、胸尺寸假、表佩面质抓量及作工作搜环境油等一危些因级素的果影响杰。1、构烛件外题形的刘影响构件葡外形黄突变车，槽嗽、孔尿、缺膀口、些轴肩辉等引泛起应勉力集径中外形胀突变渠引起链持久菌极限县降低应力叙集中薯系数侨：16镰.6构件朗的疲载劳极惯限疗疲劳势强度妇的计糟算2、构炊件尺寇寸的饮影响构件扰尺寸谋增大爆，持化久极月限降糕低尺寸塌影响暗系数父：3、表掏面质贡量的慰影响淬火蛾、渗蔬碳、蒸渗氮尼、喷搂丸等毒表面巩强化冲，持阻久极书限提加高表面版质量胆影响巨系数复：或4、构黄件持滋久极屡限f50f401、对称如循环赚的疲劳榜容许具应力:2、对称掠循环受的疲劳畅强度顾条件:二、疲劳碌强度缘瑞计算对称今循环负的疲劳镜强度河条件蔬的安捐全系应数法旋转国碳钢母轴上恰，作犁用一燥不变社的力缸偶M=0匪.8塘kN肢·m，轴国表面挂经过萌精车稻，b=6吸00而MP缠a，–1=窃25坟0M针Pa，规定n=1档.9，试校辉核轴眠的强涂度。①确定旦危险枣点应塔力及揉循环叔特征为对是称循绸环交变软应力f70f50r=7.5MM③强度暮校核②查图核表求摔各影妈响系抵数，刑计算袋构件寻持久掠限。求K：求：查骄图得查图功得求：表设面精拨车，=0岭.9紫4安全三、毁非对杠称循环议下的流疲劳针强度挑计算实际沸构件勤的持扰久极输限曲舰线σασmO(σ0/2，σ0/2)σbBACＥD满足收疲劳颤强度往，还窄应满讯足强桨度：σασmOσbＥBA(σ0/2，σ0/2)CD构件堆正常葛工作宽的安分全区消除汁或改辰善各稀类情玩况下啊的应起力集蜡中以芝及提陶高构看件表膏层的谋强度激。一、漆减缓剥应力恒集中在构非件外酸观设氧计上尽量柱避免村开孔困或带呜尖角己的槽骗；在构增件截跑面尺旧寸急拐剧改纳变处，应孟尽量瞒增大象过渡旷圆角佣半径芦，降念低应祖力集惹中。疲劳选裂纹勇主要眯形成爹于构件班表面我和应尿力集港中部晚位。16鹊.7提高构件输疲劳犯强度霸的措上施f70f50r=7.5减荷别槽退刀专槽采用兆坡口不焊接二、巨提高蛮表面债质量三、册改善泼表层郊强度构件未工作曾时的辱最大挥应力邪往往奸发生刮在构件弱的表症面；又由捷于机尘械加布工时脱常常吹在表娱面留枯下刀趴痕；尤其房诚对于降高强帖度钢私必须五进行耐精加芒工才酿会发出挥高访强度映钢的提性能凳；使用吹中要丛注意抗维护防止箭锈蚀常常粘是最振大拉短应力带引起衣构件鉴的疲饶劳失架效;在构框件的伶表面夜形成赚一个垄预压应斤力层或改该善构烛件表扮层的材质滚压毅、喷浮丸渗入狐微量寒元素可采据用热狱处理调、化升学处低理和择机械蜘的方遵法强把化表琴层。避免肠使构司件表谨面受异到机想械损轨伤或偷化学抛损伤1、构冬件在宣临近轰疲劳烤断裂震时，浮其内谅部：。A：无腰应力批集中隶；B：无间明显亩的塑稍性变旁形；C：不湾存在恼裂纹猪；D：不挂存在迟应力落；2、塑读性较恳好的桨材料饲在交谊变应绒力的肝作用机下，刃当危虽险点足的最栋大应纳力低伍于屈狼服极洲限时蛋：A：既恶不可誉能有蚀明显闯的塑漂性变蒸形，译也不急可能贿发生浴断裂触；B：虽透可能掩有明闸显的互塑性钓变形拿，但任不可夕能发复生断璃裂；C：不迎仅可豪能有胆明显洪的塑辛性变忽形，野而且蓝可能跳发生秒断裂金；D：不镇可能舍有明扬显的唇塑性亿变形壮，但返可能没发生举断裂球；3、写衣出下廊列交屑变应坛力的掉循环办特性进、应透力幅滴、平兆均应壮力。ｔ906030-303060ｔσ4、高淘速运霞转的俭钢轴备在何顾处打房诚钢印禾为宜将？PABCDωA：AB段；B：BC段；C：CD段；D：到辩处都陪可以缠；5、在衰双边命带切喷口的吹钢板怪的切揭口附爪近钻须上一便些大狂小不尝等的昌小孔组，与屈原来名不带影钻孔炕的切榜口钢薯板相招比，弹其疲弹劳强搭度。A：一哲定提旦高；B：一税定不驴变；C：一岩定降揪低；D：可担能提辱高，兴可能漆降低轿；6、从雷应力戚集中殖的角暂度看嫩，提他高表居面光茂洁度角对于祸提高材料黄制成青的零带件的木强度苏效果节明显新？A：低难碳钢创；B：高蓬强钢尿；C：铸怪铁；D：软知铝；7、在哗相同诉的交赤变载北荷的断作用均下，票构件疾的横丹向尺错寸增蝴大，魄其：A：工泥作应陕力减应小，幼持久曲极限愁提高墨；B：工盘作应锄力增廊大，缸持久买极限绕降低缝；C：工陈作应驻力增芝大，爷持久溜极限尖提高类；D：工税作应况力减惕小，别持久臂极限疑降低伸；8、在哄以下蹲的措驻施中得，会降磨低构夸件的袍持久铜极限毯。A：增宵加构血件表畅面光选洁度克；B：增乱强构咸件的坊表层排强度糠；C：加苹大构丧件的嫂横向约尺寸斗；D：减萍缓构俩件的兄应力贿集中溉；9、在攻以下垄关于汁理论全应力俘集中樱系数α与有墙效应烧力集仔中系颤数Kσ的说咽法中毛，是正宵确的通。A：理伙论应夕力集笨中系叹数与真材质鸦有关台，有导效应附力集查中系促数与倚材质镰无关B：理坦论应但力集喜中系月数α与材灭质无短关，糊有效终应力字集中链系数Kσ与材俗质有义关；C：理柔论应糟力集圾中系白数α与材耻质有绍关，糟有效燃应力淡集中绕系数Kσ与材姨质有兆关；D：理授论应姨力集盟中系敢数α与材摧质无界关，侦有效崖应力笑集中众系数Kσ与材少质无队关；10、简仰述影争响构缩慧件持句久极真限的鞋主要士因素11、交丸变应辈力的沙平均惧应力测为σm＝20叙MP买a，应法力幅圆为σa＝50筝MP立a，其膜循环伤特性模中的涌最仗大应宵力σm用ax＝，最删小应膛力σm崖in＝，循舟环特拼性r＝。12、最占大弯贺曲正拒应力究相等镰的三筐根材皱料相犯同的滔梁，练承受蚀交变径应力发。（A）是伤对称千循环俘；（B）是轻脉动睁循环黑；（C）是周∣σm冲in喇∣<不∣σ飞ma湾x∣的不掘对称网循环北。则以种循杆环的跟梁的把疲劳滋强度办最低凭。13、在矩非对改称应抄力循澡环中饱，材逮料的伟持久怒极限全为σr=σa+σm，若徐构件委