1、12第十一章第十一章 動荷載動荷載111 概述概述112 桿件受沖擊時的應(yīng)力計算桿件受沖擊時的應(yīng)力計算113 交變應(yīng)力與疲勞破壞交變應(yīng)力與疲勞破壞3一、靜載荷和動載荷一、靜載荷和動載荷11-1 11-1 概述概述 構(gòu)件在動載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力稱為構(gòu)件在動載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力稱為動應(yīng)力動應(yīng)力。1 1、靜載荷靜載荷：緩慢加載，終值穩(wěn)定，不會使構(gòu)件產(chǎn)生加速度：緩慢加載，終值穩(wěn)定，不會使構(gòu)件產(chǎn)生加速度2 2、動載荷動載荷：載荷的大小或方向明顯隨時間變化，或者構(gòu)：載荷的大小或方向明顯隨時間變化，或者構(gòu)件運(yùn)動速度的大小或方向明顯隨時間變化。件運(yùn)動速度的大小或方向明顯隨時間變化。二、動應(yīng)力二、動應(yīng)力1 1、

2、一般動應(yīng)力比靜應(yīng)力大，所以必須按動載荷進(jìn)行設(shè)計。、一般動應(yīng)力比靜應(yīng)力大，所以必須按動載荷進(jìn)行設(shè)計。2 2、動應(yīng)力不超過比例極限時，胡克定律仍成立，且、動應(yīng)力不超過比例極限時，胡克定律仍成立，且E E不變。不變。4三、動荷系數(shù)三、動荷系數(shù) 設(shè)動載荷作用下的動應(yīng)力是設(shè)動載荷作用下的動應(yīng)力是 s sd，如果與此動，如果與此動載荷對應(yīng)的靜載荷存在，載荷對應(yīng)的靜載荷存在， 而相應(yīng)的靜應(yīng)力是而相應(yīng)的靜應(yīng)力是s sst ，則則 s sd = = K Kd s sst K Kd 為為動荷系數(shù)動荷系數(shù)511-2 11-2 桿件受沖擊時的應(yīng)力計算桿件受沖擊時的應(yīng)力計算1 1、沖擊、沖擊: : 由于被沖擊物的阻礙，

3、使得沖擊物的速度在極短由于被沖擊物的阻礙，使得沖擊物的速度在極短 時間內(nèi)發(fā)生改變。時間內(nèi)發(fā)生改變。2、沖擊載荷沖擊載荷：被沖擊物所承受的載荷：被沖擊物所承受的載荷一、沖擊和沖擊載荷一、沖擊和沖擊載荷現(xiàn)實生活中，有很多沖擊現(xiàn)象，比如：汽錘鍛造、重錘打樁現(xiàn)實生活中，有很多沖擊現(xiàn)象，比如：汽錘鍛造、重錘打樁6能量法能量法 ( ( 機(jī)械能守恒機(jī)械能守恒 ）在沖擊物與受沖構(gòu)件的接觸區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力狀態(tài)異常復(fù)雜，在沖擊物與受沖構(gòu)件的接觸區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力狀態(tài)異常復(fù)雜，且沖擊持續(xù)時間非常短促，接觸力隨時間的變化難以準(zhǔn)確分且沖擊持續(xù)時間非常短促，接觸力隨時間的變化難以準(zhǔn)確分析。工程中通常采用能量法來解決沖擊問題，即在若

4、干假設(shè)析。工程中通常采用能量法來解決沖擊問題，即在若干假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)能量守恒定律對受沖擊構(gòu)件的應(yīng)力與變形進(jìn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)能量守恒定律對受沖擊構(gòu)件的應(yīng)力與變形進(jìn)行偏于安全的簡化計算。行偏于安全的簡化計算。二、研究方法二、研究方法71 1、沖擊問題的簡化計算、沖擊問題的簡化計算1）沖擊物體是剛體，不反彈）沖擊物體是剛體，不反彈 不計沖擊物的變形及不計沖擊物的變形及 變形能。變形能。沖擊后沖擊物與被沖擊物附著在一起運(yùn)動沖擊后沖擊物與被沖擊物附著在一起運(yùn)動2 2）被沖擊物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于沖擊物的質(zhì)量，且處于）被沖擊物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于沖擊物的質(zhì)量，且處于 線彈性范圍內(nèi)線彈性范圍內(nèi) 只考慮被沖擊物的彈性因素。

5、只考慮被沖擊物的彈性因素。3）無能量損失）無能量損失 認(rèn)為系統(tǒng)動能與勢能的減少，全部轉(zhuǎn)認(rèn)為系統(tǒng)動能與勢能的減少，全部轉(zhuǎn) 換為被沖擊物所增加的變形能。換為被沖擊物所增加的變形能。便于研究且安全。便于研究且安全。4 4）應(yīng)力、變形與時間無關(guān)）應(yīng)力、變形與時間無關(guān) 不計應(yīng)力的傳播不計應(yīng)力的傳播82、用能量方法分析沖擊問題、用能量方法分析沖擊問題在以上假設(shè)下，沖擊過程中沖擊物的減少的機(jī)械在以上假設(shè)下，沖擊過程中沖擊物的減少的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楸粵_擊物的增加變形能能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楸粵_擊物的增加變形能dTVU=UPddd=1293 3、動荷系數(shù)為、動荷系數(shù)為Kd 計算沖擊問題的關(guān)鍵ddstddstddstPK

6、PKKss= 在小變形線彈性的前提下，如果已知動荷系在小變形線彈性的前提下，如果已知動荷系數(shù)及在靜載荷下的有關(guān)量，則可以直接求得在數(shù)及在靜載荷下的有關(guān)量，則可以直接求得在動載荷下的對應(yīng)量動載荷下的對應(yīng)量* *計算沖擊問題的主要方法就是先用能量法算出計算沖擊問題的主要方法就是先用能量法算出 ! !4 4、幾種常見情況的沖擊動荷系數(shù)、幾種常見情況的沖擊動荷系數(shù)104 4、幾種常見情況的沖擊動荷系數(shù)、幾種常見情況的沖擊動荷系數(shù)1）自由落體的沖擊）自由落體的沖擊stdhK=2112 2）水平?jīng)_擊）水平?jīng)_擊stdgVK=23 3）突加載荷）突加載荷2=dK11沖擊前后能量守恒沖擊前后能量守恒2st1()

7、2dstdmg hKmgK=自由落體沖擊問題自由落體沖擊問題0()12ddddTVmg hUP= =()ddststddstPK PPmgK=dmgmghdTVU=22 20ddsthKK=即stdhK=21112討論討論stdhK=2112sth 很大，沖擊動荷系數(shù)可近似地取為很大，沖擊動荷系數(shù)可近似地取為（1）若比值若比值2dsthK 0 :,2dhK=（2）突然載荷）突然載荷由此可見由此可見, ,突加載荷的動荷系數(shù)是突加載荷的動荷系數(shù)是2 2，這時所引起的應(yīng)力和變形都是靜荷，這時所引起的應(yīng)力和變形都是靜荷應(yīng)力和變形的應(yīng)力和變形的2 2倍。倍。13221122dstmvmgK=物體的水平?jīng)_

8、擊物體的水平?jīng)_擊212012dddTmvVUP=沖擊前后能量守恒沖擊前后能量守恒()ddststddstPK PPmgK=vmg2dstvKg=dTVU=14動荷系數(shù)動荷系數(shù)求動應(yīng)力求動應(yīng)力解：求靜變形求靜變形2210001111217.9425sthKd=425mmststP LWLEAEA=15.41MPaddstKss=例例11111 1 直徑直徑0.3m的木樁受自由落錘沖擊，落錘重的木樁受自由落錘沖擊，落錘重5kN, , 求：樁的最大動應(yīng)力。求：樁的最大動應(yīng)力。E=10GPa靜應(yīng)力：靜應(yīng)力：/0.07074MPastWAs=動應(yīng)力動應(yīng)力：h=1mvWf6m15 例例11-2：重物：重物

9、Q自由落下沖擊在自由落下沖擊在AB梁的梁的B點(diǎn)處，求點(diǎn)處，求B點(diǎn)點(diǎn)的撓度。的撓度。解：33343stQlQlEIEbh=33211 112dstHKHEbhQl= = 33334112BddstHEbhQlvKQlEbh= = =16113 113 交變應(yīng)力與疲勞破壞交變應(yīng)力與疲勞破壞2 2、交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時間作周期性變化、交變應(yīng)力：構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時間作周期性變化一一. .交變載荷及交變應(yīng)力交變載荷及交變應(yīng)力1、交變載荷：動載荷的一種，其特點(diǎn)是載荷相對于構(gòu)、交變載荷：動載荷的一種，其特點(diǎn)是載荷相對于構(gòu)件的大小或方向周期性發(fā)生變化件的大小或方向周期性發(fā)生變化二二. .疲勞失效疲勞失效1.1.疲勞失效的特點(diǎn)疲勞失效的特點(diǎn)(1)(1)極限應(yīng)力大大降低；極限應(yīng)力大大降低；(2)(2)失效有一個過程，最后突然發(fā)生脆性斷裂；失效有一個過程，最后突然發(fā)生脆性斷裂；(3)(3)斷口有明顯的光滑區(qū)與粗糙區(qū)之分。斷口有明顯的光滑區(qū)與粗糙區(qū)之分。172.2.金屬疲勞的原因金屬疲勞的原因突然斷裂宏觀裂紋削弱截面微觀裂紋應(yīng)力集中處181 1、循環(huán)特征、循環(huán)特征( (應(yīng)力比）應(yīng)力比）3 3、應(yīng)力幅：、應(yīng)力幅：2minmaxsss=a2 2、平均應(yīng)力：、平均應(yīng)力：2minmaxsss=msmsminsmaxsaTts三、交變應(yīng)力的循環(huán)特性描寫三、交變應(yīng)力的循環(huán)特性描寫maxmins