第十三章 动载荷课件.ppt

1979年，美国DE-10型飞机失事，死亡270人，原因螺旋桨转轴发生疲劳破坏，该型号飞机停飞一年，全面检修。 疲劳破坏案例1 疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的，极易造成严重事故。据统计，机械零件，尤其是高速运转的构件的破坏，大部分属于疲劳破坏。 1981年初，欧洲北海油田“基尔兰”号平台覆灭，死亡123人，原因疲劳破坏，在海浪的交变应力作用下，横梁承孔边裂缝，当时大风掀起7米巨浪，10105吨的浮台沉没于大海之中 疲劳破坏案例2 交变应力作用下疲劳破坏的特点： 1、交变应力下构件的强度远小于静载荷作用下的强度极限 ，甚至小于屈服极限 。 2、破坏时，不论是脆性材料和塑性材料，均无明显的塑性变形，且为突然断裂，通常称疲劳破坏。 3、疲劳破坏的断口，可分为光滑区及晶粒粗糙区。在光滑区可见到微裂纹的起始点（疲劳源），周围为中心逐渐向四周扩展的弧形线。 疲劳破坏产生的机理： 交变应力超过一定的限度，在构件上应力集中处，产生微裂纹，再向四周扩展，形成宏观裂纹而不断扩展。扩展中裂纹表面摩擦，形成光滑区；随着裂纹的扩展，形成弧形。当截面被削弱至不能承受所加载荷而断裂，即为脆断粗糙区。 疲劳破坏产生的过程可概括为： 裂纹形成? 裂纹扩展 ? 断裂 1、应力循环:一点的应力由某一数值开始，经过一次完整的变化又回到这一数值的一个过程。 t ? T 最大应力： 最小应力： ； 平均应力： 应力幅： 循环特征： 且 §14-2 循环应力的类型 以上五个特征值中，只有二个是独立的。满足 具体描述一种交变应力，可用最大应力 和循环特征R，或用平均应力 和应力幅值 。 2、几种典型的交变应力情况 不稳定的交变应力： 、 不是常量， 为变化的 （不等幅情况）。 稳定的交变应力： 、 均不变， 为常数 （等幅情况）； （1）对称循环：如受弯的车轴 t ? t ? （2）非对称循环 ： * 第十三章 动载荷与循环应力 第十三章 动荷载和循环应力 教学内容：构件作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算，构件受冲击荷载时的动应力计算；交变应力的概念，交变应力下材料的疲劳破坏，疲劳极限。 教学要求： 1、了解材料的疲劳极限、疲劳极限曲线、提高构件疲劳强度的措施； 2、理解动荷载、动荷载和循环应力的概念，循环应力的类型； 3、掌握作加速直线运动或匀速转动时的动应力计算、构件受冲击荷载时的动应力计算。 重点：冲击荷载时的动应力计算。 难点：疲劳极限曲线。 第十三章 动 载 荷 §13-1 动荷载的概念 §13-2 等加速和等角速运动杆件的应力计算 §13-3 冲击应力 §14-1 循环应力与疲劳破坏的概念 §14-2 循环应力的类型 §14-3 材料的疲劳极限 疲劳极限曲线 §14-4 构件的疲劳极限 静载荷：作用在构件上的载荷是由零开始缓慢地增 加到某一定值不再随时间改变。 动载荷：使构件产生明显的加速度的载荷或者随时 间变化的载荷。 本章讨论的三类问题： 匀加速直线运动和匀角速旋转构件的应力和变形计算； 在冲击载荷下构件的应力和变形的计算； 循环应力。 §13-１ 动荷载的概念 一、直线等加速运动构件 动静法(达朗贝尔原理) 计算构件的加速度； 将相应的惯性力 作为外力虚加于各质点； 作为静力平衡问题进行处理。 动静法解题的步骤： 质点的惯性力并不作用在质点本身上，而是作用于周围施力物体上，因此，动静法只是把惯性力虚加在质点上,来把质点的动力学问题转化为静力学问题来处理。 §13-2 等加速和等角速运动杆件的应力计算 例1 一吊车以匀加速度起吊重物Q,若吊索的横截面面积为A，材料比重为?，上升加速度为a，试计算吊索中的应力。 Q a m m x Q x 解：将吊索在x处切开，取下面部分作为研究对象。作用在这部分物体上的外力有： 重物的重量：Q x段的吊索重量：Ax? 惯性力： ， 吊索截面上的内力： 根据动静法，列平衡方程： 即 解得： 吊索中的动应力为： 当重物静止或作匀速直线运动时，吊索横截面上的静荷应力为： 代入上式，并引入记号 ，称为动荷系数，则： Q x 于是，动载荷作用下构件的强度条件为： 式中得[?]仍取材料在静载荷作用下的许用应力。 动荷系数 的物理意义：是动载荷、动荷应力和动荷变形与静载荷、静荷