第十二章动载荷与疲劳强度简述.ppt

广东技术师范学院 第十二章 动载荷与交变应力 前几章中，构件受到的载荷具有一个共同的特点，即当载荷从零缓慢地增加到一固定值后，再不随时间变化，这样的载荷称为静载荷 。构件受静载荷而产生的应力称为静应力。 工程中大多数的载荷随时间变化不是很明显，则都可将其视为静载荷。 但工程实际中常有载荷随时间变化特性十分明显，这种载荷称为动载荷。受动载荷作用时，构件中产生的应力称为动应力。 第一节 动载荷 动载荷作用下的构件，由于具有很大的加速度，会产生很大的惯性力，国这些构件的强度、刚度和稳定性分析中，必须考虑惯性力的影响。 动载荷产生的原因： （1）加速度引起的动载荷。 （2）冲击载荷或突加载荷。 （3）振动载荷。 一、构件作等加速直线运动时的动应力计算 根据达伯伦原理，物体作变速运动时，只要假想地将惯性力加于被研究的构件上，即可用静力平衡的方法，对运动的构件进行受力分析。 如图。匀加速起吊重物。 惯性力与加速度方向相反。 σst为静应力，上式表明钢索中动应力的等于动荷系数与静应力之积。因此动应力不从心计算可归于动荷系数的计算。 钢索中的动应力强度条件为 σd =Nd/A=K dσst≤[σ] 式中，[σ]为钢索在静载荷下的的许用应力。 例2。 二、构件匀速转动时的动应力计算 很多构件（如飞轮、胶带轮等）可视为等速旋转的圆环。 圆环上各点虽作等速运动，但由于各点的运动方向不断变化，存在法向加速度。因环壁很薄，故可认为圆环上各点的法向加速度相等。 如图10-3。 三、受自由落体冲击时构件的应力和变形计算 例子很多，如打桩机打桩时的撞击、重物砸在桥梁上等。 由于静物比动物的质量大得多，因此使运动物体的速度在很短的时间内从某个值骤降为零，这样运动物体的加速度发生了急骤的变化。 从动静法的角度来考虑，运动物体受到很大的惯性力。具有这样特点的机械运动称为冲击运动。高速运动的物体称为冲击物，原来静止的物体称为被冲击物。冲击使冲击点附近产生很大应力，往往超过许用应力。 冲击研究方法 冲击过程复杂，变化快，不易直测量，且工程中只对冲击发生后构件的动应力和动变形感兴趣。所以采用能量法（原理）来研究。 如图10-4。将构件抽象为（不同）弹簧——建模。 假设： 1）冲击物视为刚体。 2）受冲击物的质量忽略不计。 3）受冲击物在冲击力作用下的变形是线弹性的。 4）忽略冲击过程中的其它能量损失。 5）冲击物与受冲击物一经接触就相互附着共同运动。 方法： 如图10-4。如能计算出构件的变形Δj，那么即可利用梁（弹簧）在弹性范围内变形与载荷、应力间的关系，求出冲击载荷和冲击应力值。 研究冲击物从高度h处开始下落至弹簧产生最大变形Δd这一过程中。冲击物与弹簧之间能量的转换 载荷与位移有以下关系 突然加于构件上的载荷 突然加载时，相当于h=0时，有Kd=2，即突然加载时，构件内引起的应力为静应力的两倍。 其它形式的冲击问题， 同样可解。 受冲击构件的强度条件： σdmax=Kdσjmax≤[σ] 例10-2。如右图。 第二节 交变应力 一、交变应力的概念 如图10-7。虽然轮轴上受到车箱传来的力并不随时间发生变化，但是由于车轴横截面上的弯矩发生着周期性的变化，这使得车轴横截面上任一固定点的应力发生周期性的变化。 交变应力： 应力状态随时间而周期性变化的应力。 可应力-时间关系曲线来表示应力的变化规律。如图10-8。 对称循环与不对称循环 静载荷是交变载荷的特殊情况 二、交变应力作用下的疲劳破坏 材料的力学性能是随不同工作条件而改变的。在交变应力作用下，材料的力学性能与静载时有很大的不同，在低于材料的静强度极限（甚至低于屈服极限）情况下，构件也会发生破坏。而且在静载荷下具有良好塑性的材料（如钢材），在交变应力作用下也会如脆性材料一样突然脆断。破坏前并不出现塑性变形，因而不易防备。 历史上误以为是由材料疲劳引起的。这种破坏工程上习惯称之为疲劳破坏。 疲劳破坏机理： 一百多年来的研究，但还没有建立起完善的理论。目前只是依据大量实验结果的基础上作出一般解释。 形核（裂纹源） →长大（光滑区） →最后脆断（粗糙区） 三、材料的持久极限 疲劳曲线如图。 交变应力作用下 材料经无数次应力 循环而发生疲劳破 坏的最大应力值称 为材料的持久极限 或疲劳极限。 四、疲劳强度 * *