第十一章动载荷和交变应力素材.ppt

第十一章 动载荷 第三节 冲击韧度 第十二章 交变应力 第一节 交变应力与疲劳失效 第三节 材料的持久极限 第四节 影响构件持久极限的主要因素 第五节 对称循环的疲劳强度计算 第六节 非对称循环和弯扭组合的疲劳强度计算 * 1.动荷系数的计算 2.动应力、动变形的计算 本章重点 第一节 惯性载荷作用下的动应力和动变形 第二节 构件受冲击时的应力和变形 第三节 冲击韧度 一、构件作等加速直线运动时的动应力和动变形 动荷系数 动应力: 同样材料处于线弹性阶段时,动变形与静变形之间有： 动反力: 动荷载强度条件: 第一节 惯性载荷作用下的动应力和动变形 W Wa/g Fd a 静应力：构件在静载荷作用下产生的应力。 特点：1.载荷从零开始缓慢增加，构件加速度不计。 2.不随时间的改变而改变。 动荷载：加速运动的构件、承受冲击物作用的构件所受到的载荷。 动应力：构件上由于动荷载引起的应力。 二、构件作等速转动时的动应力 均质杆长l，横截面面积为A，单位体积质量为r，以角速度ω绕B点等速转动，计算杆横截面上最大的动应力。 A B a dFg w dx x 设x处的惯性力集度为qg(x) 最大轴力在杆的B端，FN=Fg 可见动应力与横截面面积无关。 重物M的质量m=1kg，重物绕垂直轴作匀速转动。转动角速度w=10p rad/s ，试求垂直轴中的最大弯曲应力。 解:求惯性力Fg 支座反力 垂直轴AB中的最大弯矩 最大弯曲应力 M Fg FAx FBx FBy W 29.6N ＋ － 69 N 6.9 N·m 100 200 100 ω A B Fg W （1）不考虑构件的质量及与被冲击物接触后的回弹。 （2）不计冲击物的变形，视其为刚体。 （3）只考虑位能、动能和应变能，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： 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 第二节 构件受冲击时的应力和变形 自由落体冲击举例： 重物动能： 设梁在线弹性范围内,刚度系数为k。冲击载荷记为Fd： 取初位置为重力、弹力零势能点。 重物势能： 杆件应变能： 机械能守恒： 则有： 令kd为冲击动荷系数： 则有： 同理： 冲击强度条件： A B W h Dd Fd 提高构件抗冲击能力的措施是降低冲击动荷系数。即： 1.降低构件刚度；2.避免构件局部削弱；3.增大构件体积。 解： 梁横截面上最大静应力： 计算动荷系数： 图示悬臂梁，自由端B的上方有一重物自由落下，撞击到梁上。已知：梁材料为木材，E＝10GPa；梁长L＝2m， h=40mm，重量W＝1kN。求： 1.梁所受的冲击载荷；2.梁横截面上的最大冲击正应力与最大冲击挠度。 W A B l 40 200 120 最大冲击正应力和冲击处最大挠度 梁所受的冲击载荷 在AB轴的B 端装有一个质量很大的飞轮C ,飞轮的转动惯量为J。轴与飞轮以角速度w作等速旋转，试计算当A端被突然制动时轴内最大动应力。 解：飞轮的动能： 应变能 动能定理 A B C d L 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，G=1kN，钢梁的I=3.4×107mm4，W=3.09×105mm3，E=200GPa，求两梁的最大冲击应力。 弹性支承梁： 解：刚性支承梁： A B G h l/2 l/2 A B G h l/2 l/2 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。 二、冲击试验机及试验原理 动能定理： 冲击吸收功： 冲击韧度： h1 h2 本章重点 1.构件持久极限 2.对称循环的疲劳强度计算 第一节 交变应力与疲劳失效 第二节 交变应力的循环特性和应力幅值 第三节 材料的持久极限 第四节 影响构件持久极限的主要因素 第五节 对称循环的疲劳强度计算 第六节 非对称循环和弯扭组合的疲劳强度计算 第七节 提高构件疲劳强度的措施 一、交变应力：随时间周期变化的应力。 二、疲劳失效:在交变应力作用下发生的失效。 1.失效时应力低于材料的强度极限σb，甚至低于屈服点σs。 2.脆性断裂 ,断口一般可区分为光滑区和晶粒状粗糙区两部分。 特点: 一、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σa 3.平均应力σm 第二节 交变应力的循环特性和应力幅值 二、交变应力的循环特性 2.对称循环 r =?1 1.静应力