材料力學(xué)Chapter6交變應(yīng)力

1、材料力學(xué)第材料力學(xué)第3131講講-Chapter6-2Chapter6-2第六章第六章- -交變應(yīng)力交變應(yīng)力263 構(gòu)件受沖擊載荷下的應(yīng)力和變形計(jì)算構(gòu)件受沖擊載荷下的應(yīng)力和變形計(jì)算64 交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞 疲勞極限疲勞極限內(nèi)內(nèi) 容容3沖擊沖擊impact: 由于被沖擊物的阻礙，使得沖擊由于被沖擊物的阻礙，使得沖擊物的速度在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大變化。物的速度在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生很大變化。沖擊載荷：被沖擊物所承受的載荷。沖擊載荷：被沖擊物所承受的載荷?，F(xiàn)實(shí)生活中，有很多沖擊的例子：現(xiàn)實(shí)生活中，有很多沖擊的例子： 如：重錘打樁；打釘槍打釘；重物落地等。如：重錘打樁；打釘槍打釘

2、；重物落地等。63 構(gòu)件受沖擊載荷下的應(yīng)力和變形計(jì)算構(gòu)件受沖擊載荷下的應(yīng)力和變形計(jì)算6)(ddhPUdddPWU21dddPhP21)(,dstdP lPlEAEA stddPhP221)(022stst2即：hdd假設(shè)在沖擊過(guò)程中，重物P的勢(shì)能完全轉(zhuǎn)化為桿的變形位能ddstPPhAE,dPdP桿受豎向沖擊問(wèn)題的計(jì)算：桿受豎向沖擊問(wèn)題的計(jì)算： 7解出：解出：ststdh211211dsthk 2stst220ddh 即：沖擊動(dòng)荷因素沖擊動(dòng)荷因素ddstPP211sthPdKPddPAddstK PKA0,2dhK驟加突加載荷驟加突加載荷8Ph d試求：試求：自由端的最大撓度。自由端的最大撓度。

3、 彎曲剛度為彎曲剛度為EI的懸臂梁，重量為的懸臂梁，重量為P的重物從距梁頂面的重物從距梁頂面h處自由落下，沖處自由落下，沖擊到懸臂梁自由端的頂面。擊到懸臂梁自由端的頂面。解：解：3,3stPlEI211ddststhk ddPk Pddstk32113sthPlEIddstk例題192. 梁受水平?jīng)_擊：梁受水平?jīng)_擊： Ph dv在沖擊過(guò)程中，物體的速度由v減為零，又因沖擊是沿水平方向的，所以物體的勢(shì)能沒(méi)有改變。由能量守恒定律，物體的動(dòng)能完全轉(zhuǎn)化為桿的變形位能，有ddPvgP2121210ddPvgP21212.33EIlPdd懸臂梁端部受力：;33EIPlst同樣令PPstdd則PvgPstd

4、222121stdgv2解得：ststddgvk2則：ddPvgP21212Ph dv11,PkPddstddk,stddk總結(jié)：沖擊問(wèn)題的求解步驟總結(jié)：沖擊問(wèn)題的求解步驟1. 先求靜位移先求靜位移 st；2. 求出求出沖擊動(dòng)荷因素沖擊動(dòng)荷因素;211ststddhk豎向沖擊：3. 求出求出動(dòng)載荷、動(dòng)載荷、動(dòng)動(dòng)位移位移、動(dòng)應(yīng)力等動(dòng)應(yīng)力等;g2stdvk水平?jīng)_擊： 重物沖擊過(guò)程結(jié)束后將其重物沖擊過(guò)程結(jié)束后將其看成一個(gè)動(dòng)載荷作用問(wèn)題來(lái)求解?？闯梢粋€(gè)動(dòng)載荷作用問(wèn)題來(lái)求解。沖擊問(wèn)題的求解的關(guān)鍵：沖擊問(wèn)題的求解的關(guān)鍵： 12例題28MPaE 10GPa;E橡皮：木柱：計(jì)算：計(jì)算：1. 木柱最大正應(yīng)力？木

5、柱最大正應(yīng)力？2. 在木柱上端墊在木柱上端墊20mm的橡皮，的橡皮， 木柱最大正應(yīng)力為多少？木柱最大正應(yīng)力為多少？300mmP=5kN6m1m13解：解： 1. 不墊橡皮不墊橡皮)(1025. 430014. 341101010610522333mmEAPlst2181025. 410121121123stdhkMPaAPkkdstdd4 .1530014. 34110521823300mmP=5kN6m1m142. 墊橡皮墊橡皮3(1)(2)225 10204.25 10183.14 30040.180.04250.22()stststmm9522. 0)20101 (2112113stdh

6、k(218)dk 動(dòng)荷系數(shù)顯著減小動(dòng)荷系數(shù)顯著減小300mmP=5kN6m1m1. 不墊橡皮不墊橡皮20mm15求以下兩種情形梁內(nèi)的最大動(dòng)應(yīng)力。求以下兩種情形梁內(nèi)的最大動(dòng)應(yīng)力。60400400P40860400400PCk：E210GPa，P40N，k25.32N/mm。例題3單位：?jiǎn)挝唬簃m1660400400P40860400400PCkEIPlst483133312193)108(104010210488 . 040mm19. 132248stPlPEIk32.252401stmm98. 179. 019. 111211stdhk11.0922211stdhk8.85E210GPa，P4

7、0N，k17zstWMMPa75.1826141bhPlstddk11MPa9 .20775.1809.11stddk22MPa9 .16575.1885. 860400400P40860400400PCC18提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施211dsthk 減小構(gòu)件剛度減小構(gòu)件剛度2dstvkg水平?jīng)_擊水平?jīng)_擊豎直沖擊豎直沖擊1964 交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞 疲勞極限疲勞極限 構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作交替變化，稱(chēng)為構(gòu)件內(nèi)一點(diǎn)處的應(yīng)力隨時(shí)間作交替變化，稱(chēng)為交變應(yīng)力交變應(yīng)力。 一、金屬材料的疲勞破壞一、金屬材料的疲勞破壞交變應(yīng)力和交變應(yīng)力和疲勞破壞疲勞破壞的概念的概念20aa

8、Lp p交變應(yīng)力的例子交變應(yīng)力的例子觀察車(chē)軸上一個(gè)點(diǎn)觀察車(chē)軸上一個(gè)點(diǎn)do4312zytsin2ZZMyPadtIImaxmin000to1maxmin123421點(diǎn)擊播放視頻點(diǎn)擊播放視頻22 ；總重量；總重量650噸噸2324 實(shí)踐說(shuō)明：金屬材料假設(shè)長(zhǎng)期處于交變應(yīng)力下，實(shí)踐說(shuō)明：金屬材料假設(shè)長(zhǎng)期處于交變應(yīng)力下，那么在最大工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料材料的屈服強(qiáng)度，那么在最大工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料材料的屈服強(qiáng)度，且不發(fā)生明顯的塑性變形情況下，也有可能發(fā)生驟且不發(fā)生明顯的塑性變形情況下，也有可能發(fā)生驟然斷裂，這種破壞稱(chēng)為疲勞破壞。然斷裂，這種破壞稱(chēng)為疲勞破壞。25264.4.裂紋削弱的截面，應(yīng)力增裂紋削弱的截面

9、，應(yīng)力增 大到一定程度，因強(qiáng)度不大到一定程度，因強(qiáng)度不 足產(chǎn)生下突然斷裂，斷口足產(chǎn)生下突然斷裂，斷口 出現(xiàn)出現(xiàn)粗糙粗糙區(qū)區(qū)5.5.因裂紋尖端為三向應(yīng)力狀態(tài)因裂紋尖端為三向應(yīng)力狀態(tài) 故為出現(xiàn)脆性斷裂故為出現(xiàn)脆性斷裂271. 工作極限281. 循環(huán)循環(huán)特性、平均應(yīng)力和應(yīng)力幅特性、平均應(yīng)力和應(yīng)力幅二、交變應(yīng)力的根本參量二、交變應(yīng)力的根本參量 疲勞極限疲勞極限應(yīng)力譜應(yīng)力譜mminmaxaTtminmaxr29mminmaxaTtmaxmin2mmaxmin30minmax1r max20mmtminmaxaT1r 31minmaxatmminmax0rmaxmax/2m32tmminmaxminmax

10、1r0maxminm333. 3. 材料疲勞極限及其測(cè)定材料疲勞極限及其測(cè)定34N(次數(shù)次數(shù)) ANArN035400 500MPab1170 220MPa250MPab左右1110MPa左右800MPab左右1285MPa左右361、構(gòu)件外形的影響應(yīng)力集中會(huì)顯著降低構(gòu)件、構(gòu)件外形的影響應(yīng)力集中會(huì)顯著降低構(gòu)件 的疲勞極限的疲勞極限2、構(gòu)件尺寸的影響隨著試件橫截面尺寸的增、構(gòu)件尺寸的影響隨著試件橫截面尺寸的增 大，疲勞極限會(huì)相應(yīng)地降低大，疲勞極限會(huì)相應(yīng)地降低3、構(gòu)件外表質(zhì)量的影響外表質(zhì)量越高，疲勞、構(gòu)件外表質(zhì)量的影響外表質(zhì)量越高，疲勞 極限越高極限越高371、減緩應(yīng)力集中會(huì)顯著提高構(gòu)件的疲勞極限、減緩