材料力學(xué)課件-第九章動(dòng)荷載交變應(yīng)力

材料力學(xué)課件-第九章動(dòng)荷載交變應(yīng)力第一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第一節(jié)概述幾個(gè)概念１．靜載—①荷載增加緩慢，再?gòu)牧阍黾拥侥持?，保持P不變或變動(dòng)很?、诩虞d過(guò)程中引起構(gòu)件內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的加速度很小而忽略２．動(dòng)載—①P隨時(shí)間而改變（地震、風(fēng)等、海浪沖擊海浪沖擊海洋平臺(tái)②作加速運(yùn)動(dòng)或作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的流中構(gòu)件的慣性力也是一種動(dòng)載。例如起重機(jī)吊物，機(jī)械中的飛輪３．動(dòng)應(yīng)力—在動(dòng)載作用下，構(gòu)件內(nèi)的應(yīng)力討論對(duì)象作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等速轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件受沖擊荷載作用的構(gòu)件和強(qiáng)迫振動(dòng)的構(gòu)件的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算交變應(yīng)力作用下的構(gòu)件的疲勞破壞和疲勞強(qiáng)度校核第二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算一．加速直線運(yùn)動(dòng)如右圖所示桿，受一軸向力P作用，加速度為，桿的比重為，根據(jù)達(dá)朗伯原理，在桿的各點(diǎn)處加上慣性力?？芍?，桿內(nèi)各點(diǎn)處的慣性力是個(gè)分布力系，為此，可用線分布力集度來(lái)度量慣性力的大小。慣性力集度為單位長(zhǎng)度桿的質(zhì)量與加速度的乘積，即第三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育對(duì)于m—m截面，該截面處的內(nèi)力為可見，雖均勻分布，但離起點(diǎn)越遠(yuǎn)，質(zhì)量越多，慣性力、慣性應(yīng)力也就越大應(yīng)力為二．等速轉(zhuǎn)動(dòng)一勻質(zhì)等截面直桿AB，B端固定在直徑為D的轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸的角速度為，桿AB的長(zhǎng)度為l，橫截面面積為A，計(jì)算桿內(nèi)最大動(dòng)應(yīng)力。第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算第四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育可見，對(duì)于勻質(zhì)的等截面直桿，距旋轉(zhuǎn)中心為x處的慣性力集度等于單位長(zhǎng)度桿的質(zhì)量與該點(diǎn)處的向心加速度的乘積。方向與加速度方向相反沿桿軸加上慣性力后，即可按分布靜荷載作用下的拉桿來(lái)計(jì)算桿AB內(nèi)的動(dòng)應(yīng)力。第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算第五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育顯然，桿AB內(nèi)的最大動(dòng)應(yīng)力發(fā)生在B端的橫截面上，其值為當(dāng)桿長(zhǎng)l遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)軸的直徑D時(shí)，上式括號(hào)中的第二項(xiàng)lD可以略去不計(jì)。說(shuō)明①對(duì)于等截面桿，動(dòng)應(yīng)力的大小與桿的橫截面面積無(wú)關(guān)②對(duì)于一定的材料，等截面直桿的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度有一極限值，該極限值與桿的橫截面面積無(wú)關(guān)第二節(jié)構(gòu)件作等加速直線運(yùn)動(dòng)或等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)應(yīng)力計(jì)算第六頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動(dòng)時(shí)的應(yīng)力計(jì)算一．幾個(gè)基本概念１．自由振動(dòng)—在鉛垂外力作用下，使梁離開靜平衡位置振動(dòng)若時(shí)，梁視為無(wú)質(zhì)量的彈性體若計(jì)時(shí)，為無(wú)限自由度體系圖例及符號(hào)最大位移位置靜平衡位置重物，質(zhì)量梁，質(zhì)量２．受迫振動(dòng)—在重物處（或自由端）作用一沿鉛垂方向且隨時(shí)間作周期變化的干擾力而使梁發(fā)生振動(dòng)重物靜平衡位置最大位移位置第七頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育角速度，則轉(zhuǎn)角，慣性力分量：水平分量為因EA很大，可略去軸向振動(dòng)而鉛垂分量為產(chǎn)生上下振動(dòng)則受迫振動(dòng)的理論力學(xué)公式為振幅放大系數(shù)二．受迫振動(dòng)的應(yīng)力計(jì)算第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動(dòng)時(shí)的應(yīng)力計(jì)算第八頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育干擾力的頻率振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，阻尼系數(shù)第三節(jié)構(gòu)件在受迫振動(dòng)時(shí)的應(yīng)力計(jì)算第九頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時(shí)應(yīng)力和變形的計(jì)算由于在沖擊過(guò)程中，沖擊物的速度在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化，不易確定，另外，從理論上對(duì)被沖擊物的沖擊應(yīng)力、變形作精確分析也是復(fù)雜的。本處，僅一種介紹偏于安全的簡(jiǎn)化方法。一、假定：（１）不計(jì)沖擊物的變形，接觸后回彈，粘在一起，被沖擊物視為無(wú)質(zhì)量的線彈性體，沖擊應(yīng)力瞬時(shí)傳遍沖擊物。（２）不計(jì)能耗，滿足機(jī)械能守恒。最大位移第十頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時(shí)應(yīng)力和變形的計(jì)算二、求（最大位移）依能量受恒原理：沖擊物減少的動(dòng)能、勢(shì)能＝梁增加的變形能第十一頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育代入上式：—沖擊時(shí)的動(dòng)荷系數(shù)，代表沖擊力為原自重的幾倍第四節(jié)構(gòu)件在受沖擊時(shí)應(yīng)力和變形的計(jì)算第十二頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第五節(jié)交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限一．疲勞破壞機(jī)理交變應(yīng)力：隨時(shí)間作交替變化的應(yīng)力

疲勞破壞：金屬材料若長(zhǎng)期處于交變應(yīng)力下，在最大工作應(yīng)力遠(yuǎn)低于材料的屈服強(qiáng)度，且不產(chǎn)生明顯塑性變化情況下，發(fā)生的驟然的斷裂。破壞機(jī)理：

實(shí)質(zhì)上是構(gòu)件在交變應(yīng)力下，經(jīng)歷由疲勞裂紋源的形成、疲勞裂紋的擴(kuò)展以及最后的脆斷三個(gè)過(guò)程二．交變應(yīng)力的基本參量１．應(yīng)力譜—應(yīng)力隨時(shí)間變化的曲線２．應(yīng)力循環(huán)—應(yīng)力在最大值和最小值之間作周期性變化，應(yīng)力每重復(fù)變化一次，稱為一個(gè)應(yīng)力循環(huán)。３．循環(huán)特征—應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值

４．應(yīng)力幅—應(yīng)力變化的幅度第十三頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育５．對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力—當(dāng)時(shí)，即６．非對(duì)稱循環(huán)交變應(yīng)力—當(dāng)時(shí)。７．脈動(dòng)循環(huán)交變應(yīng)力—當(dāng)時(shí)，即８．同號(hào)（異號(hào)）應(yīng)力循環(huán)—當(dāng)時(shí)。９．疲勞壽命—疲勞破壞時(shí)，所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。第五節(jié)交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限一個(gè)應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力譜曲線第十四頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育對(duì)稱r=1脈動(dòng)循環(huán)r=1靜載第五節(jié)交變應(yīng)力下材料的疲勞破壞、疲勞極限第十五頁(yè)，共十六頁(yè)，2022年，8月28日2001.07東南大學(xué)遠(yuǎn)程教育第六節(jié)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其連接的疲勞