材料力学-第16章-动载荷课件.pptx

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1、第第1616章章 动载荷动载荷16.1 16.1 16.1 16.1 引言引言引言引言16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算定义定义定义定义：由零缓慢增加至终值，然后保持不变的载荷。由零缓慢增加至终值，然后保持不变的载荷。16.1 16.1 16.1 16.1 引言引言引言引言一、概念一、概念1.1.1.1.静载荷静载荷静载

2、荷静载荷特点特点特点特点：构件内各点没有加速度构件内各点没有加速度，或加速度很小可以忽略不或加速度很小可以忽略不计计；与时间无关。；与时间无关。定义定义定义定义：随时间显著变化、或在构件内部产生明显加速度的随时间显著变化、或在构件内部产生明显加速度的载荷。载荷。16.1 16.1 16.1 16.1 引言引言引言引言一、概念一、概念2.2.2.2.动载荷动载荷动载荷动载荷特点特点特点特点：构件内各点构件内各点具有较大的加速度。定义定义定义定义：由：由：由：由动载荷所引起的应力。动载荷所引起的应力。16.1 16.1 16.1 16.1 引言引言引言引言一、概念一、概念3.3.3.3.动应力动应

3、力动应力动应力4.4.4.4.动载荷分类动载荷分类动载荷分类动载荷分类l作匀加速直线运动或匀速转动物体的惯性力；作匀加速直线运动或匀速转动物体的惯性力；l冲击载荷；冲击载荷；l交变载荷交变载荷：大小和：大小和/或方向随时间周期性变化的载荷或方向随时间周期性变化的载荷。16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力一、动静法一、动静法1.1.1.1.动静法的基本思想动静法的基本思想动静法的基本思想动静法的基本思想2.2.2.2.注意注意注意注意 对作加速运动的

4、质点系，如假想地在每一质点上加上惯性力，则质点系上的原力系与惯性力系构成平衡力系。在计算动应力和动变形时不要采用刚性惯性力系的简化结果，即注意研究对象为变形体而非刚体。16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力FPaaFNdFIFP二、构件匀加速直线运动时的应力二、构件匀加速直线运动时的应力例例16.1 图示滑轮起吊重物，重物重图示滑轮起吊重物，重物重FP ,重物以匀加速度重物以匀加速度a向向上运动，绳索的横截面面积为上运动，绳索的横截面面积为A，试求绳

5、索中的动应力。，试求绳索中的动应力。解：解：(1)外力及内力分析16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力FPaaFNdFIFP，Kd 称为称为动荷因数动荷因数。(2)应力及强度分析16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力q例例16.2 以加速度以加速度a=3m/s2吊装一混凝土梁，梁的截面尺寸如吊装一混凝土梁，

6、梁的截面尺寸如图，自重图，自重q=1.5kN/m，求梁的最大正应力。求梁的最大正应力。a1m4m1m200300解：解：(1)外力分析qFF(2)内力分析静载下的受力图如图所示。静载下的弯矩图如图所示。16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力(3)应力分析0.750.752.25x/mqFF动应力：16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的

7、应力时的应力时的应力时的应力三、三、构件匀加速转动构件匀加速转动时的应力时的应力例例16.3 图图示示匀匀角角速速度度转转动动的的飞飞轮轮，设设轮轮缘缘的的平平均均半半径径为为R，轮轮缘缘部部分分的的横横截截面面面面积积为为A，飞飞轮轮材材料料的的密密度度为为 ，以以匀匀角角速速度度 旋旋转转。试确定圆环的动应力，并建立强度条件。试确定圆环的动应力，并建立强度条件。解：解：(1)外力分析由于由于轮缘厚，而轮辐薄轮缘厚，而轮辐薄，飞轮，飞轮简化为图简化为图(b)所示简图。所示简图。16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和

8、匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力(2)内力分析根据对称性，飞轮最终简化为图(c)所示计算简图。(3)应力及强度分析16.2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力l例例16.4 长长为为l 、横横截截面面面面积积为为A、重重为为FP的的均均质质杆杆，以以匀匀角角速速度度 饶饶铅铅直直轴轴转转动。求最大动应力。动。求最大动应力。解：解：(1)外力分析长为dr的微段，其质量为dr。其中：线密度微段上的惯性力为：rdrdFI16.

9、2 16.2 16.2 16.2 构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动构件匀加速直线运动和匀速转动时的应力时的应力时的应力时的应力xl(2)内力分析任一横截面上的轴力为：动应力FNd l-xFIrdrdFI(3)应力分析16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算 运动物体以一定的速度作用于静止物体时，运动物体运动物体以一定的速度作用于静止物体时，运动物体的速度将在非常短暂的时间里急剧降低的现象。的速度将在非常短暂的时间里急剧降低的现象。一、概念一、概念1.1.1

10、.1.冲击冲击冲击冲击16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算冲击过程中，运动中的物体。冲击过程中，运动中的物体。一、概念一、概念2.2.2.2.冲击物冲击物冲击物冲击物冲击过程中，阻止冲击物运动的物体。冲击过程中，阻止冲击物运动的物体。3.3.3.3.被被被被冲击物冲击物冲击物冲击物冲击物和被冲击物之间的相互作用力。冲击物和被冲击物之间的相互作用力。4.4.4.4.冲击冲击冲击冲击载荷载荷载荷载荷16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件

11、受冲击时的应力计算二、假设二、假设1.1.1.1.冲击物视为刚体冲击物视为刚体冲击物视为刚体冲击物视为刚体，冲击物与被冲击物附着在一起运动；，冲击物与被冲击物附着在一起运动；，冲击物与被冲击物附着在一起运动；，冲击物与被冲击物附着在一起运动；2.2.2.2.不计被不计被不计被不计被冲击物冲击物冲击物冲击物的质量；的质量；的质量；的质量；3.3.3.3.被冲击物受力后，材料仍处在被冲击物受力后，材料仍处在被冲击物受力后，材料仍处在被冲击物受力后，材料仍处在线线线线弹性范围以内弹性范围以内弹性范围以内弹性范围以内；4.4.4.4.不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）。不计冲击过程中的声

12、、光、热等能量损耗（能量守恒）。不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）。不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）。16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算三、力学模型三、力学模型16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算三、力学模型三、力学模型16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算三、力学模型三、力学模型铅垂冲击铅垂

13、冲击铅垂冲击铅垂冲击水平冲击水平冲击水平冲击水平冲击16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算四、冲击时的应力计算四、冲击时的应力计算冲击前：冲击前：冲击前：冲击前：冲击后：冲击后：冲击后：冲击后：冲击前后能量守恒，则：冲击前后能量守恒，则：冲击前后能量守恒，则：冲击前后能量守恒，则：弹簧刚度为弹簧刚度为弹簧刚度为弹簧刚度为k k k k，则：，则：，则：，则：，带入上式有：，带入上式有：，带入上式有：，带入上式有：1.1.1.1.铅垂冲击铅垂冲击铅垂冲击铅垂冲击16.3 16.3 16.3 16.3 构件受

14、冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算求解得：求解得：求解得：求解得：动荷因数：动荷因数：动荷因数：动荷因数：讨论：讨论：讨论：讨论：(2)增大静位移增大静位移st可以降低冲击动荷系数可以降低冲击动荷系数 ，如加缓冲弹簧；，如加缓冲弹簧；16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算讨论：讨论：讨论：讨论：(2)增大静位移增大静位移st可以降低冲击动荷系数可以降低冲击动荷系数 ，如加缓冲弹簧；，如加缓冲弹簧；(3)未考虑未考虑能量损失能量损失，此计算方法偏于安全。此计算

15、方法偏于安全。(4)突加载荷突加载荷16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算冲击前：冲击前：冲击前：冲击前：冲击后：冲击后：冲击后：冲击后：冲击前后能量守恒，则：冲击前后能量守恒，则：冲击前后能量守恒，则：冲击前后能量守恒，则：弹簧刚度为弹簧刚度为弹簧刚度为弹簧刚度为k k k k，则：，则：，则：，则：，带入上式有：，带入上式有：，带入上式有：，带入上式有：2.2.2.2.水平冲击水平冲击水平冲击水平冲击16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算求解得：求解得：求解得：求解得：动荷因数：动荷因数：动荷因数：动荷因数：16.3 16.3 16.3 16.3 构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算构件受冲击时的应力计算例例16.5 已知已知F=4kN、H=10cm、b=8cm、h=12cm、E=200GPa、k=0.8kN/mm，求图示两种支承下梁的最大应力。求图示两种支承下梁的最大应力。AwmaxBAkBwBwmaxAHBAHBkbh1m1m1m1mwB/2 解：解：(1)计算变形(2)计算应力