动载荷+交变应力2011热动

第十一章动载荷动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第1页!一、动载荷：

载荷不随时间变化（或变化极其平稳缓慢）且使构件各部件加速度保持为零（或可忽略不计），此类载荷为静载荷。载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化（系统产生惯性力），此类载荷为动载荷。即F

=F(t,r,v)。二、动响应：

构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力、应变、位移等），称为动响应。实验表明：在静载荷下服从虎克定律的材料，只要应力不超过比例极限,在动载荷下虎克定律仍成立且E静=E动。动载荷／概述动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第2页!动载荷／概述LxmnahWf动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第3页!动载荷节惯性载荷作用下的动应力和动变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第4页!例1一等直杆，横截面面积为A，长为L，重度，[]

，以加速度a上升，试校核该杆的强度。解：①受力分析，②求动应力，一、直线运动构件的动应力LxmnaxaFNdqjqG动载荷／惯性载荷作用下的动应力和动变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第5页!动载荷第二节构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第6页!

①冲击物为刚体；

②被冲击物质量忽略；

③不计冲击过程中的能量损耗（能量守恒）；

④冲击过程为线弹性变形过程(保守计算)。2.能量法基本方程：1.假设：动载荷／构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第7页!由能量法基本方程，且一、自由落体冲击问题冲击前：冲击后：Ddmgvmgh动载荷／构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第8页!三、冲击响应计算②动荷系数③求动应力解：①求静位移冲击响应等于静响应与动荷系数之积。例4直径0.3m的圆木桩受自由落锤冲击，落锤重5kN,求：桩的最大动应力。E=10GPa静应力：动应力：h=1mvWf6m动载荷／构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第9页!如何设计车轮轴的横截面?如何计算火车车轮轴内的应力?如何简化出火车车轮轴的计算模型?一、问题的提出交变应力／概述动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第10页!如果没有工具，如何徒手把一根较粗铁丝折断？一、问题的提出说明构件在静载荷和随时间周期变化载荷的作用下，失效方式不完全相同。交变应力／概述动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第11页!一、概念构件内一点处随时间作周期性变化的应力称为交变应力。交变应力／交变应力与疲劳失效材料在交变应力下的失效（破坏），习惯上称为疲劳破坏。在交变应力下构件抵抗疲劳失效的能力，称为疲劳强度。Tts动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第12页!三、疲劳破坏的发展过程1.显微结构发生变化，从而永久损伤形核，产生微观裂纹。2.微观裂纹长大并合并，形成“主导”裂纹。3.宏观主导裂纹稳定扩展。4.裂纹扩展到一定尺度时，构件有效截面不足以承载，就会发生脆断。交变应力／交变应力与疲劳失效动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第13页!一、循环特性：三、应力幅值：二、平均应力：smsminsmaxsaTts交变应力／交变应力的循环特性和应力幅值动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第14页!ts2.脉动循环3.静循环（静应力）五、稳定交变应力：循环特征及周期不变。sminsmaxsatssmsmsminsmax交变应力／交变应力的循环特性和应力幅值动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第15页!第三节材料的持久极限交变应力动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第16页!一、材料持久极限(疲劳极限)：

材料经历无数次应力循环而不发生疲劳破坏的交变应力的最大值，称为材料的持久极限或疲劳极限，用r

表示。二、

—N

曲线（应力—寿命曲线）：N0—循环基数。r—材料的持久极限。A—条件持久极限。N(次数)sNAsAsrN0交变应力／材料的持久极限NA—有限疲劳寿命。光滑小试样疲劳试验机动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第17页!交变应力／材料的持久极限钢材的持久极限与其强度极限之间的关系动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第18页!一、构件外形的影响K

—有效应力集中系数：交变应力／影响构件持久极限的主要因素构件截面尺寸突变处存在应力集中，而应力集中会促使裂纹形成与扩展，从而使持久极限明显降低。动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第19页!

—表面质量系数：交变应力／影响构件持久极限的主要因素三、构件表面质量的影响持久极限随试样表面质量的提高而增大，原因是提高表面质量可减少构件表面的应力集中，从而使持久极限得以提高。动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第20页!若循环应力为切应力，将上述公式中的正应力换为切应力即可。对称循环下，r=-1。上述各系数均可查表而得。交变应力／影响构件持久极限的主要因素五、构件的持久极限—r

0r0与r

的关系：动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第21页!交变应力／提高构件疲劳强度的措施2、提高表面加工质量；3、增加表面强度；1、减缓应力集中；动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第22页!三、动荷系数：四、动载荷分类：1.简单动载荷：加速度的可以确定，采用“动静法”求解。2.冲击载荷：速度在极短暂的时间内有急剧改变，此时，加速度不能确定，要采用“能量法”求解；3.交变载荷：应力随时间作周期性变化，属疲劳问题。4.振动载荷：求解方法很多，有专门论述。动载荷／概述动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第23页!方法原理：达朗伯原理

(动静法）

达朗伯原理认为：处于不平衡状态的物体，只要在物体上虚加惯性力，就可以把动力学问题在形式上作为静力学问题来处理，其中惯性力的方向与加速度方向相反，惯性力的大小等于加速度与质量的乘积。动静法。动载荷／惯性载荷作用下的动应力和动变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第24页!动荷系数：强度条件：动载荷／惯性载荷作用下的动应力和动变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第25页!方法原理：能量法

(机械能守恒）

在冲击物与受冲击构件的接触区域内，应力状态异常复杂，且冲击持续时间非常短促，接触力随时间的变化难以准确分析。工程中通常采用能量法来解决冲击问题，即在若干假设的基础上，根据能量守恒定律对受冲击构件的应力与变形进行偏于安全的简化计算。动载荷／构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第26页!3.动响应与静响应的关系动载荷／构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第27页!说明：（1）Dj：以冲击物的重量作为静载荷，沿冲击方向作用在冲击点时，被冲击构件在冲击点处沿冲击方向所产生的静位移。可见，当载荷突然作用时，弹性体的变形与应力均比同值静载荷所引起的变形与应力增加一倍。动载荷／构件受冲击时的应力和变形动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第28页!第十二章交变应力动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第29页!ABPaPaDCP交变应力／概述一、问题的提出动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第30页!交变应力节交变应力与疲劳失效动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第31页!二、疲劳破坏的特点2、断裂发生要经过一定的循环次数；3、失效时均呈脆断，无明显塑性变形；交变应力／交变应力与疲劳失效1、失效时应力低于材料强度极限sb，甚至低于屈服点ss；4、“断口”分区明显。（疲劳源、光滑区和粗糙区）动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第32页!交变应力第二节交变应力的循环特性和应力幅值动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第33页!smt四、几种特殊的交变应力1.对称循环sminsmaxsaTs交变应力／交变应力的循环特性和应力幅值动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第34页!例1发动机连杆大头螺栓工作时最大拉力Pmax=58.3kN，最小拉力Pmin=55.8kN，螺纹内径为

d=11.5mm，试求

a

、m

和

r。解：交变应力／交变应力的循环特性和应力幅值动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第35页!一、材料持久极限(疲劳极限)：

材料经历无数次应力循环而不发生疲劳破坏的交变应力的最大值，称为材料的持久极限或疲劳极限，用r

表示。二、

—N

曲线（应力—寿命曲线）：交变应力／材料的持久极限光滑小试样疲劳试验机动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第36页!一、材料持久极限(疲劳极限)：

材料经历无数次应力循环而不发生疲劳破坏的交变应力的最大值，称为材料的持久极限或疲劳极限，用r

表示。二、

—N

曲线（应力—寿命曲线）：交变应力／材料的持久极限动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第37页!第四节影响构件持久极限的主要因素交变应力动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第38页!二、构件尺寸的影响

—尺寸系数：交变应力／影响构件持久极限的主要因素持久极限随试样横截面尺寸增大而减小，原因是在最大应力相同的条件下，大试样处于高应力区的材料多于小试样。动载荷+交变应力2011热动共42页，您现在浏览的是第39页!交变应力／影响构件持久极限的主要