第十三章动荷载讲稿

第十三章动荷载一、教学目标和教学内容1、教学目标通过本章学习，唤起学生对动荷载问题的注意。让学生知道动荷载问题的两个方面，目前应当掌握在较简单的工程问题中，动荷载引起杆件的应力、应变和位移的计算。对于材料在动荷载下的力学行为，以后根据工作的需要再进一步补充学习。让学生掌握动荷载问题的基本知识，如杆件作等加速运动时的应力计算，作等速旋转圆盘的应力分析，简单的自由落体冲击和水平冲击，以及循环应力问题的有关概念。能够深刻认识动荷系数概念，并能够熟练地进行杆件作等加速运动时的应力计算，作等速旋转圆盘的应力分析，完成简单的自由落体冲击和水平冲击的计算。2、教学内容介绍杆件作等加速运动拉伸、压缩及弯曲时的应力计算。介绍等角速度旋转的动荷应力计算。讲解简单冲击时，能量守恒的基本方程，分别导出自由落体冲击和水平冲击时的动荷系数公式，及杆件经受冲击时的应力计算公式。二、重点难点重点：建立三类动荷载概念。掌握杆件作等加速运动时的应力计算。作等速旋转圆盘的应力分析。简单的自由落体冲击和水平冲击问题的计算难点：对动静法和动荷系数的理解。对于动荷载问题与静荷载问题的联系与区别。在简单冲击问题中，被冲击杆件冲击点的相应静荷位移的理解和计算，特别是水平冲击时的静荷位移的理解和计算。三、教学方式遇采用启发式教察学，通过提问猾，引导学生思童考，让学生回简答问题。四、建议学时恭粗3胸学时五、实施学时六、讲课提纲耳(秀一亚)胜概念（动荷载割的概念）1、静荷载：讲作用在构件上泻的荷载由零开魔始，逐渐（平影缓、慢慢）职地增长到最终胆值，以致在加眼载过程中，构帜件各点的加速蹲度很小，可以蚁不计；荷载加卖到最终值保持支不变或变动的渡不显著的荷载剧，称之为达静荷载佣。2、动荷载：谨如果构件本身包处于加速度运斥动状态替（高层、超高挣层建筑施工时蔬起吊重物；铃这些建筑物中掏运行的电梯服—茂惯性力问题）狸；遍或者静止的构帐件承受处于运拢动状态的物体执作用闻（落锤打桩，做锤头弯猛烈冲击砼桩埋顶巷—温冲击问题）；搂地震波引起建迅筑物晃动文(旅构件在振动状炎态下工磁作哥—座振动问题立)路；辜机械零件在周娱期性变化的荷质载下工作提(水交变应力疲劳兆问题岩)稀，则构件受到亦荷载就是溪动荷载舌。统3虏、动荷载与静柏荷载的区别者静荷载衫：构件在静止抄状态下承受静趟荷载作用。由纹零开始，逐渐灶缓慢加载，加栗到终值后变化母不大、加速度脸很小，可以略酱去不计哭。扫动荷载：在动草荷载作用下，蔽构件内部各质益点均有速度改瓶变，即发生了识加速度，且这钳样的加速度不巷可忽略。醋区别犁：祖加速度可忽略吗与不可忽略湿。墨4燕、虎克定律的辩适用问题晶实验结果表明然，只要应力不摔超过比例极限亿，虎克定律仍犯适用货于动荷载的应输力、应变的计令算，弹性模量黎与静荷载的数罪值相同。额5猪、本章讨论的万问题拼⑴动惯性力问题：屿构件卖在加速度运动休时的应力计算帜；构件在匀速薯转动时应力计对算（构件上各培点有向心剃加速度）。疤⑵茎冲击问题：垂荣直冲击；水平江冲击。联(齐二认)怜惯性力问题幸1倘、惯性力的大夹小与方向伟对于加速度衔为静a摄的质点，惯性循力等于质点的乳质紧量肾m撑与其加速既度寺a瞧的乘积，即惯终性力大小。颂释──────配──────渐─艰(砍a陆)毙若构件的重量耽为币G,宜重力加速度缠为蚀g绩，则质点的质鹅量盛册部──────司──────碌─乡(料b塘)销诚肃则质点的惯性壤力赤庄凑──────库──────毙─尿(越c淘)抹惯性力的方向江与加速春度颂a樱的方向相反。谨2在、动静拒法眨—陷—度达朗贝尔原理覆。要达朗贝尔原理仅指出，锯对作加速度的子质点系，若假朵想拥地在每一质点经上加替上惯性力，则驰质点系上的原蚀力系与惯性力秤系组成平衡力片系。这样，就焰可把动力学问各题在形式上作逆为静力学问题工来处理。这就期是动静法。岸3碍、构件在加速培度直线运动时胳的应力和变形酸计算。陡⑴渴动荷载系坛数严K拳d沈例如有一绳索棵提升重量芬为承G扬的重物（如下刑图）。图13-1则巨饶场所以，绳索中还出现的动应力淹为诸动──────否──────替⑴奴式中的访是静力平衡时污绳索中的静应凡力。姨若令找⑴映式括号内讯为尾，尸那么⑴式即为怕──────气──────挥──────株──⑵即式中的明称为动荷系数少⑵涝式表明：浓绳索中的动应植力服=香静应力矩乘以动荷载系嚷数僻。素同理：忽绳索中的静伸丢长林乘以动荷载系链数划=蹈绳索的动伸长悦，即冈──────栏──────肯──────妈──⑶同理：久──────呜──────街──────处───⑷如⑵陪匀加速直线运技动构件的应力酒计算置一直谊杆燕A环B畅以匀加归速穿a递向上提升（见劳下图）；设杆饮长为颂,情横截面积趋为仰A寨，材料的容重肿为倾r星，求杆内的动遍应力图13-2愧解：锯①农用截面法截出闸杆的下段感身②漠设截面上的轴幻向力为关③设该段在茧、自重楼和惯性力盐作用下形成平族衡力系（响图来b齐）密由静力平衡条刮件得：股若用朵代表横截面上碍的正应力，则砖马──────种──────剩─────扣─管(演A畜)靠山卵∵直静应力壁片漂∴害由恰(吓A胖)逗式可知，杆内君的正应力沿杆预长按直线规律卸变化，见娇图症c趣4旬、舅构件在匀速转仪动时的应力计厨算既当么构件作定点匀距速转动时，构铺件上各点有向赤心加速度强式中煮的禾R嫩为质点到转轴境的距离（圆环慧的平均半径）图13-3逮离心惯性力沿赴圆环中心线均际匀分布，其集做度为则环向应力拾──────辱──────励─⑴∵线速度歇∴宅环向应力计算佛式也可写成：答诱──────杨─────⑵股其强度条件：晴──────匠──────蜓────⑶卷──────无──────砖─────⑷柱由佣⑶途式可求转速庆，猾∵蹦，则忧⑶存式可写成称──────彩──────弓───⑸睛由荣⑷辟式可求容许线闸速度录──────棍──────睁──────巡⑹响例祸题装1片3罢-1仗膀膀在详A灶B酬轴她的禽B均端瞧有一个质量很择大的飞轮（如积下图）。耻与飞轮相比，倾轴的质量可忽纷略不计。姐轴的另一圈端秆A打装蚂有刹车离合器姜。岂飞轮的转速为怪，转动惯量为找。轴的直径渴，刹车时使轴笑在醉1协0途秒内均匀减速消停止。烤求轴内最大动阳应力。图13-4绞解：鄙⑴禁飞轮与轴的转诸动角速度为她⑵感当飞轮与轴同反时做均匀减速月转动时，其角敞加速度为失(馒其中负号表示铸与驼的方向相反，容如上图雹)鹅⑶驰按动静法叨，在数飞机上加上拴方向与添相反的惯性力洲偶枝矩而，且予⑷贱设作用于轴上判的摩擦力矩为怕，由平衡方程苹，设：己⑸液AB荐轴由于摩擦力斑矩芦和惯性力偶矩笑引起扭转变形连，横截面上的封扭矩为颗，则具⑹嫩横截面上的最冷大扭转剪应力循为挣例描题急1嗽3甩-2梯冷图示结构黑中的结轴堪AB爬及杜杆棚C敲D蒸，其直径均为氏d=斥80mm蝴，材，材料的盲，钢的容重才，试校少核贱A球B惜、烂C扑D健轴的强度。解法之一：棉解箭：疯1谨、校产核阀A闲B寿轴的强度闻（引A茶B遗轴的弯曲是由鹿于档C绑D概杆惯性力引起问的，因且为偏C翅D燥杆的向心加速安度引起了惯性事力）图13-5陡⑴爸C将D政杆的质量：童⑵贯C佳D枣杆的加速度：助⑶戒C案D栗杆引起的惯性锁力似；⑷AB轴的⑸AB轴的淡2训、校核毅C阅D烛杆的强度芽（扒受拉验，危险截面薯在使C物）解法之二：图13-6垦解：河沿径C鼻D葬杆轴线单位长直度上的惯性力放（如策图看b隆所示）为当时，遍当炼时（枕c龙截面处），当时，警CD赶杆危险面逮C圾上轴力和正应种力分别为艘(环三庙)概冲击荷载践落锤打桩、汽匠锤锻打钢坯、盗冲床冲压零件茶，转动的飞轮劫突然制动、车抚辆紧急刹车都回属于冲击荷载模问题。桥1销、垂直冲击（岛冲击物为自由既落体）历温图驾1臭3锤-6餐设有一重平物韵Q兰从高处逝为慌H赵处自由落下（止如图），冲击证到被冲击物体梅的顶面上帽，闲则其动荷载系窄数吵式中的漠迷─────拾构件在静荷载叔作用时的静位园移。幸⑴侵若租H=每0斜时（即突加荷末载叛—惯—龟荷载由零突然羞加畏到眉Q老值），奴则羽膛族周即突加荷载作博用下，构件的纠应力与变形比健静荷载（由邻）狠时要大一倍。⑵若时，则⑶若时崇⑷决若已知鸽在冲击开始时味冲击迈物自己落体的药速匹度恐V船，则盯中的高度饿可用遣来代替，即2、水平冲击慰水平冲击时（博图慧a洒、疲b污所示）的动荷虾系数躺──────荷──────偶─────⑺图13-7励3币、千冲击荷载作用杰下的动位移、捞动应变、动应晌力旺西冻每腐匹4夕、受冲击时构晒件的强度条件华：旗例御题榴1鬼3爱-3速表明试校核图示勿梁在按承受水平冲击外荷载作用时的形强度。折已知，冲击物繁的捕重肤量陪Q=500K互N蔑,鹅冲击荷欠载因Q塌与弹簧接触时拦的水平速度燃；弹簧的刚度映，冲击荷载及已弹簧作用在梁钟的中点处，梁支的抗弯截面系虫数敬，截面对中性每轴的惯性母矩含中，钢的蕉，区。图13-7醉解：斑1支、帝当纺以静载方式从隶水平方向作用禽在弹簧、梁的啦跨中时，跨中厘截面的水平位带移为擦2弦、膏动荷载系数3、最大弯矩4、强度校核教5贤、阻结论：强度够利例故题箱1分3右-4别扶图违a轰所示结构，梁鸭长批，其宽度瓦。高泳；材料的蚂；弹簧的刚度嫂。今