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文档简介
材料力学课件-动载荷课程概述材料力学主要研究材料在各种外力作用下的力学性能,以及构件的强度、刚度和稳定性。动载荷是指随时间变化的外力,对构件产生的影响比静载荷更为复杂。学习目标1了解动载荷的概念、特点和分类。2掌握动载荷作用下构件的失效模式,特别是疲劳失效。3学习疲劳强度曲线、S-N曲线,以及疲劳设计原则。4熟悉疲劳寿命估算、疲劳试验方法,以及高周疲劳和低周疲劳分析。动载荷定义动载荷是指随时间变化的外力,通常指反复作用或冲击作用的载荷,例如汽车行驶过程中的颠簸,飞机起飞和降落时的冲击力。动载荷特点变化性动载荷的大小、方向、作用点都会随时间变化。重复性动载荷往往会反复作用,例如机器的运行、车辆的振动。冲击性动载荷可能包含突然的冲击力,例如爆炸、碰撞等。动载荷种类动载荷种类很多,常见的包括周期性动载荷、随机动载荷、冲击动载荷等。动载荷一般分类周期性动载荷大小和方向随时间周期性变化,例如旋转机械中的交变载荷。随机动载荷大小和方向随机变化,例如车辆行驶过程中的颠簸。冲击动载荷突然施加的载荷,例如锤击、爆炸等。周期性动载荷周期性动载荷是指大小和方向随时间周期性变化的载荷,常见的周期性动载荷有正弦波载荷、方波载荷和三角波载荷等。周期性动载荷特点频率载荷变化的周期性,通常用频率表示。振幅载荷变化的最大值和最小值之差,反映了载荷的强度。波形载荷随时间变化的曲线形状,例如正弦波、方波等。动载荷作用下构件失效模式动载荷作用下构件失效模式主要包括疲劳失效、断裂失效、塑性失效等。其中疲劳失效是动载荷作用下最常见的一种失效模式。疲劳失效疲劳失效是指构件在反复交变载荷作用下,即使载荷小于材料的屈服极限,也会在应力集中部位产生裂纹,并逐渐扩展,最终导致构件断裂失效。疲劳失效过程1裂纹萌生在应力集中部位,微观缺陷逐渐扩展成微裂纹。2裂纹扩展微裂纹在交变载荷的作用下逐渐扩展,形成宏观裂纹。3断裂裂纹扩展到一定程度,最终导致构件断裂。疲劳强度曲线疲劳强度曲线(S-N曲线)是反映材料在交变载荷作用下的疲劳强度与循环次数关系的曲线。S-N曲线的影响因素材料材料的成分、组织结构、加工工艺都会影响疲劳强度。载荷条件载荷的大小、频率、波形都会影响疲劳强度。环境条件温度、湿度、腐蚀等环境因素也会影响疲劳强度。应力集中系数应力集中系数是指在应力集中部位的应力与名义应力的比值,它是反映应力集中程度的一个重要指标。Miner累积伤害假设Miner累积伤害假设是指在交变载荷作用下,构件的疲劳寿命与各个载荷水平下的循环次数成反比。疲劳设计原则避免应力集中通过合理的结构设计,避免应力集中部位的出现。提高材料强度选择高疲劳强度的材料,或通过热处理等方法提高材料的疲劳强度。控制载荷水平降低载荷的大小,减少循环次数,延长构件的疲劳寿命。疲劳寿命估算疲劳寿命估算方法有很多,常用的方法包括S-N曲线法、Miner累积伤害法等。疲劳试验疲劳试验是研究材料在交变载荷作用下的疲劳性能,以及验证设计方案的重要方法。疲劳试验类型弯曲疲劳试验在弯曲载荷下进行的疲劳试验,适用于研究材料的弯曲疲劳强度。扭转疲劳试验在扭转载荷下进行的疲劳试验,适用于研究材料的扭转疲劳强度。拉伸疲劳试验在拉伸载荷下进行的疲劳试验,适用于研究材料的拉伸疲劳强度。疲劳试验方法常用的疲劳试验方法包括旋转弯曲试验、旋转扭转试验、拉伸疲劳试验等。疲劳试验数据分析疲劳试验数据分析主要包括S-N曲线绘制、疲劳寿命估算、疲劳失效分析等。高周疲劳与低周疲劳高周疲劳是指循环次数较多的疲劳,低周疲劳是指循环次数较少的疲劳。高周疲劳分析高周疲劳分析主要基于S-N曲线,采用Miner累积伤害假设,进行疲劳寿命的预测和设计。低周疲劳分析低周疲劳分析主要采用裂纹扩展理论,进行疲劳寿命的预测和设计。低周疲劳设计低周疲劳设计需要考虑材料的断裂韧性、裂纹扩展速率等因素,以确保构件在低周疲劳载荷下的安全可靠。工程应用案例分析实际工程中,动载荷作用下构件的疲劳失效问题十分常见,例如桥梁、飞机、汽车等,需要进行合理的疲劳设计,以确保其安全可靠。小结本节课学习了动载荷的概念
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