材料力学-第10章动载荷与疲劳强度概述.ppt.ppt
《材料力学-第10章动载荷与疲劳强度概述.ppt.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《材料力学-第10章动载荷与疲劳强度概述.ppt.ppt(75页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),返回总目录,工程力学(静力学与材料力学),第二篇 材料力学,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),本书前面几章所讨论的都是静载荷作用下所产生的变形和应力,这种应力称为静载应力(statical stresses),简称静应力。静应力的特点:一是与加速度无关;二是不随时间的改变而变化。,工程中一些高速旋转或者以很高的加速度运动的构件,以及承受冲击物作用的构件,其上作用的载荷,称为动载荷(dynamical load)。构件上由于动载荷引起的应力,称为动应力(dynamic stresses)。这种应力有时会达到很高的数值,从而导致构件或零件失效。,工程
2、结构中还有一些构件或零部件中的应力虽然与加速度无关,但是,这些应力的大小或方向却随着时间而变化,这种应力称为交变应力(alternative stress)。在交变应力作用下发生的失效,称为疲劳失效,简称为疲劳(fatigue)。,本章将首先应用达朗贝尔原理和机械能守恒定律,分析两类动载荷和动应力,然后将简要介绍疲劳失效的主要特征与失效原因,以及影响疲劳强度的主要因素。,对于矿山、冶金、动力、运输机械以及航空航天等工业部门,疲劳是零件或构件的主要失效形式。统计结果表明,在各种机械的断裂事故中,大约有 80以上是由于疲劳失效引起的。疲劳失效过程往往不易被察觉,所以常常表现为突发性事故,从而造成灾
3、难性后果。因此,对于承受交变应力的构件,疲劳分析在设计中占有重要的地位。,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),等加速度直线运动构件的动应力分析,旋转构件的受力分析与动应力计算,弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,结论与讨论(1),第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),返回总目录,等加速度直线运动构件 的动应力分析,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),返回,等加速度直线运动构件的动应力分析,对于以等加速度作直线运动的构件,只要确定其上各点的加速度a,就可以应用达朗贝尔原理施加惯性力。如果为集中质量 m,则惯性力为集中力,即,如果是连续分布质量,则作用在质量微元上的惯性力为,然后,按照材
4、料力学中的方法对构件进行应力分析和强度与刚度计算。,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),起重机在开始吊起重物的瞬间,重物具有向上的加速度a,重物上便有方向向下的惯性力。这时吊起重物的钢丝绳,除了承受重物的重量,还承受由此而产生的惯性力,这一惯性力就是钢丝绳所受的动载荷(dynamics load);而重物的重量则是钢丝绳的静载荷(statics load)。作用在钢丝绳上的总载荷是动载荷与静载荷之和:,式中,FT为总载荷;FI与Fst分别为动载荷与静载荷。,等加速度直线运动构件的动应力分析,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),单向拉伸时杆件横截面上的总正应力为,其中,分别称为静应力(s
5、tatics stress)和动应力(dynamics stress)。,等加速度直线运动构件的动应力分析,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),旋转构件的受力分析 与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),返回,旋转构件由于动应力而引起的失效问题在工程中也是很常见的。处理这类问题时,首先是分析构件的运动,确定其加速度,然后应用达朗贝尔原理,在构件上施加惯性力,最后按照静载荷时所采用的方法确定构件的内力和应力。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),考察以等角速度旋转的飞轮。飞轮材料密度为,轮缘平均半径为R,轮缘部分的横截面积为A。,设计轮缘部分
6、的截面尺寸时,为简单起见,可以不考虑轮辐的影响,从而将飞轮简化为平均半径等于R的圆环。,由于飞轮作等角速度转动,其上各点均只有向心加速度,故惯性力均沿着半径方向、背向旋转中心,且为沿圆周方向连续均匀分布的力。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),为了求惯性力,沿圆周方向截取ds微弧段,即,微段圆环的质量为,于是,微段圆环上的惯性力大小为,为了计算圆环横截面上的应力,采用截面法,沿直径将圆环截为两个半环。其中FT为环向拉力,其值等于应力与面积的乘积。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),以圆心为原点,建立Oxy坐标系,由平衡
7、方程,有,其中dFIy为半圆环质量微元惯性力dFI在y轴上的投影,其值为,飞轮轮缘横截面上的轴力为,其中,v为飞轮轮缘上任意点的速度。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),当轮缘厚度远小于半径 R 时,圆环横截面上的正应力可视为均匀分布,并用T表示。于是,飞轮轮缘横截面上的总应力为,可见,由于飞轮以等角速度转动,其轮缘中的正应力与轮缘上点的速度平方成正比。,设计时必须使总应力满足强度条件。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),设计时必须使总应力满足强度条件,即,这一结果表明,为保证飞轮强度,对飞轮轮缘点的速度必须加以限制,
8、使之满足强度条件。工程上将这一速度称为极限速度(limited velocity);对应的转动速度称为极限转速(limited rotational velocity)。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),上述结果还表明:飞轮中的总应力与轮缘的横截面积无关。因此,增加轮缘部分的横截面积,无助于降低飞轮轮缘横截面上的总应力,对于提高飞轮的强度没有任何意义。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),在图示结构中,钢制AB轴的中点处固结一与之垂直的均质杆CD,二者的直径均为d。长度ACCBCDl。轴AB以等角速度绕自身轴旋转。已知
9、:l=0.6 m,d80 mm,40 rads;材料重度7.8 N/m3,许用应力=70 MPa。,例 题 1,解:1分析运动状态,确定动载荷:当轴AB以等角速度旋转时,杆CD上的各个质点具有数值不同的向心加速度,其值为,试校核:轴AB和杆CD的强度是否安全。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),解:1分析运动状态,确定动载荷 当轴AB以等角速度旋转时,杆CD上的各个质点具有数值不同的向心加速度,其值为,式中x为质点到AB轴线的距离。AB轴上各质点,因距轴线AB极近,加速度an很小,故不予考虑。,杆CD上各质点到轴线AB的距离各不相等,因而各点的加速度和惯性
10、力亦不相同。,为了确定作用在杆CD上的最大轴力,以及杆CD作用在轴AB上的最大载荷,首先必须确定杆CD上的动载荷沿杆CD轴线方向分布的惯性力。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),为此,在杆CD上建立Ox坐标。设沿杆CD轴线方向单位长度上的惯性力为qI,则微元长度dx上的惯性力为,由此得到,其中A为杆CD的横截面积;g为重力加速度。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),上述结果表明:杆CD上各点的轴向惯性力与各点到轴线AB的距离成正比。,为求杆CD横截面上的轴力,并确定轴力最大的截面,用假想截面从任意处(坐标为x)将杆截开
11、,考虑上半部分的平衡。,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),为求杆CD横截面上的轴力,并确定轴力最大的截面,用假想截面从任意处(坐标为x)将杆截开,考虑上半部分的平衡。,建立平衡方程,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),根据上述结果,在x=0的横截面上,即杆CD与轴AB相交处的C截面上,杆CD横截面上的轴力最大,其值为,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),这一力也是作用在轴AB上的横向载荷。于是可以画出轴AB的弯矩图。轴中点截面上的弯矩最大,其值为,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12
12、章A 动载荷与疲劳强度简介(1),2应力计算与强度校核,对于CD杆,最大拉应力发生在C截面处,其值为,将已知数据代入上式后,得到CD杆中的最大正应力,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),对于轴AB,最大弯曲正应力为,将已知数据代入后,得到,旋转构件的受力分析与动应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷 与冲击应力计算,返回,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),具有一定速度的运动物体,向着静止的构件冲击时,冲击物的速度在很短的时间内发生了很大变化,即冲击物得到了很大的负值加速度。这表明,冲击物受到与其运动方向相反的很大的力作用
13、。同时,冲击物也将很大的力施加于被冲击的构件上,这种力在工程上称为“冲击力”或“冲击载荷”(impact load)。,弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷与冲击应力计算,第12章A 动载荷与疲劳强度简介(1),弹性杆件上的冲击载荷与冲
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 材料力学 10 章动 载荷 疲劳强度 概述 ppt
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2234729.html