1、12第十一章第十一章 動荷載動荷載111 概述概述112 桿件受沖擊時的應力計算桿件受沖擊時的應力計算113 交變應力與疲勞破壞交變應力與疲勞破壞3一、靜載荷和動載荷一、靜載荷和動載荷11-1 11-1 概述概述 構件在動載荷作用下產生的應力稱為構件在動載荷作用下產生的應力稱為動應力動應力。1 1、靜載荷靜載荷：緩慢加載，終值穩定，不會使構件產生加速度：緩慢加載，終值穩定，不會使構件產生加速度2 2、動載荷動載荷：載荷的大小或方向明顯隨時間變化，或者構：載荷的大小或方向明顯隨時間變化，或者構件運動速度的大小或方向明顯隨時間變化。件運動速度的大小或方向明顯隨時間變化。二、動應力二、動應力1 1、

2、一般動應力比靜應力大，所以必須按動載荷進行設計。、一般動應力比靜應力大，所以必須按動載荷進行設計。2 2、動應力不超過比例極限時，胡克定律仍成立，且、動應力不超過比例極限時，胡克定律仍成立，且E E不變。不變。4三、動荷系數三、動荷系數 設動載荷作用下的動應力是設動載荷作用下的動應力是 s sd，如果與此動，如果與此動載荷對應的靜載荷存在，載荷對應的靜載荷存在， 而相應的靜應力是而相應的靜應力是s sst ，則則 s sd = = K Kd s sst K Kd 為為動荷系數動荷系數511-2 11-2 桿件受沖擊時的應力計算桿件受沖擊時的應力計算1 1、沖擊、沖擊: : 由于被沖擊物的阻礙，

3、使得沖擊物的速度在極短由于被沖擊物的阻礙，使得沖擊物的速度在極短 時間內發生改變。時間內發生改變。2、沖擊載荷沖擊載荷：被沖擊物所承受的載荷：被沖擊物所承受的載荷一、沖擊和沖擊載荷一、沖擊和沖擊載荷現實生活中，有很多沖擊現象，比如：汽錘鍛造、重錘打樁現實生活中，有很多沖擊現象，比如：汽錘鍛造、重錘打樁6能量法能量法 ( ( 機械能守恒機械能守恒 ）在沖擊物與受沖構件的接觸區域內，應力狀態異常復雜，在沖擊物與受沖構件的接觸區域內，應力狀態異常復雜，且沖擊持續時間非常短促，接觸力隨時間的變化難以準確分且沖擊持續時間非常短促，接觸力隨時間的變化難以準確分析。工程中通常采用能量法來解決沖擊問題，即在若

4、干假設析。工程中通常采用能量法來解決沖擊問題，即在若干假設的基礎上，根據能量守恒定律對受沖擊構件的應力與變形進的基礎上，根據能量守恒定律對受沖擊構件的應力與變形進行偏于安全的簡化計算。行偏于安全的簡化計算。二、研究方法二、研究方法71 1、沖擊問題的簡化計算、沖擊問題的簡化計算1）沖擊物體是剛體，不反彈）沖擊物體是剛體，不反彈 不計沖擊物的變形及不計沖擊物的變形及 變形能。變形能。沖擊后沖擊物與被沖擊物附著在一起運動沖擊后沖擊物與被沖擊物附著在一起運動2 2）被沖擊物的質量遠小于沖擊物的質量，且處于）被沖擊物的質量遠小于沖擊物的質量，且處于 線彈性范圍內線彈性范圍內 只考慮被沖擊物的彈性因素。

5、只考慮被沖擊物的彈性因素。3）無能量損失）無能量損失 認為系統動能與勢能的減少，全部轉認為系統動能與勢能的減少，全部轉 換為被沖擊物所增加的變形能。換為被沖擊物所增加的變形能。便于研究且安全。便于研究且安全。4 4）應力、變形與時間無關）應力、變形與時間無關 不計應力的傳播不計應力的傳播82、用能量方法分析沖擊問題、用能量方法分析沖擊問題在以上假設下，沖擊過程中沖擊物的減少的機械在以上假設下，沖擊過程中沖擊物的減少的機械能全部轉變為被沖擊物的增加變形能能全部轉變為被沖擊物的增加變形能dTVU=UPddd=1293 3、動荷系數為、動荷系數為Kd 計算沖擊問題的關鍵ddstddstddstPK

6、PKKss= 在小變形線彈性的前提下，如果已知動荷系在小變形線彈性的前提下，如果已知動荷系數及在靜載荷下的有關量，則可以直接求得在數及在靜載荷下的有關量，則可以直接求得在動載荷下的對應量動載荷下的對應量* *計算沖擊問題的主要方法就是先用能量法算出計算沖擊問題的主要方法就是先用能量法算出 ! !4 4、幾種常見情況的沖擊動荷系數、幾種常見情況的沖擊動荷系數104 4、幾種常見情況的沖擊動荷系數、幾種常見情況的沖擊動荷系數1）自由落體的沖擊）自由落體的沖擊stdhK=2112 2）水平沖擊）水平沖擊stdgVK=23 3）突加載荷）突加載荷2=dK11沖擊前后能量守恒沖擊前后能量守恒2st1()

7、2dstdmg hKmgK=自由落體沖擊問題自由落體沖擊問題0()12ddddTVmg hUP= =()ddststddstPK PPmgK=dmgmghdTVU=22 20ddsthKK=即stdhK=21112討論討論stdhK=2112sth 很大，沖擊動荷系數可近似地取為很大，沖擊動荷系數可近似地取為（1）若比值若比值2dsthK 0 :,2dhK=（2）突然載荷）突然載荷由此可見由此可見, ,突加載荷的動荷系數是突加載荷的動荷系數是2 2，這時所引起的應力和變形都是靜荷，這時所引起的應力和變形都是靜荷應力和變形的應力和變形的2 2倍。倍。13221122dstmvmgK=物體的水平沖

8、擊物體的水平沖擊212012dddTmvVUP=沖擊前后能量守恒沖擊前后能量守恒()ddststddstPK PPmgK=vmg2dstvKg=dTVU=14動荷系數動荷系數求動應力求動應力解：求靜變形求靜變形2210001111217.9425sthKd=425mmststP LWLEAEA=15.41MPaddstKss=例例11111 1 直徑直徑0.3m的木樁受自由落錘沖擊，落錘重的木樁受自由落錘沖擊，落錘重5kN, , 求：樁的最大動應力。求：樁的最大動應力。E=10GPa靜應力：靜應力：/0.07074MPastWAs=動應力動應力：h=1mvWf6m15 例例11-2：重物：重物

9、Q自由落下沖擊在自由落下沖擊在AB梁的梁的B點處，求點處，求B點點的撓度。的撓度。解：33343stQlQlEIEbh=33211 112dstHKHEbhQl= = 33334112BddstHEbhQlvKQlEbh= = =16113 113 交變應力與疲勞破壞交變應力與疲勞破壞2 2、交變應力：構件內一點處的應力隨時間作周期性變化、交變應力：構件內一點處的應力隨時間作周期性變化一一. .交變載荷及交變應力交變載荷及交變應力1、交變載荷：動載荷的一種，其特點是載荷相對于構、交變載荷：動載荷的一種，其特點是載荷相對于構件的大小或方向周期性發生變化件的大小或方向周期性發生變化二二. .疲勞失效疲勞失效1.1.疲勞失效的特點疲勞失效的特點(1)(1)極限應力大大降低；極限應力大大降低；(2)(2)失效有一個過程，最后突然發生脆性斷裂；失效有一個過程，最后突然發生脆性斷裂；(3)(3)斷口有明顯的光滑區與粗糙區之分。斷口有明顯的光滑區與粗糙區之分。172.2.金屬疲勞的原因金屬疲勞的原因突然斷裂宏觀裂紋削弱截面微觀裂紋應力集中處181 1、循環特征、循環特征( (應力比）應力比）3 3、應力幅：、應力幅：2minmaxsss=a2 2、平均應力：、平均應力：2minmaxsss=msmsminsmaxsaTts三、交變應力的循環特性描寫三、交變應力的循環特性描寫maxmins