工程力學(xué)第10章

1、,,,,工 程 力 學(xué),普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材高職高專計算機(jī)教指委優(yōu)秀教材（高職高專教育）,（ 第六版）,動載荷與疲勞強(qiáng)度概述,第10章,第10章,動載荷與疲勞強(qiáng)度概述,10.1 等加速度直線運動時構(gòu)件上的慣性力與動應(yīng)力,第10章,1、慣性力的計算方法 對于以等加速度作直線運動的構(gòu)件，如果為集中質(zhì)量m，則慣性力為集中力，即 如果是連續(xù)分布質(zhì)量，則作用在質(zhì)量微元上的慣性力為 2、動應(yīng)力分析

2、 按照靜載荷作用下的應(yīng)力分析方法對構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力計算以及強(qiáng)度與剛度設(shè)計。 3、圖形分析,第10章,10.1 等加速度直線運動時構(gòu)件上的慣性力與動應(yīng)力,按照單向拉伸時桿件的應(yīng)力公式，鋼絲繩橫截面上的總正應(yīng)力為,第10章,10.1 等加速度直線運動時構(gòu)件上的慣性力與動應(yīng)力,總正應(yīng)力表達(dá)式可以寫成靜應(yīng)力乘以一個大于1的系數(shù)的形式,第10章,10.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算,1、旋轉(zhuǎn)構(gòu)件分析方法 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件由于動應(yīng)力而

3、引起的失效問題在工程中也是很常見的。處理這類問題時，首先是分析構(gòu)件的運動，確定其加速度，然后應(yīng)用達(dá)朗貝爾原理，在構(gòu)件上施加慣性力，最后按照靜載荷的分析方法，確定構(gòu)件的內(nèi)力和應(yīng)力。 2、例題分析 例10－1 圖10－4(a)所示結(jié)構(gòu)中，鋼制AB軸的中點處固結(jié)一與之垂直的均質(zhì)桿CD，二者的直徑均為d。長度AC=CB=CD = 。軸AB以等角速度 繞自身軸旋轉(zhuǎn)。已知： =0.6 m，d=80 mm， =40 rad/

4、s；材料密度 ，許用應(yīng)力［ ］=70 MPa。試校核：軸AB和桿CD的強(qiáng)度是否安全。,第10章,圖10－4,10.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算,第10章,(1)分析運動狀態(tài)，確定動載荷 當(dāng)軸AB以等角速度 旋轉(zhuǎn)時，桿CD上的各個質(zhì)點具有數(shù)值不同的向心加速度，其值為 在桿CD上建立Ox坐標(biāo)，如圖10－4(b)所示。設(shè)沿桿CD軸線方向單位長度上的慣性力為q1，則微段長度dx上的慣性力為,10.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)

5、件的受力分析與動應(yīng)力計算,第10章,建立平衡方程式,10.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算,第10章,(2)畫AB軸的彎矩圖，確定最大彎矩面所得到的最大軸力，也是作用在軸AB上的橫向載荷。于是，可以畫出軸AB的彎矩圖如圖10-4（c）所示。軸中點截面上的彎矩最大，其值為,(3)應(yīng)力計算與強(qiáng)度校核 對于桿CD，最大拉應(yīng)力發(fā)生在C截面處，其值為,10.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力分析與動應(yīng)力計算,第10章,10.2 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的受力

6、分析與動應(yīng)力計算,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.1 交變應(yīng)力的名詞和術(shù)語,1、交變應(yīng)力： 一點的應(yīng)力隨著時間的改變而變化,這種應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。承受交變應(yīng)力作用的構(gòu)件或零部件,大部分都在規(guī)則（圖10－5）或不規(guī)則（圖10－6）變化的應(yīng)力作用下工作。,圖10－5,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.1 交變應(yīng)力的名詞和術(shù)語,2、廣義應(yīng)力 圖10－7所示為桿件橫截面上一點應(yīng)力隨時間t的變化

7、曲線。其中S為廣義應(yīng)力，它可以是正應(yīng)力，也可以是剪應(yīng)力。,圖10－6,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.1 交變應(yīng)力的名詞和術(shù)語,3、其他名詞與術(shù)語,圖10－7,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.1 交變應(yīng)力的名詞和術(shù)語,應(yīng)力循環(huán)——應(yīng)力變化一個周期，稱為應(yīng)力的一次循環(huán)。應(yīng)力比——應(yīng)力循環(huán)中最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值。平均應(yīng)力——最大應(yīng)力與最小應(yīng)力的平均值。 應(yīng)力幅值——最大應(yīng)力與最小應(yīng)力差值的一半。最大應(yīng)

8、力——應(yīng)力循環(huán)中的最大值。最小應(yīng)力——應(yīng)力循環(huán)中的最小值。,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.1 交變應(yīng)力的名詞和術(shù)語,對稱循環(huán)——應(yīng)力循環(huán)中應(yīng)力數(shù)值與正負(fù)號都反復(fù)變化，且有最大應(yīng)力與 最小應(yīng)力相等，這種應(yīng)力循環(huán)稱為對稱循環(huán)。  脈沖循環(huán)——應(yīng)力循環(huán)中，只有應(yīng)力數(shù)值隨時間變化，應(yīng)力的正負(fù)號不發(fā)生變化，且最小應(yīng)力等于零，這種應(yīng)力循環(huán)稱為脈沖循環(huán)。 靜應(yīng)力——靜載荷作用

9、的應(yīng)力，靜應(yīng)力是交變應(yīng)力的特例。,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.2 疲勞極限與應(yīng)力－壽命曲線,1、疲勞極限 所謂疲勞極限是指經(jīng)過無窮多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞時的最大應(yīng)力值，又稱為持久極限。 2、確定方法 為了確定疲勞極限，需要用若干光滑小尺寸試樣（圖10－8(a)）， 在專用的疲勞試驗機(jī)上進(jìn)行試驗，圖10－8(b)中所示為簡易的對稱循環(huán)疲勞試驗機(jī)。,,第10章,10

10、.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.2 疲勞極限與應(yīng)力－壽命曲線,圖10－8,,第10章,10.3 疲勞強(qiáng)度概述,10.3.2 疲勞極限與應(yīng)力－壽命曲線,3、應(yīng)力－壽命曲線 S－N曲線若有水平漸近線，則表明試樣經(jīng)歷無窮多次應(yīng)力循環(huán)而不發(fā)生破壞，漸近線的縱坐標(biāo)即為光滑小試樣的疲勞極限。對于應(yīng)力比為r的情形，其疲勞極限用Sr表示；對稱循環(huán)下的疲勞極限為S-1。,,第10章,10.4 材料的持久極限及影響因素,10.4.1 材料的持久極限,

11、在交變載荷作用下，構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力的最大值低于某一個極限，此構(gòu)件可以經(jīng)歷無數(shù)次循環(huán)而不斷裂，稱為持久極限,,第10章,10.4 材料的持久極限及影響因素,10.4.2 影響持久極限的因素及疲勞強(qiáng)度計算簡介,1、應(yīng)力的影響 2、構(gòu)件尺寸的影響 3、表面加工質(zhì)量的影響,小 結(jié),第10章,小結(jié)： 1．構(gòu)件做勻變速運動時所引起的動載荷問題。 2．交變應(yīng)力和疲勞極限問題。,,,,,,