《材料力學-動載荷》PPT課件.ppt
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第五部分《構件強度問題的專題研究》,2,目錄,第17章構件的動載荷強度第18章構件的疲勞強度,動載荷,,,,3,第17章構件的動載荷強度,動載荷,,,,4,目錄,17.1慣性力動靜法17.2考慮慣性力時的應力計算17.3受沖擊載荷時的應力和變形計算17.4提高構件抗沖擊能力的措施,動載荷,,,,一、動載荷：載荷不隨時間變化（或變化極其平穩(wěn)緩慢）且使構件各部件加速度保持為零（或可忽略不計），此類載荷為靜載荷。載荷隨時間急劇變化且使構件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力），此類載荷為動載荷。,引言,二、動響應：構件在動載荷作用下產(chǎn)生的各種響應（如應力、應變、位移等），稱為動響應。實驗表明：在靜載荷下服從虎克定律的材料，只要應力不超過比例極限，在動載荷下虎克定律仍成立，且E靜=E動。,動載荷,,,,三、動荷系數(shù)：,動載荷,,,,1.簡單動應力：加速度可以確定，采用“動靜法”求解。,2.沖擊載荷：速度在極短暫的時間內有急劇改變，此時，加速度不能確定，要采用“能量法”求解；,3.交變應力：應力隨時間作周期性變化，屬疲勞問題。,4.振動問題：求解方法很多。,四、動應力分類：,7,17.1慣性力動靜法,,,,動載荷,,人用手推車,力是由于小車具有慣性，力圖保持原來的運動狀態(tài)，對于施力物體(人手)產(chǎn)生的反抗力。稱為小車的慣性力。,定義：質點慣性力加速運動的質點，對迫使其產(chǎn)生加速運動的物體的慣性反抗的總和。,一、質點的達朗伯原理,8,,,,動載荷,,,[注]質點慣性力不是作用在質點上的真實力，它是質點對施力體反作用力的合力。,9,,,,動力學,非自由質點M，質量m，受主動力，約束反力，合力,質點的達朗伯原理,10,,,,動載荷,該方程對動力學問題來說只是形式上的平衡，并沒有改變動力學問題的實質。采用動靜法解決動力學問題的最大優(yōu)點，可以利用靜力學提供的解題方法，給動力學問題一種統(tǒng)一的解題格式。,11,,,,動力學,[例1]列車在水平軌道上行駛，車廂內懸掛一單擺，當車廂向右作勻加速運動時，單擺左偏角度?，相對于車廂靜止。求車廂的加速度。,12,,,,動力學,選單擺的擺錘為研究對象。虛加慣性力,?角隨著加速度的變化而變化，當不變時，?角也不變。只要測出?角，就能知道列車的加速度。擺式加速計的原理。,解：,由動靜法，有,解得,13,,,,動力學,對整個質點系，主動力系、約束反力系、慣性力系形式上構成平衡力系。這就是質點系的達朗伯原理?？捎梅匠瘫硎緸椋?,設有一質點系由n個質點組成，對每一個質點，有,注意到,將質點系受力按內力、外力劃分,則,,二.質點系的達朗伯原理,14,,,,動力學,表明：對整個質點系來說，動靜法給出的平衡方程，只是質點系的慣性力系與其外力的平衡，而與內力無關。,15,,,,動力學,對平面任意力系：,,對于空間任意力系：,,實際應用時,同靜力學一樣任意選取研究對象,列平衡方程求解。,用動靜法求解動力學問題時，,16,,,,動力學,,簡化方法就是采用靜力學中的力系簡化的理論。將虛擬的慣性力系視作力系向任一點O簡化而得到一個慣性力和一個慣性力偶。,無論剛體作什么運動，慣性力系主矢都等于剛體質量與質心加速度的乘積，方向與質心加速度方向相反。,三.剛體慣性力系的簡化,17,,,,動力學,1、剛體作平動,向質心C簡化：,剛體平動時慣性力系合成為一過質心的合慣性力。,,翻頁請看動畫,18,,,,動力學,19,,,,動力學,空間慣性力系—>平面慣性力系（質量對稱面）O為轉軸z與質量對稱平面的交點，向O點簡化：,主矢：主矩：,二、定軸轉動剛體,先討論具有垂直于轉軸的質量對稱平面的簡單情況。,O,直線i:平動，過Mi點，,20,,,,動力學,作用在C點,作用在O點,21,,,,動力學,討論：,剛體作勻速轉動，轉軸不通過質點C。,22,,,,動力學,轉軸過質點C，但??0，慣性力偶（與?反向）,23,,,,動力學,24,,,,動力學,假設剛體具有質量對稱平面，并且平行于該平面作平面運動。此時，剛體的慣性力系可先簡化為對稱平面內的平面力系。,剛體平面運動可分解為隨基點（質點C）的平動：繞通過質心軸的轉動：?作用于質心。,,三、剛體作平面運動,25,,,,動力學,26,,,,動力學,對于平面運動剛體：由動靜法可列出如下三個方程：,,實質上：,27,,,,動力學,[例2]均質桿長l,質量m,與水平面鉸接,桿由與平面成?0角位置靜止落下。求開始落下時桿AB的角加速度及A點支座反力。,選桿AB為研究對象虛加慣性力系：,解：,根據(jù)動靜法，有,28,,,,動力學,29,,,,動力學,,用動量矩定理+質心運動定理再求解此題：,解：選AB為研究對象,由質心運動定理：,,30,,,,動力學,[例3]牽引車的主動輪質量為m，半徑為R，沿水平直線軌道滾動，設車輪所受的主動力可簡化為作用于質心的兩個力及驅動力偶矩M，車輪對于通過質心C并垂直于輪盤的軸的回轉半徑為?，輪與軌道間摩擦系數(shù)為f,試求在車輪滾動而不滑動的條件下，驅動力偶矩M之最大值。,取輪為研究對象虛加慣性力系：,解：,由動靜法，得：,O,31,,,,動力學,由(1)得,由(2)得N=P+S，要保證車輪不滑動，必須F
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