《材料力學(xué)-動(dòng)載荷》PPT課件.ppt
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第五部分《構(gòu)件強(qiáng)度問題的專題研究》,2,目錄,第17章構(gòu)件的動(dòng)載荷強(qiáng)度第18章構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度,動(dòng)載荷,,,,3,第17章構(gòu)件的動(dòng)載荷強(qiáng)度,動(dòng)載荷,,,,4,目錄,17.1慣性力動(dòng)靜法17.2考慮慣性力時(shí)的應(yīng)力計(jì)算17.3受沖擊載荷時(shí)的應(yīng)力和變形計(jì)算17.4提高構(gòu)件抗沖擊能力的措施,動(dòng)載荷,,,,一、動(dòng)載荷：載荷不隨時(shí)間變化（或變化極其平穩(wěn)緩慢）且使構(gòu)件各部件加速度保持為零（或可忽略不計(jì)），此類載荷為靜載荷。載荷隨時(shí)間急劇變化且使構(gòu)件的速度有顯著變化（系統(tǒng)產(chǎn)生慣性力），此類載荷為動(dòng)載荷。,引言,二、動(dòng)響應(yīng)：構(gòu)件在動(dòng)載荷作用下產(chǎn)生的各種響應(yīng)（如應(yīng)力、應(yīng)變、位移等），稱為動(dòng)響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明：在靜載荷下服從虎克定律的材料，只要應(yīng)力不超過比例極限，在動(dòng)載荷下虎克定律仍成立，且E靜=E動(dòng)。,動(dòng)載荷,,,,三、動(dòng)荷系數(shù)：,動(dòng)載荷,,,,1.簡(jiǎn)單動(dòng)應(yīng)力：加速度可以確定，采用“動(dòng)靜法”求解。,2.沖擊載荷：速度在極短暫的時(shí)間內(nèi)有急劇改變，此時(shí)，加速度不能確定，要采用“能量法”求解；,3.交變應(yīng)力：應(yīng)力隨時(shí)間作周期性變化，屬疲勞問題。,4.振動(dòng)問題：求解方法很多。,四、動(dòng)應(yīng)力分類：,7,17.1慣性力動(dòng)靜法,,,,動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)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(zhì)點(diǎn)慣性力加速運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，對(duì)迫使其產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)的物體的慣性反抗的總和。,一、質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗伯原理,8,,,,動(dòng)載荷,,,[注]質(zhì)點(diǎn)慣性力不是作用在質(zhì)點(diǎn)上的真實(shí)力，它是質(zhì)點(diǎn)對(duì)施力體反作用力的合力。,9,,,,動(dòng)力學(xué),非自由質(zhì)點(diǎn)M，質(zhì)量m，受主動(dòng)力，約束反力，合力,質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗伯原理,10,,,,動(dòng)載荷,該方程對(duì)動(dòng)力學(xué)問題來說只是形式上的平衡，并沒有改變動(dòng)力學(xué)問題的實(shí)質(zhì)。采用動(dòng)靜法解決動(dòng)力學(xué)問題的最大優(yōu)點(diǎn)，可以利用靜力學(xué)提供的解題方法，給動(dòng)力學(xué)問題一種統(tǒng)一的解題格式。,11,,,,動(dòng)力學(xué),[例1]列車在水平軌道上行駛，車廂內(nèi)懸掛一單擺，當(dāng)車廂向右作勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，單擺左偏角度?，相對(duì)于車廂靜止。求車廂的加速度。,12,,,,動(dòng)力學(xué),選單擺的擺錘為研究對(duì)象。虛加慣性力,?角隨著加速度的變化而變化，當(dāng)不變時(shí)，?角也不變。只要測(cè)出?角，就能知道列車的加速度。擺式加速計(jì)的原理。,解：,由動(dòng)靜法，有,解得,13,,,,動(dòng)力學(xué),對(duì)整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系，主動(dòng)力系、約束反力系、慣性力系形式上構(gòu)成平衡力系。這就是質(zhì)點(diǎn)系的達(dá)朗伯原理。可用方程表示為：,,設(shè)有一質(zhì)點(diǎn)系由n個(gè)質(zhì)點(diǎn)組成，對(duì)每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，有,注意到,將質(zhì)點(diǎn)系受力按內(nèi)力、外力劃分,則,,二.質(zhì)點(diǎn)系的達(dá)朗伯原理,14,,,,動(dòng)力學(xué),表明：對(duì)整個(gè)質(zhì)點(diǎn)系來說，動(dòng)靜法給出的平衡方程，只是質(zhì)點(diǎn)系的慣性力系與其外力的平衡，而與內(nèi)力無關(guān)。,15,,,,動(dòng)力學(xué),對(duì)平面任意力系：,,對(duì)于空間任意力系：,,實(shí)際應(yīng)用時(shí),同靜力學(xué)一樣任意選取研究對(duì)象,列平衡方程求解。,用動(dòng)靜法求解動(dòng)力學(xué)問題時(shí)，,16,,,,動(dòng)力學(xué),,簡(jiǎn)化方法就是采用靜力學(xué)中的力系簡(jiǎn)化的理論。將虛擬的慣性力系視作力系向任一點(diǎn)O簡(jiǎn)化而得到一個(gè)慣性力和一個(gè)慣性力偶。,無論剛體作什么運(yùn)動(dòng)，慣性力系主矢都等于剛體質(zhì)量與質(zhì)心加速度的乘積，方向與質(zhì)心加速度方向相反。,三.剛體慣性力系的簡(jiǎn)化,17,,,,動(dòng)力學(xué),1、剛體作平動(dòng),向質(zhì)心C簡(jiǎn)化：,剛體平動(dòng)時(shí)慣性力系合成為一過質(zhì)心的合慣性力。,,翻頁請(qǐng)看動(dòng)畫,18,,,,動(dòng)力學(xué),19,,,,動(dòng)力學(xué),空間慣性力系—>平面慣性力系（質(zhì)量對(duì)稱面）O為轉(zhuǎn)軸z與質(zhì)量對(duì)稱平面的交點(diǎn)，向O點(diǎn)簡(jiǎn)化：,主矢：主矩：,二、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體,先討論具有垂直于轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量對(duì)稱平面的簡(jiǎn)單情況。,O,直線i:平動(dòng)，過Mi點(diǎn)，,20,,,,動(dòng)力學(xué),作用在C點(diǎn),作用在O點(diǎn),21,,,,動(dòng)力學(xué),討論：,剛體作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸不通過質(zhì)點(diǎn)C。,22,,,,動(dòng)力學(xué),轉(zhuǎn)軸過質(zhì)點(diǎn)C，但??0，慣性力偶（與?反向）,23,,,,動(dòng)力學(xué),24,,,,動(dòng)力學(xué),假設(shè)剛體具有質(zhì)量對(duì)稱平面，并且平行于該平面作平面運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，剛體的慣性力系可先簡(jiǎn)化為對(duì)稱平面內(nèi)的平面力系。,剛體平面運(yùn)動(dòng)可分解為隨基點(diǎn)（質(zhì)點(diǎn)C）的平動(dòng)：繞通過質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)：?作用于質(zhì)心。,,三、剛體作平面運(yùn)動(dòng),25,,,,動(dòng)力學(xué),26,,,,動(dòng)力學(xué),對(duì)于平面運(yùn)動(dòng)剛體：由動(dòng)靜法可列出如下三個(gè)方程：,,實(shí)質(zhì)上：,27,,,,動(dòng)力學(xué),[例2]均質(zhì)桿長(zhǎng)l,質(zhì)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(shí)桿AB的角加速度及A點(diǎn)支座反力。,選桿AB為研究對(duì)象虛加慣性力系：,解：,根據(jù)動(dòng)靜法，有,28,,,,動(dòng)力學(xué),29,,,,動(dòng)力學(xué),,用動(dòng)量矩定理+質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理再求解此題：,解：選AB為研究對(duì)象,由質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理：,,30,,,,動(dòng)力學(xué),[例3]牽引車的主動(dòng)輪質(zhì)量為m，半徑為R，沿水平直線軌道滾動(dòng)，設(shè)車輪所受的主動(dòng)力可簡(jiǎn)化為作用于質(zhì)心的兩個(gè)力及驅(qū)動(dòng)力偶矩M，車輪對(duì)于通過質(zhì)心C并垂直于輪盤的軸的回轉(zhuǎn)半徑為?，輪與軌道間摩擦系數(shù)為f,試求在車輪滾動(dòng)而不滑動(dòng)的條件下，驅(qū)動(dòng)力偶矩M之最大值。,取輪為研究對(duì)象虛加慣性力系：,解：,由動(dòng)靜法，得：,O,31,,,,動(dòng)力學(xué),由(1)得,由(2)得N=P+S，要保證車輪不滑動(dòng)，必須F下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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