《材料力学a动载荷(4)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料力学a动载荷(4)（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二十三章第二十三章第二十三章第二十三章动载荷动载荷动载荷动载荷 第一节第一节第一节第一节 等加速运动构件的应力和变形计算等加速运动构件的应力和变形计算等加速运动构件的应力和变形计算等加速运动构件的应力和变形计算 第二节第二节第二节第二节 构件受到冲击载荷作用时的应力和变形计算构件受到冲击载荷作用时的应力和变形计算构件受到冲击载荷作用时的应力和变形计算构件受到冲击载荷作用时的应力和变形计算 第三节第三节第三节第三节 提高构件抵抗冲击能力的措施提高构件抵抗冲击能力的措施提高构件抵抗冲击能力的措施提高构件抵抗冲击能力的措施 第四节第四节第四节第四节 冲击韧度冲击韧度冲击韧度冲击韧度 第一节第一节第
2、一节第一节 等加速运动构件的应力和变形计算等加速运动构件的应力和变形计算等加速运动构件的应力和变形计算等加速运动构件的应力和变形计算 （一一一一）、）、）、）、静荷载的概念静荷载的概念静荷载的概念静荷载的概念： （二二二二）、）、）、）、动载荷的概念动载荷的概念动载荷的概念动载荷的概念： 例例例例: : : :起重机以起重机以起重机以起重机以等速度等速度等速度等速度吊起重物吊起重物吊起重物吊起重物，重物对吊索的作用为重物对吊索的作用为重物对吊索的作用为重物对吊索的作用为静载静载静载静载。 起重机以起重机以起重机以起重机以加速度加速度加速度加速度吊起重物吊起重物吊起重物吊起重物，重物对吊索的作用
3、为重物对吊索的作用为重物对吊索的作用为重物对吊索的作用为动载动载动载动载。 旋转的飞轮旋转的飞轮旋转的飞轮旋转的飞轮、气锤的锤杆工作时气锤的锤杆工作时气锤的锤杆工作时气锤的锤杆工作时、打桩均为打桩均为打桩均为打桩均为动荷载作用动荷载作用动荷载作用动荷载作用。 载荷不随时间变化载荷不随时间变化载荷不随时间变化载荷不随时间变化（或变化极其平稳缓慢或变化极其平稳缓慢或变化极其平稳缓慢或变化极其平稳缓慢）且使构且使构且使构且使构 件各部件加速度保持为零件各部件加速度保持为零件各部件加速度保持为零件各部件加速度保持为零（或可忽略不计或可忽略不计或可忽略不计或可忽略不计），），），），此类载此类载此类载此
4、类载 荷为荷为荷为荷为静载荷静载荷静载荷静载荷。 载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化载荷随时间急剧变化且使构件的速度有显著变化 （系统产生惯性力系统产生惯性力系统产生惯性力系统产生惯性力），），），），此类载荷为此类载荷为此类载荷为此类载荷为动载荷动载荷动载荷动载荷。 一、有关概念 （1）构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力计算构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力计算构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力计算构件作等加速直线运动和等速转动时的动应力计算； （2）构件在受冲击和作强迫振动时的动应
5、力计算构件在受冲击和作强迫振动时的动应力计算构件在受冲击和作强迫振动时的动应力计算构件在受冲击和作强迫振动时的动应力计算； （3）构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳强度计算构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳强度计算构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳强度计算构件在交变应力作用下的疲劳破坏和疲劳强度计算。 构件在动载荷作用下产生的各种响应构件在动载荷作用下产生的各种响应构件在动载荷作用下产生的各种响应构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力如应力如应力如应力、应变应变应变应变、位位位位 移等移等移等移等），），），），称为称为称为称为动响应动响应动响应动响应。 实验表明实验表明实验表明实验表
6、明：在静载荷下服从虎克定律的材料在静载荷下服从虎克定律的材料在静载荷下服从虎克定律的材料在静载荷下服从虎克定律的材料，只要应力不超只要应力不超只要应力不超只要应力不超 过比例极限过比例极限过比例极限过比例极限 ,在动载荷下虎克定律仍成立且在动载荷下虎克定律仍成立且在动载荷下虎克定律仍成立且在动载荷下虎克定律仍成立且 E静 静静静 = E动 动动动。 。 （三三三三）、）、）、）、动响应动响应动响应动响应： （四四四四）、）、）、）、动载荷问题的分类动载荷问题的分类动载荷问题的分类动载荷问题的分类： 吉隆坡双塔大厦吉隆坡双塔大厦吉隆坡双塔大厦吉隆坡双塔大厦 高度高度高度高度：452米米米米 材料
7、材料材料材料：钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土 风载会引起高层建筑物的晃动风载会引起高层建筑物的晃动风载会引起高层建筑物的晃动风载会引起高层建筑物的晃动 双塔大厦利用结构阻尼减小塔体的晃动双塔大厦利用结构阻尼减小塔体的晃动双塔大厦利用结构阻尼减小塔体的晃动双塔大厦利用结构阻尼减小塔体的晃动 花旗大厦花旗大厦花旗大厦花旗大厦 钢架结构钢架结构钢架结构钢架结构 花旗大厦楼顶安花旗大厦楼顶安花旗大厦楼顶安花旗大厦楼顶安 装了惯性减震器用以装了惯性减震器用以装了惯性减震器用以装了惯性减震器用以 减小大厦的晃动减小大厦的晃动减小大厦的晃动减小大厦的晃动。 美国华盛顿州塔科马悬索桥美国华盛顿州塔科
8、马悬索桥美国华盛顿州塔科马悬索桥美国华盛顿州塔科马悬索桥 建造设计建造设计建造设计建造设计 风速风速风速风速 60m/s 破坏时的破坏时的破坏时的破坏时的 风速风速风速风速 19m/s 建于建于建于建于1940年年年年，桥长桥长桥长桥长853m 引起桥梁引起桥梁引起桥梁引起桥梁 振动的原因振动的原因振动的原因振动的原因 计算机模拟图计算机模拟图计算机模拟图计算机模拟图 日本明石大桥的风载实验研究日本明石大桥的风载实验研究日本明石大桥的风载实验研究日本明石大桥的风载实验研究 建于建于建于建于1998年年年年，桥长桥长桥长桥长2.5km 地震对建筑地震对建筑地震对建筑地震对建筑 物的影响物的影响物
9、的影响物的影响 如何减小地震对如何减小地震对如何减小地震对如何减小地震对 建筑物的影响建筑物的影响建筑物的影响建筑物的影响？ 建筑物减震的模拟实验研究建筑物减震的模拟实验研究建筑物减震的模拟实验研究建筑物减震的模拟实验研究 旧金山国际旧金山国际旧金山国际旧金山国际 机场新楼使用了机场新楼使用了机场新楼使用了机场新楼使用了 移动地基移动地基移动地基移动地基 迪拜塔的高度为818米或者824米 设计允许位移（振动时允许产生的振幅）为建筑总高度的1/500 二二二二、 等加速直线运动构件的应力和变形计算等加速直线运动构件的应力和变形计算等加速直线运动构件的应力和变形计算等加速直线运动构件的应力和变形
10、计算 F a 如图所示，一起重机绳索以等加速度 a 提升一等截面直 杆，直杆单位体积的重量（比重、重度）为，横截面面积 为 A，杆长为L，不计绳索的重量。求：杆内任意横截面的 动应力、最大动应力。 解解解解：1、动轴力的确定 x FNd a )1 ( g a AxF a g Ax maAxF Nd Nd += = )1 (0 g a AxFAxmaF NdNd += 2、动应力的计算 )1 ( )1 ( g a x A g a Ax A FNd d += + = 3、最大动应力 )1 ( max g a LLx d += a = 0时 )1 ( g a x std std += = stddd
11、 K g a K=+=)1 ( Kd动荷系数；下标下标下标下标 st受静荷载作受静荷载作受静荷载作受静荷载作 用用用用；下标下标下标下标d受动荷载作用受动荷载作用受动荷载作用受动荷载作用。 jddjddNjdNd LKLKFKF=; 4、强度计算 dd max （二二二二）、）、）、）、构件作等速转动时的动应力构件作等速转动时的动应力构件作等速转动时的动应力构件作等速转动时的动应力 D 一薄壁圆环平均直径为 D，壁厚为 t， 以等角速度 绕垂直于环平面且过圆心的 平面转动，圆环的比重为 。求圆环横截 面的动应力。 qd 解解解解：1、求动轴力 2 2 ) 1 ( 2 22 D g AL maF
12、 D Ra n n = = 2 )2( 2 D g A gL aAL L ma q nn d = FNd FNd d g DA DqF Dqqd D FY dNd ddNd 42 1 sin 2 20) 3 ( 22 0 = = 2、动应力的计算 ) 2 (; 4 222 D Rv g v g D A F Nd d = 第二节第二节第二节第二节 构件受到冲击荷载作用时的应力和变形计算构件受到冲击荷载作用时的应力和变形计算构件受到冲击荷载作用时的应力和变形计算构件受到冲击荷载作用时的应力和变形计算 一一一一、冲冲冲冲 击击击击 一个运动的物体（冲击物冲击物冲击物冲击物）以一定的速度，撞击另 一个
13、静止的物体（被冲击构件被冲击构件被冲击构件被冲击构件），静止的物体在瞬间使 运动物体停止运动，这种现象叫做冲击。 二二二二、冲击问题的分析方法冲击问题的分析方法冲击问题的分析方法冲击问题的分析方法：能量法能量法能量法能量法 假设 1、被冲击构件在冲击荷载的作用下服从虎克定律； 2、不考虑被冲击构件内应力波的传播 3、冲击过程只有动能、势能、变形能的转换，无其它能量损失。 4、冲击物为刚体，被冲击构件的质量忽略不计； Q h L 1、自由落体冲击 d Fd 如图所示，L、A、E、Q、h 均为已知量， 求：杆所受的冲击应力。 解解解解（1）冲击物的机械能： )(0 d hQVT+=+ （2）被冲击
14、物的动应变能 ddd FU= 2 1 （3）能量守恒 )( 2 1 2 1 )( 2 dd d d d ddd L EA F EA LF L EA FhQ = =+ 三三三三、冲击问题的简便计算方法冲击问题的简便计算方法冲击问题的简便计算方法冲击问题的简便计算方法 d为被冲击物的最大变形量，Fd为冲击载荷 022);(2 )(2 stst 2 st 2 =+= + =hh EA hQL d d d d d 动荷系数动荷系数动荷系数动荷系数 stst 2 11 += = h K d d （4）动应力、动变形 )( ; st EA QL KLKL A Q KK ddd djdd = = Q h L
15、 d Fd Q j ) 2 11 ( 2 )2(4)2()2( st st st 2 stst += = hh d 例例例例：图示矩形截面梁，抗弯刚度为 EI，一重为 F 的重物从距 梁顶面 h 处自由落下，冲击到梁的跨中截面上。 求：梁受冲击时的最大应力和最大挠度。 F A B C H L/2 L/2 A L/2 L/2 B F C 解解解解（1）、动荷系数 j d K += H2 11 33 H96 11 48 H2 11 FL EI EI FL +=+= （2）、最大应力（3）、最大挠度 EI FL KK djdd 48 3 maxmax = b Z h Y Z djdd W FL KK 4 1 maxmax = F A B C h L/2 L/2 A L/2 L/2 B F C A、B支座换成刚度为 C 的弹簧 j d h K += 2 11 C F EI FL j 2 48 3 += 例例例例已知：d1=0.
