材料力学课件9教学文案.ppt

材料力学课件9 §11-2惯性力问题一、构件作等加速度直线运动时的应力计算以矿井升降机以等加速度a起吊一吊笼为例。2 吊笼重量为Q；钢索横截面面积为A，单位体积的重量为，向上的加速度为a。求吊索任意截面上的应力。3 4 动荷系数5 二、构件作等速转动时的应力计算薄壁圆环，平均直径为D，横截面面积为A，材料单位体积的重量为γ，以匀角速度ω转动。6 7 从上式可以看出，环内应力仅与γ和v有关，而与A无关。所以，要保证圆环的强度，应限制圆环的速度。增加截面面积A，并不能改善圆环的强度。8 §11-3冲击应力计算9 冲击时，冲击物在极短的时间间隔内速度发生很大的变化，其加速度a很难测出，无法计算惯性力，故无法使用动静法。在实用计算中，一般采用能量法。现考虑重为Q的重物从距弹簧顶端为h处自由下落，在计算时作如下假设:10 1.冲击物视为刚体，不考虑其变形;2.被冲击物的质量远小于冲击物的质量，可忽略不计;3.冲击后冲击物与被冲击物附着在一起运动;4.不考虑冲击时热能的损失，即认为只有系统动能与位能的转化。11 重物Q从高度为h处自由落下，冲击到弹簧顶面上，然后随弹簧一起向下运动。当重物Q的速度逐渐降低到零时，弹簧的变形达到最大值Δd，与之相应的冲击载荷即为Pd。根据能量守恒定律可知，冲击物所减少的动能T和位能V，应全部转换为弹簧的变形能Ud,即12 13 动荷系数14 15 当载荷突然全部加到被冲击物上，即h=0时由此可见,突加载荷的动荷系数是2，这时所引起的应力和变形都是静荷应力和变形的2倍。16 若已知冲击开始瞬间冲击物与被冲击物接触时的速度为v，则17 若已知冲击物自高度h处以初速度v0下落,则18 当构件受水平方向冲击时19 20 例：容重为γ，杆长为ｌ，横截面面积为Ａ的等直杆，以匀加速度ａ上升，作杆的轴力图，并求杆内最大动应力。解:21 22 例：图示均质杆AB，长为ｌ，重量为Q，以等角速度ω绕铅垂轴在水平面内旋转，求AB杆内的最大轴力，并指明其作用位置。23 24 例：等截面刚架的抗弯刚度为EI，抗弯截面系数为W，重物Q自由下落时，求刚架内的最大正应力（不计轴力）。25 26 例：重量为Q的物体以水平速度ｖ撞在等截面刚架的端点C，刚架的EI已知，试求动荷系数。27 28 例：重物Q自由落下冲击在AB梁的B点处，求B点的挠度。29 30 例：图示钢杆的下端有一固定圆盘，盘上放置弹簧。弹簧在1kN的静载荷作用下缩短0.625mm。钢杆直径d=40mm,l=4m，许用应力[σ]=120MPa,E=200GPa。若有重为15kN的重物自由落下，求其许可高度h。31 32 §11-4交变应力及疲劳破坏33 应力随时间作周期性变化，这种应力叫做交变应力34 35 静平衡位置36 试验结果表明:材料在交变应力作用下的破坏情况与静应力破坏有其本质的不同。材料在交变应力作用下破坏的主要特征是:(1)因交变应力产生破坏时，最大应力值一般低于静载荷作用下材料的抗拉(压)强度极限σb，有时甚至低于屈服极限σs。(2)材料的破坏为脆性断裂，一般没有显著的塑性变形，即使是塑性材料也是如此。在构件破坏的断口上，明显地存在着两个区域：光滑区和颗粒粗糙区。37 (3)材料发生破坏前，应力随时间变化经过多次重复，其循环次数与应力的大小有关。应力愈大，循环次数愈少。粗糙区光滑区裂纹源38 在交变应力作用下发生的破坏，称为疲劳破坏。用手折断铁丝，弯折一次一般不断，但反复来回弯折多次后，铁丝就会发生裂断，这就是材料受交变应力作用而破坏的例子。因疲劳破坏是在没有明显征兆的情况下突然发生的，极易造成严重事故。据统计，机械零件，尤其是高速运转的构件的破坏，大部分属于疲劳破坏。39 §11-5交变应力的循环特征持久极限循环特征平均应力应力幅度40 对称循环非对称循环41 脉动循环42 实验表明，在同一循环特征下，交变应力的最大应力σmax越大，破坏前经历的循环次数越少；反之，降低σmax，便可使破坏前经历的循环次数增多。在σmax减小到某一临界值时，试件可经历无穷多次应力循环而不发生疲劳破坏，这一临界值称为材料的持久极限或疲劳极限。用σr表示。43 在纯弯曲变形下，测定对称循环的持久极限技术上较简单。将材料加工成最小直径为7～10mm，表面磨光的试件，每组试验包括6～10根试件。44 45 46 §11-6影响构件持久极限的因素一、构件外形的影响若构件上有螺纹、键槽、键肩等，其持久极限要比同样尺寸的光滑试件有所降低。其影响程度用有效应力集中系数表示：47 二、构件尺寸的影响大试件的持久极限比小试件的持久极限低尺寸对持久极限的影响程度，用尺寸系数表示48 三、构件表面状态的影响实际构件表面的加工质量对持久极限也有影响，这是因为不同的加工精度在表面上造成的刀痕将呈现不同程度的应力集中。若构件表面经过淬火、氮化、渗碳等强化处理，其持久极限也就得到提高。表面质量对持久极限的影响用表面状态系数β表示：49 综合考虑上述三种影响因素，构件在对称循环下的持久极限50 §11-7构件的疲劳强度计算一、对称循环下构件的疲劳强度计算51 二、非对称循环下构件的疲劳强度计算1.材料的持久极限曲线C/CAB52 2.简化的持久极限曲线---简化折线A:对称循环，r=-1C:脉动循环，r=0B:静载荷，r=1gp3.非对称循环下构件的强度条件53 对称循环和非对称循环下构件的疲劳强度条件的比较:54 对于塑性材料制成的构件，除满足疲劳强度外，危险点最大的应力不应超过屈服极限。55 三、弯扭组合构件的疲劳强度计算56 57 §11-8提高构件疲劳强度的措施采用合理的设计，以降低应力集中系数。适当提高表面光洁度，以减小切削伤痕所造成的应力集中的影响，从而提高构件的持久极限。通过一些工艺措施来提高构件表层材料的强度，以提高构件的持久极限。58 本章结束59 此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢