材料力学-动载荷

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1、第五部分《构件强度问题的专题研究》1目录第17章构件的动载荷强度第18章构件的疲劳强度动载荷2第17章构件的动载荷强度动载荷3目录17.1惯性力·动静法17.2考虑惯性力时的应力计算17.3受冲击载荷时的应力和变形计算17.4提高构件抗冲击能力的措施动载荷4一、动载荷：载荷不随时间变化（或变化极其平稳缓慢）且使构件各部件加速度保持为零（或可忽略不计），此类载荷为静载荷。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），此类载荷为动载荷。引言二、动响应：构件在动载荷作用下产生的各种响应（如应力、应变、位移等），称为动响应。实验表明：在静载荷下服从虎克定律的材料，只要应

2、力不超过比例极限，在动载荷下虎克定律仍成立，且E静=E动。动载荷5三、动荷系数：动载荷1.简单动应力：加速度可以确定，采用“动静法”求解。2.冲击载荷：速度在极短暂的时间内有急剧改变，此时，加速度不能确定，要采用“能量法”求解；3.交变应力：应力随时间作周期性变化，属疲劳问题。4.振动问题：求解方法很多。四、动应力分类：6§17.1惯性力·动静法动载荷人用手推车力是由于小车具有惯性，力图保持原来的运动状态，对于施力物体(人手)产生的反抗力。称为小车的惯性力。定义：质点惯性力加速运动的质点，对迫使其产生加速运动的物体的惯性反抗的总和。一、质点的达朗伯原理7动载荷[注]质点惯性力不

3、是作用在质点上的真实力，它是质点对施力体反作用力的合力。8动力学非自由质点M，质量m，受主动力，约束反力，合力质点的达朗伯原理9动载荷该方程对动力学问题来说只是形式上的平衡，并没有改变动力学问题的实质。采用动静法解决动力学问题的最大优点，可以利用静力学提供的解题方法，给动力学问题一种统一的解题格式。10动力学[例1]列车在水平轨道上行驶，车厢内悬挂一单摆，当车厢向右作匀加速运动时，单摆左偏角度，相对于车厢静止。求车厢的加速度。11动力学选单摆的摆锤为研究对象。虚加惯性力角随着加速度的变化而变化，当不变时，角也不变。只要测出角，就能知道列车的加速度。摆式加速计的原理。解：

4、由动静法，有解得12动力学对整个质点系，主动力系、约束反力系、惯性力系形式上构成平衡力系。这就是质点系的达朗伯原理。可用方程表示为：设有一质点系由n个质点组成，对每一个质点，有注意到,将质点系受力按内力、外力划分,则二.质点系的达朗伯原理13动力学表明：对整个质点系来说，动静法给出的平衡方程，只是质点系的惯性力系与其外力的平衡，而与内力无关。14动力学对平面任意力系：对于空间任意力系：实际应用时,同静力学一样任意选取研究对象,列平衡方程求解。用动静法求解动力学问题时，15动力学简化方法就是采用静力学中的力系简化的理论。将虚拟的惯性力系视作力系向任一点O简化而得到一个惯性力和一个

5、惯性力偶。无论刚体作什么运动，惯性力系主矢都等于刚体质量与质心加速度的乘积，方向与质心加速度方向相反。三.刚体惯性力系的简化16动力学1、刚体作平动向质心C简化：刚体平动时惯性力系合成为一过质心的合惯性力。翻页请看动画17动力学18动力学空间惯性力系—>平面惯性力系（质量对称面）O为转轴z与质量对称平面的交点，向O点简化：主矢：主矩：二、定轴转动刚体先讨论具有垂直于转轴的质量对称平面的简单情况。O直线i:平动，过Mi点，19动力学向O点简化：向质点C点简化：作用在C点作用在O点20动力学讨论：刚体作匀速转动，转轴不通过质点C。21动力学转轴过质点C，但0，惯性力偶（与反向

6、）22动力学刚体作匀速转动，且转轴过质心，则（主矢、主矩均为零）23动力学假设刚体具有质量对称平面，并且平行于该平面作平面运动。此时，刚体的惯性力系可先简化为对称平面内的平面力系。刚体平面运动可分解为随基点（质点C）的平动：绕通过质心轴的转动：作用于质心。三、刚体作平面运动24动力学25动力学对于平面运动刚体：由动静法可列出如下三个方程：实质上：26动力学[例2]均质杆长l,质量m,与水平面铰接,杆由与平面成0角位置静止落下。求开始落下时杆AB的角加速度及A点支座反力。选杆AB为研究对象虚加惯性力系：解：根据动静法，有27动力学28动力学用动量矩定理+质心运动定理再求解此题

7、：解：选AB为研究对象由得：由质心运动定理：29动力学[例3]牵引车的主动轮质量为m，半径为R，沿水平直线轨道滚动，设车轮所受的主动力可简化为作用于质心的两个力及驱动力偶矩M，车轮对于通过质心C并垂直于轮盘的轴的回转半径为，轮与轨道间摩擦系数为f,试求在车轮滚动而不滑动的条件下，驱动力偶矩M之最大值。取轮为研究对象虚加惯性力系：解：由动静法，得：O30动力学由(1)得由(2)得N=P+S，要保证车轮不滑动，必须F