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材料力学课件-动载荷
材料力学课件-动载荷
材料力学课件-动载荷是一门关于结构承受动态荷载的力学课程。本课程包括 动载荷的定义、分类以及动力学分析的方法与应用等内容。
引言
动载荷是指作用在结构上的具有变化的力、加速度或位移。了解动载荷的特 点对于结构设计与分析至关重要。
单自由度系统动力学
1
自由振动
当结构受到激励时，会出现自由振动，即结构围绕着自身固有频率振动。
2
非自由振动
在存在阻尼的情况下，结构会出现非自由振动，时间的影响让振动不再是简单的周期 性。
3
减振措施
为了减少结构的振动响应，可以采取各种减振措施，例如引入阻尼器或减振器。
多自由度系统动力学
简化模型
多自由度系统可以用简化模型 进行分析，将结构转化为一系 列简谐振动的叠加。
模态分析
通过模态分析可以确定结构的 固有频率和振型，对于地震分 析和结构设计至关重要。
结构地震响应
地震动的特点
地震动具有复杂的时程特征， 包括频率、幅值、相位和持 续时间等方面的变化。
结构地震响应分析
通过结构地震响应分析可以 评估结构在地震作用下的振 动性能和安全性，以指导工 程设计与抗震设计。
结构抗震设计原则
结构抗震设计的原则包括提 高结构的刚度和强度、控制 位移和引入阻尼等方面的考 虑。
1 冲击响应定义
冲击响应是指结构在突然受到冲击载荷时的振动响应，常见于爆炸、碰撞或地震等情况。
2 冲击响应的计算
通过冲击响应计算可以预测结构在冲击载荷下的应力、变形和破坏情况，以评估结构的 安全性。
3 冲击响应的控制措施
为了减少冲击响应的影响，可以采取一些控制措施，如增加结构的刚度和引入冲击吸收 器。
地震反应分析
材料力学课件-动载荷是一门关于结构承受动态荷载的力学课程。本课程包括 动载荷的定义、分类以及动力学分析的方法与应用等内容。
引言
动载荷是指作用在结构上的具有变化的力、加速度或位移。了解动载荷的特 点对于结构设计与分析至关重要。
单自由度系统动力学
1
自由振动
当结构受到激励时，会出现自由振动，即结构围绕着自身固有频率振动。
2
非自由振动
在存在阻尼的情况下，结构会出现非自由振动，时间的影响让振动不再是简单的周期 性。
3
减振措施
为了减少结构的振动响应，可以采取各种减振措施，例如引入阻尼器或减振器。
多自由度系统动力学
简化模型
多自由度系统可以用简化模型 进行分析，将结构转化为一系 列简谐振动的叠加。
模态分析
通过模态分析可以确定结构的 固有频率和振型，对于地震分 析和结构设计至关重要。
结构地震响应
地震动的特点
地震动具有复杂的时程特征， 包括频率、幅值、相位和持 续时间等方面的变化。
结构地震响应分析
通过结构地震响应分析可以 评估结构在地震作用下的振 动性能和安全性，以指导工 程设计与抗震设计。
结构抗震设计原则
结构抗震设计的原则包括提 高结构的刚度和强度、控制 位移和引入阻尼等方面的考 虑。
1 冲击响应定义
冲击响应是指结构在突然受到冲击载荷时的振动响应，常见于爆炸、碰撞或地震等情况。
2 冲击响应的计算
通过冲击响应计算可以预测结构在冲击载荷下的应力、变形和破坏情况，以评估结构的 安全性。
3 冲击响应的控制措施
为了减少冲击响应的影响，可以采取一些控制措施，如增加结构的刚度和引入冲击吸收 器。
地震反应分析
材料力学第10章(动载荷)
突加荷载 h 0,
Kd 2
二、水平冲击 mg v
d
Fd d ， Pst st
Pst mg 其中： mgl st EA
Fd
st
Pst
mv2 冲击前：动 T1 能 2
冲击后： 应变能Vε 2 Fd d 2
2 F 2 st mv d mg
h
P
h
解：
st
Pl 1.7 102 (mm) EA
2h K d 1 1 st
2 500 1 1 243 2 1.7 10
l
l
d 2 A 4
P 2 103 0.028(MPa) st 4 A 7.1 10 d Kd st
假设： (1)冲击物为刚体； (2)不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）；
(3)冲击过程中被冲击物的变形为线弹性变形过程。(保守计算)
一、自由落体冲击
P
冲击前： T 0
V P(h d )
B
h
A
冲击后：
1 Vε d Fd d 2
A
Δd
能量守恒： T V Vd
B
2h st
l
4 Pl 3 22mm st 3 EI
K d 1 1 2 50 3.35 22
40 C 30
d Kd st
M max Pl 50(MPa) st W W
d Kd st 161 MPa) (
A
Δd
Fd
B
1 P (h d ) Fd d 2 Fd d P st
2 Fd 1 Fd P (h st ) st P 2 P
Kd 2
二、水平冲击 mg v
d
Fd d ， Pst st
Pst mg 其中： mgl st EA
Fd
st
Pst
mv2 冲击前：动 T1 能 2
冲击后： 应变能Vε 2 Fd d 2
2 F 2 st mv d mg
h
P
h
解：
st
Pl 1.7 102 (mm) EA
2h K d 1 1 st
2 500 1 1 243 2 1.7 10
l
l
d 2 A 4
P 2 103 0.028(MPa) st 4 A 7.1 10 d Kd st
假设： (1)冲击物为刚体； (2)不计冲击过程中的声、光、热等能量损耗（能量守恒）；
(3)冲击过程中被冲击物的变形为线弹性变形过程。(保守计算)
一、自由落体冲击
P
冲击前： T 0
V P(h d )
B
h
A
冲击后：
1 Vε d Fd d 2
A
Δd
能量守恒： T V Vd
B
2h st
l
4 Pl 3 22mm st 3 EI
K d 1 1 2 50 3.35 22
40 C 30
d Kd st
M max Pl 50(MPa) st W W
d Kd st 161 MPa) (
A
Δd
Fd
B
1 P (h d ) Fd d 2 Fd d P st
2 Fd 1 Fd P (h st ) st P 2 P
材料力学课件-第十三章---动荷载
解：①
j Qh1 / E1A1 QL / EA
50.024 81030.152
514 10106 0.32
71.5105 m
Kd 1
1 53.4 210.02 71.5105
②
QL / EA 514
j
10106 0.32
0.707 105 m
Kd 1
1 533 21 0.707105
33
34
1 2
mv
2
mg 2
K
2 d
j
冲击前：
动能T1mv2 /2 势能V10 变形能U10
冲击后：
动能T2 0 势能V2 0 变形能U 2 Pd d /2
动荷系数 Kd
2
g j
17
三、冲击响应计算 等于静响应与动荷系数之积.
[例5 ] 直径0.3m旳木桩受自由落锤冲击，落锤重5kN, 求：桩旳最大动应力。E=10GPa Wv
25
解：⒈ 求冲击点C处旳静位移用能量法可求得冲击点C处旳
静位移
st
Wl13 3EI
Wl 3
3EI
BAl1
W
l13 l 3 3EI
Wl1l GI P
l1
100N 0.3m3 0.8m3
3 200 109 Pa π (0.06m)4
100N (0.3m)2 0.8m 80 109 Pa π (0.06m)4
加速度提起重50kN 旳物体，试校核钢丝绳旳强度。
解：①受力分析如图:
Nd
a Nd (GqL)(1 g )
②动应力
L q(1+a/g) G(1+a/g)
d
Nd A
1 (GqL)(1 A
材料力学动载荷ppt课件
FL3 48EI
F 2
C
Kd 1
1
2H FL3 F
48EI 2C
最大应力
1 FL
d max
K d j max
Kd
4 W
Z
最大挠度
d max
Kd st max
Kd
FL3 48EI
例 已知：d1=0.3m, l = 6m, P=5kN, E1 = 10GPa, 求两种情况 的动应力。（1）H = 1m自由下落；（2）H =1m, 橡皮垫d2 = 0.15m, h= 20 mm,E2 = 8 MPa.
a) g
FNd
2、动应力的计算
lm
Ax(1 a )
d
FNd A
g x(1 a )
A
g
m
a
x
Ax
Ax a
g
Ax(1 a )
d
FNd A
g x(1 a )
A
g
最大动应力
x
L
d max
L(1
a g
)
a
应力分布
a = 0时 d x st
l(1 a )
d
st (1
a) g
令K d
d
Kd
j
Kd
Q; A
(Ld
Kd Lst
Kd
QL ) EA
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。
A
F
C
H
B
b b
解（1）、动荷系数
h
Z
L/2
L/2
F
A
材料力学课件第10章 动载荷zym
FNd
qd D Aρ D 2 2 = = ω 2 4
（3）截面应力： ）截面应力： FNd ρ D 2ω 2 σd = = = ρv2 A 4 （4）强度条件： ）强度条件：
σ d = ρ v 2 ≤ [σ ]
2、问题特点： 、问题特点： •截面应力与截面面积 无关。 截面应力与截面面积A无关 截面应力与截面面积 无关。 （三）扭转问题
2）强度计算： ）强度计算： （1）确定危险截面： ）确定危险截面： 为跨中截面。 为跨中截面。
l 1 l M = F −b − q 2 2 2 a l 1 = Aρ g 1 + − b l 2 g 4
2
（2）建立强度条件： ）建立强度条件： M d Aρ g a l σd = = 1 + − b l ≤ [σ ] W 2W g 4 2、问题特点： 、问题特点： 设加速度为零时的应力为σst 则： 设加速度为零时的应力为σ 1 l Aρ g − b l M 2 4 = Aρ g l − b l σ st = st = W W 2W 4 a σ d = σ st 1 + = σ st K d g
P
v
∆d P 即：Fd = ∆ st
代入得： 代入得： 1P 2 1 1 ∆2 d v = ∆ d Fd = P 2g 2 2 ∆ st
∆d =
Kd =
P
∆ st
v2 ∆ st g ∆ st
v2 g ∆ st (10.9)
∆ d = K d ∆ st ,
Fd = K d P,
σ d = K dσ st
= 1057 ×106 Pa
§10 – 5
动载荷0509ppt课件
•关于动荷系数 k d 的讨论:
1、若冲击物是以一垂直速度v作用于构件上，则由 v2 2gH
可得：
kd 1
1 v2 gst
2、当h=0或v=0时，重物突然放在构件上，此时kd 2 。
2019/12/20
22
材料力学
动载荷/构件受冲击时的应力和变形计算
3、当 2H 10 时，可近似取 st
•计算冲击问题时所作的假设： 1、在整个冲击过程中，结构保持线弹性，即力和变 形成正比。
2、假定冲击物为刚体。只考虑其机械能，不计变形能。
3、假定被冲击物为弹性体。只考虑其变形能，不计机 械能（被冲击物质量不计）。
4、略去冲击过程中的其它能量损失，如塑性变形 能、热能等。
2019/12/20
14
材料力学
动载荷
2019/12/20
1
材料力学
静载荷：作用在构件上的载荷是由零开始缓慢地增 加到某一定值不再随时间改变。
动载荷：使构件产生明显的加速度的载荷或者随时 间变化的载荷。
2019/12/20
2
材料力学
本章讨论的三类问题： 作匀加速直线运动和匀角速旋转的构件； 在冲击载荷下构件的应力和变形的计算； 交变应力。
根据力和变形之间的关系：Pd kd
P
Pd
Pd：冲击物速度为0时，作用于杆之力。
Q
被冲击构件增加的变形能 U，是等于冲
击载荷 Pd 在冲击过程中所作的功。
st
d
且
Pd d Q st
于是变形能为
根据能量守恒：
U12Pdd 12Qstd2
2019/12/20
T U
17
kd
v2 g st
1、若冲击物是以一垂直速度v作用于构件上，则由 v2 2gH
可得：
kd 1
1 v2 gst
2、当h=0或v=0时，重物突然放在构件上，此时kd 2 。
2019/12/20
22
材料力学
动载荷/构件受冲击时的应力和变形计算
3、当 2H 10 时，可近似取 st
•计算冲击问题时所作的假设： 1、在整个冲击过程中，结构保持线弹性，即力和变 形成正比。
2、假定冲击物为刚体。只考虑其机械能，不计变形能。
3、假定被冲击物为弹性体。只考虑其变形能，不计机 械能（被冲击物质量不计）。
4、略去冲击过程中的其它能量损失，如塑性变形 能、热能等。
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14
材料力学
动载荷
2019/12/20
1
材料力学
静载荷：作用在构件上的载荷是由零开始缓慢地增 加到某一定值不再随时间改变。
动载荷：使构件产生明显的加速度的载荷或者随时 间变化的载荷。
2019/12/20
2
材料力学
本章讨论的三类问题： 作匀加速直线运动和匀角速旋转的构件； 在冲击载荷下构件的应力和变形的计算； 交变应力。
根据力和变形之间的关系：Pd kd
P
Pd
Pd：冲击物速度为0时，作用于杆之力。
Q
被冲击构件增加的变形能 U，是等于冲
击载荷 Pd 在冲击过程中所作的功。
st
d
且
Pd d Q st
于是变形能为
根据能量守恒：
U12Pdd 12Qstd2
2019/12/20
T U
17
kd
v2 g st
《材料力学基础》10动载荷
水平方向冲击 。
求：杆在危险点处的 d 。
B
C
v
A
52
解：
B
冲击过程中小球动能减少为
C
v
T 1 mv2 1 P v2
2
2g
位能 没有改变
A
V=0
d
B
C
G
Pd
A
53
杆的应变能可用冲击力
B
Pd 所作的功表示。
C
v
Ud
1 2
Pd
d
d 是被击点处的冲击挠度
A
d
Pd a3 3EI
d
B
C
G
Pd
A
Pd
3EI a3
mn 截面上的轴力 FN(x) 等于 P
F N ( x) 0l
g
2
(
R0
)
A(
)d
d
l n
x
m
R1 R0
x dP
n FN(x)
转轴
27
最大的惯性力发生在叶根截
面上
F
N
max
2 A0[l2
g3
3 4
R0 l]
在叶根截面上的拉应力为
顶部
m 叶根
F N max 2 (1 R0)(1 5 R0)
A0 3g R1 4 R1
o
D
D 2 2
因为环是等截面的，所以相同长度的任一段质量相等。
19
加在环上的惯性力必然是沿轴线 均匀分布的线分布力。
其上的惯性力集度为
qd
(1
A )( D 2) g2
A 2 2g
D
qd
o
20
qd
材料力学 动载荷
Q
Q d
是从零开始增加到最大值。
所以：
弹簧
冲击过程中，动载荷所做的功即为被冲击物的应变能
1
H
U 2 Fdd
动载荷/杆件受冲击时的应力和变形
若冲击物P以静载的方式作用于构件上，
构件的静变形和静应力为△st和σst，根
据胡克定律得：
Fd d d P st st
带入应变能的计算公式得：
U 1 d2 P
y
qd
o
Nd
2Nd qdD
x
Nd
AD2 2
4g
N d 圆环横截面上的应力为：
d
Nd D22
A 4g
v2
g
式中v， D是圆环轴线上各 速点 度的 。
2
H
17
动载荷/动静法的应用
圆环等角速度转动的强度条件为：
d
v2
g
[]
结论： 1.环内应力与横截面积A无关； 2.要保证强度，应限制圆环的转速。
H
课本320页例10.1-等截面圆轴受冲击扭转 在AB轴的B端有一个质量很大的飞轮，轴的质 量忽略不计，轴的另一端A装有刹车离合器， 飞轮的转速为n=100r/min，转动惯量 Ix=0.5KN*S2，轴的直径d=100mm，刹车时使 轴在10S内均匀减速停止转动，求轴内的最大 动应力。
d Kd st
H
关于动荷系数的讨论：
2T Kd 1 1
Pst
1.重为P的物体从高为h处自由下落
mv2 T mgh
2
2h
Kd 1 1
st
H
36
2.突然加于构件上的载荷
2h Kd 1 1
st
Kd 2
注意：突加载荷作用下构件的应力和变形皆为 静载时的2倍。
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