第三章动态载荷分析
在工程中如何进行动态载荷分析？
在工程中如何进行动态载荷分析？在各类工程领域中，动态载荷分析是一项至关重要的任务。
它能够帮助工程师准确了解结构或系统在实际运行过程中所承受的载荷变化，从而为设计的优化、可靠性的评估以及故障的预防提供关键的依据。
那么，在工程实践中，究竟如何有效地进行动态载荷分析呢？首先，要明确什么是动态载荷。
动态载荷与静态载荷相对，不是恒定不变的，而是随时间变化的力、压力、扭矩等作用在结构或系统上。
例如，汽车在行驶过程中受到的路面颠簸和加速、减速产生的惯性力，飞机在飞行中遇到的气流冲击，桥梁在风中的振动所承受的风力等，都属于动态载荷。
进行动态载荷分析的第一步是对载荷特性的准确测量和获取。
这往往需要借助各种先进的测量设备和技术。
常见的测量方法包括应变片测量、加速度传感器测量、力传感器测量等。
以汽车为例，在底盘关键部位安装应变片可以测量结构的应变，进而推算出所受的载荷；在车身安装加速度传感器能够获取振动的加速度信息，通过相关的分析方法转化为载荷。
获取到测量数据后，接下来就是对这些数据的处理和分析。
数据处理的目的是去除噪声、修正误差，并提取出有用的载荷特征。
常用的数据分析方法有傅里叶变换、小波变换等。
傅里叶变换可以将时域的载荷信号转换到频域，帮助我们了解载荷的频率成分；小波变换则能够在时频域同时对信号进行分析，更准确地捕捉到载荷的瞬态特征。
在实际工程中，由于直接测量往往受到条件限制，有时还需要通过间接的方法来估算动态载荷。
一种常用的间接方法是基于系统的动力学模型。
通过建立结构或系统的数学模型，结合已知的边界条件和输入输出关系，可以反推出作用在系统上的载荷。
例如，对于一个机械传动系统，可以根据电机的转速、扭矩以及各部件的转动惯量等参数，利用动力学方程计算出传动轴所承受的动态载荷。
此外，数值模拟也是进行动态载荷分析的重要手段。
有限元分析（FEA）和多体动力学分析等技术在工程中得到了广泛应用。
通过建立结构或系统的数字化模型，施加相应的边界条件和载荷，利用计算机进行仿真计算，可以预测其在不同工况下的动态响应和所受的载荷。
第三章 起重机械的计算载荷与计算方法
一、起重机械的计算载荷
作用在起重机上的外载荷有：起升载荷、自重载荷、动
载荷、风载荷、货物偏摆载荷、碰撞载荷、安装和运输载荷
等。
1、起升载荷 P Q
是由起升机构吊起的货物和取物装置及其它随同升降的
装置重量的总合。
对抓斗起重机，P Q =Q·g，Q——起重量
对吊钩起重机， =P Q （Q+
— 1 —起升冲击系数， 0.9。1当1.1对要计算P G 的零件起
增大应力作用时，
，反1之1.，0~ 起1减.1小应力作用时，
取
。 10.9~1.0
--
★ 起升动力载荷 F Q 动： FQ动 2PQ
—2 —起升载荷动载系数， 1.0。2其2估.0算公式为：
2 1cv
1
g0 y0
c——操作情况系数，安装用c=0.25，吊钩式起重机
F 风 I I ——工作状态下作用在物品上的最大风力； F 切 ——回转机构起、制动时的切向惯性力； F 离 ——回转机构起、制动时的回转离心力。
其中，F 切 和 F 风 II 起主要作用。
--
假定动力系数为2，回转起、制动时间为4s，则：
tgI I 2 切 /g 2 v /( g t) 0 .0 5 v
<二>传动机构零件的动载荷
用零件所在轴的扭矩表示。
（1）疲劳计算载荷
① 运行和回转机构： MImax 8Mn
M—n —电机额定转矩传到计算零件的扭矩。
—8 —刚性动载系数， 1.2，8 2.0 8/1
J，II / JI ，Mq /Mn Mj /Mn J—I —主动侧转动惯量；
J—I I —被动侧转动惯量；
2 10；.35v
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
第三章 起重机械的计算载荷与计算方法
M Q——起升载荷折算到计算零件的静力矩；
6 ——动态试验动载系数，6 12 / 2 ；
其他零件：M Imax (1.3 ~ 1.4)M n ③平衡变幅机构
制动器后的零件： M Imax M j 其他零件： M Imax (1.3 。~ 1.4)M n
m—2—额定起重量。
0 ——在额定起升载荷作用下，取物装置的位移量，
单位：m。0 0.0029H
—y0—在额定起升载荷作用下，物品悬挂处的结构静变
位量，单位：m。对桥架型起重机，y0 L /(700 ~；10对00 )
臂架型起重机，y0 R /(200 。~ 250 )
的2初步估算公式： 使用轻闲的安装用臂架型起重机， 2 1；0.17v
Ⅱ类载荷组合，是基本载荷加附加载荷。
③ Ⅲ类载荷组合（非工作最大载荷组合或验算载荷组 合）：主用于验算起重机在非工作状态下整体抗倾覆稳 定性，安全装置、支承零部件和金属结构的静强度、稳定性 和可靠性。它包含基本载荷加特殊载荷。
注意：一般，载荷组合Ⅱ对起重机任何部分都应计算满 足，但载荷组合I和Ⅲ只部分零件才必须计算。
—8 —刚性动载系数， 1.2 ，8 2.0 8 / 1
J，II / JI ， M q / M n M j / M n J—I —主动侧转动惯量； J—II —被动侧转动惯量；
M—q —驱动力矩； M—j —阻力矩。
②起升和非平衡变幅机构
（2）强度计算载荷
①运行和回转机构： M II max 58M n
—5 —弹性振动增大系数， 5 2， / 1。.1 5 1.7
②起升和非平衡变幅机构
海洋工程结构动力分析课件第三章环境载荷
其中： S ——圆柱体表面积
FFK
p dV V x
du dV V dt
Vu&
单位长度柱体上的Froude-Krylov力
FFK Au&
3、Morison公式
F
1 2
CD D
u
u
mu&
Au&
1 2
CD
D
u
u
Ca
Au&
Au&
1 2
CD
D
u
u
Ca
1
Au&
令 CM Ca 1
则：
赛车
卡车 摩托车
0.7-1.3
0.5 0.2 - 0.3 0.8 - 1.0 1.8
2、升力(lift force)
FL
CL
D 2
u2
其中：
CL CL (Re, Kc, ks D , e)
——升力系数(lift coefficient)
33, 000 Re 66, 000
104 Re 3104
入射波势函数
i
i
gH 2
cosh[k (z d )] ei(kxt) cosh(kd )
或
i
i
gH 2
cosh[k (z d )] eiteikr cos cosh(kd )
eikrcos cos kr cos i sin kr cos
J0 (kr) 2 (1)m J2m (kr) cos(2m ) i 2 (1)m J2m1(kr) cos(2m 1)
t
Ur0
cos
r0 cos
U t
其合力为：
P
材料力学之动载荷
1 U Fd d 2
2013-8-19 27
F 根据力和变形之间的关系：d k d
F
Fd Fd ：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，应等于冲击 Fd 载荷在冲击过程中所作的功。
st d
Fd d Q st
于是变形能为
根据能量守恒：
1 1 Q 2 U Fd d d 2 2 st
2013-8-19
3
动应力：在动载荷作用下构件内产生的应力，记为 d 。 实验证明：在静载荷下服从虎克定律的材料，在承受 动载荷时，只要动应力小于等于比例极限( d < p ),胡克
定律仍然有效，而且弹性模量E也与静载荷下的数值相同 (即 d = E d )。
四类问题：
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。 震动。
0.04
0.6 4
N /m N /m
A
60面处：
0.6
Dx
B
600
62700 xdx 7.8 10 0.08 2 (0.6 0.04) 0.04 4
11.451kN
则CD杆中最大的应力为 FNd ,max d max 2.28MPa [ ] A
2013-8-19 30
因为
Fd d d kd Q st st
所以冲击应力为
d kd st
强度条件为
d max kd ( st )max [ ]
2013-8-19 31
•关于动荷系数
kd 的讨论:
2h kd 1 1 st
动力载荷动力学环境下物体受到的载荷分析
动力载荷动力学环境下物体受到的载荷分析在动力载荷动力学环境下，物体受到的载荷分析是一个重要的工程问题。
载荷是指作用在物体上的外部力和力矩，这些力和力矩会导致物体发生形变、应力和变形。
在动力载荷动力学环境中，载荷通常具有以下特点：动态载荷、不稳定载荷、冲击载荷等。
1.定义问题：首先需要明确受载物体的几何形状、材料特性、边界条件等，以及受到的载荷的类型和作用方向。
这一步骤为后续的计算提供了必要的输入参数。
2.建立数学模型：将受载物体抽象为数学模型，通常使用有限元方法来进行模型的建立。
有限元方法是一种将复杂结构分割为有限数量的简单单元进行分析的方法。
在建立数学模型时，需要将物体划分为有限数量的单元，并对每个单元进行建模，包括定义单元几何形状、选择适当的数学表达式等。
3.定义载荷：将受到的载荷定义为分布载荷或者集中载荷。
对于分布载荷，可以通过力密度向量或者面积分布来定义。
对于集中载荷，可以通过力矢量或者力矩来定义。
4.确定边界条件：边界条件是物体表面上的约束或者力的施加，对于载荷分析来说，边界条件一般是受载物体的支撑条件或者约束条件。
5.求解：通过数值计算方法，如有限元方法，求解载荷分析问题。
在求解过程中，需要根据受载物体和载荷的特性选择适当的求解方法和计算算法。
6.分析结果：根据求解的结果，分析物体的各项性能指标，如应力、应变、变形等。
根据分析结果，可以对物体的结构进行优化，改进设计，以满足特定的工程要求。
总结：动力载荷动力学环境下物体受到的载荷分析是一个复杂的工程问题，需要对受载物体和载荷进行准确的建模和定义，利用数值计算方法进行求解。
通过分析结果，可以优化物体的设计，提高其性能和可靠性。
重载机械的动态载荷分析与结构优化
重载机械的动态载荷分析与结构优化重载机械普遍存在于现代工业生产的各个环节中，其具备高负载和高速度的特点，对设备的结构稳定性和可靠性提出了极高的要求。
因此，对于重载机械的动态载荷分析和结构优化是非常必要的，它能够帮助我们了解机械系统在负载作用下的工作状态，并进一步提高机械的性能和寿命。
本文将探讨重载机械的动态载荷分析与结构优化的举措和方法。
首先，我们需要了解重载机械的动态载荷分析是建立在静态载荷分析的基础上的。
静态载荷分析是指机械在静止状态下承受外部力的情况。
而动态载荷分析则更加复杂，因为机械在工作过程中不仅会受到外部力的作用，还会产生惯性力和振动力。
因此，我们需要综合考虑这些力的影响来进行动态载荷分析。
在进行动态载荷分析之前，首先需要对重载机械的负载进行测量和监测。
一种常用的方法是使用力传感器和加速度传感器等传感器来测量机械系统中的受力和振动情况。
通过分析传感器的信号，我们可以获取机械系统在工作状态下的负载情况。
此外，还可以通过数值仿真的方式来模拟机械在不同工作条件下的负载。
这些数据的准确获取对于加深对重载机械动态载荷的理解和分析非常重要。
动态载荷分析的下一步就是识别机械系统的共振频率。
当机械系统的共振频率与其激励频率相同时，机械系统会受到更大的振动力和应力，从而导致结构的疲劳和破坏。
因此，了解机械系统的共振频率并采取相应的措施来避免共振现象的发生非常重要。
一种常用的方法是通过有限元分析来计算机械系统的共振频率，并根据计算结果来调整机械系统的结构参数。
在进行动态载荷分析的基础上，我们可以进一步对重载机械的结构进行优化。
结构优化的目标是在保持机械系统的强度和刚度的前提下，尽可能减小机械系统的质量和体积。
优化的方法有很多，例如减少结构中的冗余部分、采用新材料和新工艺等。
此外，还可以通过改变机械系统的工作方式来降低对结构的负载。
例如，在重载机械中引入减振器或减震装置，可以有效地减小机械系统的振动和应力。
压力机传动装置的传动轴的动态载荷与疲劳寿命分析
压力机传动装置的传动轴的动态载荷与疲劳寿命分析压力机传动装置作为一种机械装置，在工业领域中发挥着重要的作用。
传动轴是压力机传动装置的核心组成部分，承受着很大的动态载荷，因此对其进行动态载荷与疲劳寿命的分析十分必要和重要。
1. 传动轴的动态载荷分析在压力机工作过程中，传动装置所受到的载荷是非常复杂的，主要包括静载荷和动载荷两个方面。
首先是静载荷。
当压力机处于停止状态时，传动装置所受到的静载荷主要是重力载荷以及预紧力等。
在进行动态载荷分析时，我们需要将静载荷与动载荷分开考虑。
其次是动载荷。
压力机在工作时，受到的动载荷主要包括冲击载荷、转矩载荷以及加速度载荷。
其中，冲击载荷是由于压力机工作时的冲击力产生的，对传动轴产生了较大的影响；转矩载荷是由于传动装置的旋转产生的，需要考虑传动比、齿轮啮合等因素；加速度载荷是由于压力机启停过程中的加速度引起的。
2. 传动轴的疲劳寿命分析传动轴在承受动态载荷的同时，还需考虑其疲劳寿命。
传动轴的疲劳寿命分析是根据疲劳损伤的累积程度来评估其使用寿命的方法。
疲劳载荷是指在交变载荷作用下产生疲劳损伤的载荷形式。
在压力机传动装置中，由于冲击载荷和旋转载荷的存在，传动轴易产生疲劳损伤。
因此，需要进行传动轴的疲劳寿命分析，以保证其可靠运行。
在进行疲劳寿命分析时，我们需要考虑许多因素，如载荷频率、载荷幅值、应力集中系数等。
通过实验或数值模拟的方法，可以计算出传动轴的疲劳寿命，从而为压力机传动装置的设计提供依据。
3. 传动轴的优化设计为了提高传动轴的寿命和可靠性，我们可以采取一些优化措施。
首先，可以通过合理的材料选择和热处理工艺，提高传动轴的强度和硬度；其次，可以通过减小载荷幅值和增加疲劳强度的方式，降低传动轴所受到的疲劳载荷；此外，还可以通过改变传动装置的结构，减小应力集中，从而提高传动轴的寿命。
总结起来，压力机传动装置的传动轴在工作过程中承受着很大的动态载荷，进行动态载荷与疲劳寿命分析是非常必要和重要的。
机械系统设计 第三章机械系统的载荷特性与动力机选择
工作机械的负载特性是指工作机 械在运行过程中其功率、转矩和转 速或位移间的关系。选择动力机的 容量时，主要考虑工作机械在输入 动力端的转矩、功率和转速之间的 关系。Tz=f(n)，Pz=f(n)。
负载特性有 ： 1）恒转矩负载特性
恒转矩特性是指转矩与转速无关， 即当转速变化时，转矩保持常数。 如起重机起升机构负载特性。
计算法即根据机械的功率要求和结 构特点运用各种力学原理、经验公式 或图表等计算确定载荷的方法。
例如设计起重机时，要计算： （1）起重量(吊重)表
起升载荷包括起重机的额定起重力 和随货物一起升降的装置的重力 。
100吨全地面起重机配重28吨时起 重 量 表
带 副 臂 起 重 量 表
第三章 载荷与动力装置选择
第一节 机械系统的载荷分析
一、载荷类型
所有机械在工作中都会受到多种外 力的作用，这些外力工程上称之为载 荷。确定载荷类型、大小、变化规律 是机械系统设计的重要内容。用以计 算强度、刚度、稳定性、可靠性和寿 命，选择动力机类型和容量。
1．按载荷的作用方式分类 直接作用载荷——载荷以力或力矩的形 式直接作用在机械上，如由工作阻力产生 的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制 动力等。 间接作用载荷——以变形的形式间接作 用在机械上，如温度、地震的作用引起的 载荷。 2.按零件发生变形的不同分 拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷和扭转 载荷。
确定载荷通常有三种方法：类比 法、计算法和实测法。 1．类比法
参照同类或相近的机械，根据经验 或简单的计算确定所设计机械的载荷， 这种方法称为类比法。它主要应用在 载荷较难确定的情况或初步设计阶段。 仿造（测绘）。
使用类比法确定载荷一般需要一定的实际 经验，否则容易出现载荷过大或过小的情况。 应用类比法时常可采用相似原理进行推断，其 中常用的有：
第三章_机械系统的载荷和动力选择1讲解
参照同类或相近的机械，根据经验或简 单的计算确定所设计机械的载荷，这种 方法称为类比法。
它主要应用在载荷较难确定的情况 或初步设计阶段。还可以应用在不 需要精确确定载荷的情况，特别是 设计一些以传递运动为主的机械。
应用类比法时常可采用相似原理进行推 断，其常用的有几何尺寸类比和动力类 比等。 几何尺寸类比法，由下式确定设计载荷：
（3-12）
动力类比是选择一种类同的机械，调查 其实际使用的动力机容量大小，然后用 简单的类比关系确定所设计机械的动力， 以此作为依据再推算机械及其零部件所 受的载荷。 (二)计算法 计算法即根据机械的功能要求和结构特 点运用各种力学原理、经验公式或图表 等计算确定载荷的方法。 例如设计起重机时，其承受的主要载荷 大部分都可运用计算法确定：
二、载荷的处理方法 （一）静载荷、周期载荷、非周期载荷的处 理 （1）静载荷的处理方法： 对于静载荷需采用静强度判据，对于动载荷 就需应用疲劳强度的设计方法。 （2）周期载荷和非周期载荷的处理方法： 1）可对其进行傅立叶展开和傅立叶变换以获 得它们的变化规律，再利用疲劳强度理论进 行设计计算。
2）采用名义载荷乘以大于1的动载因数， 将动载荷转化为静载荷，仍用静载菏的 设计方法进行计算。下表列出了各种机 械动载系数的荐用值。
n 2
(3 - 5)
1/ 2
(3 - 6)
1 n V (t ) xi (t ) X (t ) n i 1 V (t ) 2 当均值X(t )为零时 1 n 2 V (t ) xi (t ) n i 1
2
(3 - 7) (3 - 8)
(3 - 9)
动载因数的荐用值
（二）随机载荷的处理
1.载荷谱 原始记录的载荷--时间历程称为机械的 工作谱或使用谱。 它们经用概率统计的方法进行处理后， 得到能反映载荷随时间变化的，并具有 统计特征的载荷--时间历程就称为载荷 谱。 将工作谱处理成载荷谱的过程称为编谱。 常将这些随机载荷近似看成是平稳或各 态历经过程。
高速动车车轴的动态载荷分析与优化
高速动车车轴的动态载荷分析与优化简介：高速动车作为现代交通工具的重要组成部分，其运行安全性和稳定性对乘客的安全和舒适性至关重要。
车轴是高速动车的核心零部件之一，承载着列车的重量和动力传递。
为了确保车辆正常运行，必须对车轴的动态载荷进行分析与优化。
本文将重点介绍高速动车车轴的动态载荷分析与优化的相关内容。
一、动态载荷的定义与分析方法1.1 动态载荷的定义动态载荷是指车轴在运行过程中所受到的变化载荷，包括垂向力、侧向力和轴向力等。
1.2 动态载荷的分析方法动态载荷的分析方法主要包括理论计算和试验测试两种。
理论计算是通过建立数学模型，考虑列车的运行速度、曲线半径、车辆重量等因素，计算得出车轴所受到的动态载荷。
试验测试是通过在实际运行中对车轴进行监测与测试，得到车轴受力情况的真实数据。
这种方法通常通过安装传感器或测力仪器，对车轴的载荷进行实时监测。
二、动态载荷分析的影响因素2.1 运行速度车辆的运行速度是影响动态载荷的重要因素之一。
当高速动车以高速运行时，车轴所受到的动态载荷会显著增加。
2.2 车辆重量和布局车辆的重量和布局对车轴的动态载荷分布也有较大影响。
合理安排车辆的重心位置和货物的分布，可以使车轴承受的载荷趋于均衡。
2.3 车辆运行的曲线半径和坡度当车辆通过曲线或坡道时，车轴所受到的动态载荷会发生变化。
较小的曲线半径和陡峭的坡度会增加车轴的动态载荷。
三、动态载荷优化的方法3.1 材料优化通过选择较好的材料和加工工艺，可以提高车轴的强度和刚度，从而减小动态载荷对车轴的冲击。
3.2 结构优化通过对车轴的结构进行优化设计，可以减小车轴的质量和惯性矩，从而减小动态载荷对车轴的作用。
3.3 车轴系统的悬挂与减震设计合理的车轴系统悬挂与减震设计，可以有效减小车轴受到的动态载荷，提高车辆的平稳性和乘坐舒适感。
3.4 车辆运行控制系统的优化通过优化车辆的运行控制系统，控制车辆的运行速度和加速度等参数，可以减小车轴所受动态载荷的大小。
第三章 计算载荷
3.1 载荷计算
作用在门式起重机上的载荷有金属结构的自重载荷、移动载荷（包括小车自 身质量及起升载荷）、大车运行制动惯性力、小车运行制动惯性力以及风载荷。
3.1.1 金属结构的自重载荷
自重载荷包括主梁、支腿以及司机室和其他固定设备等的质量产生的重力。 在进行设计时，首先要估算机构的自重。估算结构自重的方法可参阅现有资料或 用经验公式计算或者反复试算决定。 对 80t 以下的通用门式起重机，可以用以下经验公式估算主梁和支腿的总质量 （单位为 t）：
=1.0 125.44 1.5 392 =713.44kN
Px ——由小车重力引起的轮压 Px =125.44kN；
P0 ——由额定起升载荷引起的轮压 P0 =392kN；
1 、2 ——分别为起升冲击系数和动载系数 取1 =1.0，2 =1.5。
3.1.3 惯性载荷 载荷起升和下降引起的惯性力已在动载系数中考虑，这里主要介绍有由小车
小车产生的水平惯性力 PxH 作用在一根或两根主梁上，其方向与主梁轴线垂直，
作用位置依小车所在位置而定。通常对于门架支腿四角上均装有主动轮（一般为 总轮数的一半）的门式起重机，小车产生的惯性力为：
PxH 110（PQ PGx） = 1 （392+125.44） 10 =51.744kN
大车起动、制动时，起重机金属结构和固定设备所产生的惯性力，与大车主 动轮数有关。 假定起重机全部重力（含设备）、小车重力及额定起升载荷都集中在主梁质心高 度上，门式起重机运行并且制动。按车轮打滑条件可求得主动车轮 A 下的垂
Px ——小车主动轮静轮压之和，按下式决定：
Px （PQ PGx）nn0
式中
=（125.44+392） 2 6
第3章 载荷试验
２. 试验的基本原理与仪器设备
• 浅层平板载荷试验的试验设备由加荷系统、 反力系统和量测系统三部分组成。
2.2.1 加荷系统
• 加荷系统包括承压板和加荷装置。所施加的荷载通过承压 板传递给地基土。承压板一般采用圆形和矩形的刚性板， 承压板的尺寸根据地基土的类型和试验要求有所不同。 • 对于一般粘性土地基，常用面积为0. 5m2的圆形或方形承 压板; • 对于碎石类土,承压板直径(或宽度)应为最大碎石直径的 10-20倍; • 对于岩石类土，承压板的面积以0.1m2为宜。 • 加荷装置总体上可分为重物加荷装置和千斤顶加荷装置用
• • 4.1 试验资料整理 载荷试验的最后成果是通过对现场原始试验数据进行整理、依据现有的规 范或规定作出的。其中最重要的原始试验记录是载荷试验沉降观测记录表， 不仅记录沉降，还记录了荷载等级和其他与载荷试验相关的信息，如载荷板 尺寸、载荷点试验深度等。 静力载荷试验资料整理分以下几个步骤: 1.绘制P-s曲线 根据载荷试验沉降观测原始记录，将（P,s）点绘在厘米坐标纸上。 2. P-s曲线的修正 如果原始P-s曲线的直线段延长线不通过原点(0,0)，则需对P-s曲线进行修 正。可采用两种方法进行修正：(1)图解法；（2）最小二乘法 3.绘制s-lgt曲线 在单对数坐标纸上绘制每级荷载下的s-lgt曲线。同时需要标明每根曲线的 荷载等级，荷载单位kPa。 4.绘制lgP-lgs曲线 在双对数坐标纸上绘制lgP-lgs曲线，注意标明坐标名称和单位。
４. 试验资料整理与应用
• • • • • • • • • • 2.确定地基的变形模量 1）对于各向同性地基，当地表无超载时(相当于承载板置于地表)， 按下式计算: E0＝I0K（1-µ2）d 2)对于各向同性地基，当地表有超载时(相当于靠近地表、在地表以 下一定深度处进行试验)，可按下式计算。 E0=I0I1K(1- µ 2)d 式中d—承压板直径〔或方形承压板边长); I0 —承压板位于表面的影响系数，对于圆形承压板，I0＝0.785,对 于方形承压板，I0=0.886 I1 —承压板埋深z时的修正系数。当z<d时，I1=1-(0.27d/z);当z>d 时，I1=0.5+(0.23d/z) K — P-s关系曲线直线段的斜率; µ—土的泊松比。
第3章 汽车零部件载荷及强度计算方法
式中：θ1、θ2、θ3、θ4、θ5－相应圆盘的扭转角位 移。
如中央制动器的转动惯量为ＪＣ，其当量转动惯量 为Ｊ 2 C e J C 2 2 2
2 2 J 2C J C ( ) e 同理，从主减速器从动件到车轮零部件，如车 轮，其转动惯量为 Jω ，当主传动比为 io 时，其当量转 动惯量为： J
①图中，分别画出了第一、二、三、四固有频率 的振型图，在图a中，有一振幅为零的点，称为节点， b 、c 、d图的振型中，节点数逐个增多。
②理论分析表明：第一固有频率对应单节点振 型，第二固有频率对应双节点振型，依此类推，第j固 有频率对应节点数为j的振型。 ③在θm=1情况下，即发动机扭矩相同的条件下， 图形表明了其它轴段变形量的幅值。 二、由传动系激振转矩引起的传动系载荷 发动机气缸内变化的气体压力和曲柄连杆机构往 复运动质量不均匀惯性力形成了周期性变化的激振转 矩，它使传动系产生受迫振动。 1. 发动机气缸对曲轴产生的转矩
对于一般汽车，安全系数的取值标准如下： ①断裂破坏，安全系数取1.8； ②疲劳破坏，安全系数取1.3； ③屈服失效，安全系数取1.3。 同其它机械相比，汽车设计特别强调减轻自重， 所以一般安全系数取值较小，多数是极限设计。 但注意到，对安全密切相关的制动、操纵及车轴 等零件，必需细致地计算其承受的应力，既要减轻重 量；又要保证安全。另外，对容易腐蚀和磨损的零 件，根据不同的情况，安全系数加大15%～30%。
2. 假设 在模型中，假定代表系统各部分转动惯量（Ｊ１、 Ｊ２、Ｊ３、Ｊ４、Ｊ５）的圆盘是绝对刚性的，这些圆 盘之间是由无质量的、扭矩刚度为ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ ３ 、Ｃ Ｔ４ 的弹性轴连接着，并把一些靠近的彼此之间 相对变形较小的旋转质量加以合并简化，以减少系统 的自由度。
飞机结构工程中的动态荷载分析
飞机结构工程中的动态荷载分析飞机作为一种重要的交通工具，其结构工程的设计和分析至关重要。
在飞机的设计过程中，动态荷载分析是一个关键的环节，它能够帮助工程师们评估飞机在不同工况下的受力情况，确保飞机的结构安全可靠。
本文将探讨飞机结构工程中的动态荷载分析的重要性以及常用的分析方法。
首先，动态荷载分析在飞机结构工程中的重要性不可忽视。
飞机在飞行过程中会受到各种各样的外部荷载，如气动荷载、机动荷载、地面运动荷载等。
这些荷载的大小和方向都会对飞机的结构产生影响，因此需要进行动态荷载分析来确保飞机的结构能够承受这些荷载并保持稳定。
通过动态荷载分析，工程师们可以预测飞机在不同飞行阶段的受力情况，并根据分析结果进行结构优化，提高飞机的性能和安全性。
其次，飞机结构工程中的动态荷载分析涉及到多种分析方法。
其中最常用的方法之一是有限元法。
有限元法是一种数值分析方法，通过将复杂的结构划分为有限个小单元，再根据力学原理和材料特性进行计算，从而得到结构的受力情况。
在动态荷载分析中，有限元法可以模拟飞机在不同飞行工况下的受力情况，包括振动、冲击和疲劳等。
通过有限元法，工程师们可以更加准确地评估飞机的结构安全性，并进行结构的优化设计。
此外，飞机结构工程中的动态荷载分析还可以借助计算流体力学（CFD）方法。
CFD方法是一种基于数值计算的流体力学分析方法，可以模拟飞机在飞行过程中的气动荷载。
通过CFD方法，工程师们可以预测飞机在不同飞行速度和姿态下的气动荷载分布，从而指导结构设计和优化。
CFD方法的应用使得动态荷载分析更加全面和精确，有助于提高飞机的飞行性能和安全性。
最后，飞机结构工程中的动态荷载分析还需要考虑到飞机的使用寿命和疲劳问题。
飞机在长时间的运行过程中，会不可避免地受到疲劳荷载的影响，这会导致结构的损伤和破坏。
因此，在动态荷载分析中，工程师们需要考虑到飞机的使用寿命和疲劳问题，进行结构的疲劳寿命评估和维修计划制定。
通过合理的疲劳寿命评估和维修计划，可以延长飞机的使用寿命，提高飞机的可靠性和经济性。
装配式建筑施工的静态与动态载荷分析
装配式建筑施工的静态与动态载荷分析引言：在近年来，装配式建筑作为一种高效、环保、节能的建筑方式，被广泛应用于各类建筑项目中。
在装配式建筑施工过程中，对于结构承载能力的准确评估和分析是至关重要的。
本文将着重探讨装配式建筑施工中的静态与动态载荷分析方法及其应用。
一、静态载荷分析1. 静态载荷概述静态加载是指在实际使用过程中，由于自身重量以及附加负载所产生的永久性外力作用。
这些外力可以通过统计学方法进行预测和估算。
在装配式建筑施工过程中，静态载荷是最常见也是最容易确定的一种载荷类型。
2. 静态载荷计算方法（1）重物法：根据结构形式和布局情况，按照柱件受力支撑原理，利用等效单柱法计算整个楼层产生的垂直向力。
（2）截面法：先根据材料特性选取适合截面，并确定材料参数；然后根据等效截面原则，计算材料截面处的内外力；最后根据平衡条件解算出所有节点的位移。
（3）有限元法：通过结构有限元分析软件，建立整个装配式建筑的有限元模型，利用迭代方法求解结构体系的受力和应力情况。
3. 静态载荷分析在装配式建筑中的应用（1）静态载荷分析可用于确定装配式构件的尺寸和材料强度要求，为施工提供依据。
（2）通过静态载荷分析，可以评估整个装配式建筑在外部气候环境下的承重能力，并做好抗震设计。
（3）静态载荷分析还可以进行结构优化设计，提高装配式建筑施工效率和使用性能。
二、动态载荷分析1. 动态载荷概述动态加载是指在特定工况下由地震、风、水波等外界因素引起的作用于结构上的非稳定性负载。
与静态加载不同，动态加载具有瞬时性和可变性特点。
2. 动态载荷计算方法（1）地震反应谱法：将地震动转化为等效的单自由度振动系统，计算结构的最大位移、最大加速度、最大间隔流速等参数。
（2）风荷载计算：根据建筑物的几何形状、地理位置和气候条件，采用工程经验公式或风洞试验结果进行估算。
（3）水荷载计算：通过水力学公式以及结构物与水流之间的相互作用关系，对结构所受到的液压加载进行分析。
航空航天工程师的航空器载荷分析
航空航天工程师的航空器载荷分析航空航天工程师在设计和制造航空器时，需要进行载荷分析来确保航空器的结构和性能能够承受各种外部载荷和工况条件。
航空器载荷分析是一个复杂而关键的过程，涉及多个方面的工程和科学原理。
本文将介绍航空航天工程师在进行航空器载荷分析时需要考虑的一些重要因素以及相关的分析方法和工具。
一、载荷分类航空器承受的载荷可以分为静态载荷和动态载荷两大类。
静态载荷是指航空器在静止或稳定条件下受到的力和力矩，包括自身重量、燃油重量、客货物重量以及动力装置的推力等。
动态载荷则是指航空器在飞行过程中受到的来自外部环境和运动状态变化引起的变化载荷，如气动载荷、温度载荷和惯性载荷等。
二、载荷分析方法1. 静态载荷分析静态载荷分析是航空航天工程师进行载荷分析的基础。
通过计算航空器在静止或稳定条件下所受到的各个载荷的大小和作用点位置，工程师可以评估航空器的结构强度和稳定性。
常用的分析方法包括有限元分析、解析方法和模拟实验等。
有限元分析是一种基于数值计算的方法，通过将航空器结构离散化为有限个小单元，建立数学模型来计算载荷分布和应力分布。
这种方法可以较为准确地分析载荷对航空器结构的影响，但需要依赖专业的有限元分析软件和工程经验。
解析方法基于物理原理和数学模型来计算载荷作用下的应力和变形情况。
通过分析和求解各个部件的受力平衡方程，可以得到载荷引起的结构响应。
这种方法可以提供较为准确的结果，但通常需要做一定的简化和近似处理。
模拟实验是通过制作物理模型或采用原型进行实验测试来模拟载荷作用下的结构响应。
通过观察和测量物理模型或原型的变形情况和载荷响应，航空航天工程师可以评估载荷对航空器的影响。
这种方法可以提供直观的结果，但受制于实验条件和成本。
2. 动态载荷分析动态载荷分析是航空航天工程师进行航空器设计和飞行安全评估的重要环节。
动态载荷分析需要考虑诸如风荷载、机动载荷、负载加速度等多种载荷的作用，以及航空器在飞行过程中的各种姿态和运动情况。
第三章动态载荷分析
若θ1是塑料件或连接件通过热传导散失的热量，
θ2为塑料件表面对流散失的热量，则θp=θ1+θ2 由于塑
料热传导很低，一般θ1=0，所以θp=θ2
3.2 力学致热
计算步骤： 1 根椐力学系统实际工作条件和可能，先设计该塑料
件的主要技术参数。由此计算该塑料件有关几何特性 参数：截面积、体积和抗弯截面模量。再次循环运行 时，逐次改变主要几何参数的大小。
常用的疲劳实验机有拉压和弯曲两种。试样有：无缺口、有缺口 两种。
影响因素：
1 频率 较高的频率会产生热软化效应，应在较低载荷的频率 0.1-10Hz
2 平均应力和应力幅度 3 负荷的波形 4 大多数高分子材料在惰性环境中的疲劳寿命，比在化学浸蚀性 介质中的疲劳寿命长。
3.1 疲劳强度
2 根据该塑料件所受载荷，求出塑料件上产生滞后热
的峰值应力。
3.2 力学致热
3 根据峰值应力，读入每周期的能量数值。 4 由运动特性参数与几何参数，算出塑料件产生的滞后能量θp 5 根据塑料件的散热面积等几何特性，由传热性能参数计算出
塑料件的散热量θ0
6 计算机将本次计算的进行比较θp、θ0，若两次数值相差很大，
4 取向的影响 如果冲击力平行于材料取向方向，通常会使冲击强度增加，反 之，如果冲击力垂直于材料取向方向，则抗冲击性能变差。
3.3 冲击载荷
3.3.3 冲击疲劳
冲击疲劳是指单向的脉冲式循环载荷，使塑
料产生疲劳裂纹而断裂。
冲击疲劳的失效预测，对齿轮、杠杆、壳体 等塑料件可靠性设计有指导意义。
则返回1重新设计几何参数在进行计算。当θp、θ0与相等或接
动态载荷分析
σm=（σmax+σmin）/2
应力幅度
σa=（σmax-σmin）/2
交变应力特征
Υ=σmin/σmax σmax=σm+σa σmin=σm-σa
3.1 疲劳强度
3.1.1 在实际工作中交变应力有几种情况 1 转动轴在弯曲交变应力工作 σmax=-σmin 对称情况
Υ=-1 σm=0 σmax=σa 2 对于脉动循环 Υ=0 σa =σm=σmax/2 Υ=1 σa =0 σmax=σmin=σm
冲击强度是评价材料抵抗冲击能力或判断材料脆性于韧性程度旳量 度。
高分子材料冲击试验旳措施有摆锤式、落锤式、拉伸冲击式。
常用塑料旳冲击强度见P57表3-1
3.3 冲击载荷
3.3.2 影响冲击性能旳原因
1 缺口和应力集中
缺口尖角旳曲率半径愈小，应力愈小，冲击强度愈低。
Kt=1+ 2 (h/r )1/2 h 为表面缺口旳深度 r缺口尖角旳曲率半径
冲击疲劳旳失效预测，对齿轮、杠杆、壳体 等塑料件可靠性设计有指导意义。
3.2 力学致热
在振动外力作用下，因为固态高聚物材料响应旳粘滞效应和不 良旳导热性能，最终塑料件产生“热软化”或“热疲劳”，对高 分子材料旳动态热力学分析揭示了力学致热旳实质和机理。预防 塑料制品热软化旳主要措施是进行热平衡计算。
3.2.1 粘滞热效应 若试验速度较快，塑料材料加载后和立即卸载旳应力和应变曲
塑料件旳散热量θ0 6 计算机将此次计算旳进行比较θp、θ0，若两次数值相差很大，
则返回1重新设计几何参数在进行计算。当θp、θ0与相等或接 近时，则计算终止。此次几何参数乃是到达热平衡旳最佳设计。
3.2 力学致热
3.2.3 预防热软化旳措施
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.3 冲击载荷
3.3.2 影响冲击性能的因素
1 缺口和应力集中
缺口尖角的曲率半径愈小，应力愈小，冲击强度愈低。
Kt=1+ 2 (h/r )1/2 h 为表面缺口的深度 r缺口尖角的曲率半径
若h>>r 时 Kt=2 (h/r )1/2
若作用于缺口或椭圆孔的载荷应力为σ，则他们的尖端的应力是：
3.2 力学致热
计算步骤： 1 根椐力学系统实际工作条件和可能，先设计该塑料
件的主要技术参数。由此计算该塑料件有关几何特性 参数：截面积、体积和抗弯截面模量。再次循环运行 时，逐次改变主要几何参数的大小。 2 根据该塑料件所受载荷，求出塑料件上产生滞后热 的峰值应力。
3.2 力学致热
3.1 疲劳强度
3.1.2 疲劳实验及影响因素 常用的疲劳实验机有拉压和弯曲两种。试样有：无缺口、有缺口
两种。 影响因素： 1 频率 较高的频率会产生热软化效应，应在较低载荷的频率
0.1-10Hz 2 平均应力和应力幅度 3 负荷的波形 4 大多数高分子材料在惰性环境中的疲劳寿命，比在化学浸蚀性
3.2 力学致热
3.2.3 防止热软化的方法
1 使用刚性大的材料；
2 降低工作应力。减慢载荷循环速度；
3 改变散热条件：采用金属嵌件导热
增加构件的表面积
设计散热孔
设计导流板
4将构件置于冷却介质中，并用热交换装置来调节
冷却介质温度。
Hale Waihona Puke 3.3 冲击载荷塑料制品在使用和运输过程中，经常或偶然的撞击会使其变形或
第三章 动态载荷分析
学习目的与要求： 1．了解疲劳实验及影响因素 2．掌握疲劳寿命及疲劳强度计算 3．掌握塑料件的热平衡计算 4．了解冲击实验和冲击强度及影响冲击
性能的因素 重点： 1、疲劳寿命及疲劳强度计算 2、塑料件的热平衡计算 课时 1h
第三章 动态载荷分析
线不重合，这是由于分子链的粘性阻力转变为磨檫热所致。 P50图3-11 在同等应力下，实验频率越高，塑料温度上升也愈多。
3.2 力学致热
3.2.2 塑料件的热平衡计算 热平衡计算的依据，是塑料件在交变应力作用下
所产生的滞后热量θp 应等于通过热传导和热对流所 散失的热量θ0 若θ1是塑料件或连接件通过热传导散失的热量， θ2为塑料件表面对流散失的热量，则θp=θ1+θ2 由于塑 料热传导很低，一般θ1=0，所以θp=θ2
平均应力
σm=（σmax+σmin）/2
应力幅度
σa=（σmax-σmin）/2
交变应力特征
Υ=σmin/σmax σmax=σm+σa σmin=σm-σa
3.1 疲劳强度
3.1.1 在实际工作中交变应力有几种情况 1 转动轴在弯曲交变应力工作 σmax=-σmin 对称情况
Υ=-1 σm=0 σmax=σa 2 对于脉动循环 Υ=0 σa =σm=σmax/2 Υ=1 σa =0 σmax=σmin=σm
3 根据峰值应力，读入每周期的能量数值。 4 由运动特性参数与几何参数，算出塑料件产生的滞后能量θp 5 根据塑料件的散热面积等几何特性，由传热性能参数计算出
塑料件的散热量θ0 6 计算机将本次计算的进行比较θp、θ0，若两次数值相差很大，
则返回1重新设计几何参数在进行计算。当θp、θ0与相等或接 近时，则计算终止。此次几何参数乃是达到热平衡的最佳设计。
裂。即使在同样的能量下，高的冲击速度易于使脆性材料断裂。 4 取向的影响 如果冲击力平行于材料取向方向，通常会使冲击强度增加，反
之，如果冲击力垂直于材料取向方向，则抗冲击性能变差。
3.3 冲击载荷
3.3.3 冲击疲劳
冲击疲劳是指单向的脉冲式循环载荷，使塑 料产生疲劳裂纹而断裂。
冲击疲劳的失效预测，对齿轮、杠杆、壳体 等塑料件可靠性设计有指导意义。
3.2 力学致热
在振动外力作用下，由于固态高聚物材料响应的粘滞效应和不 良的导热性能，最终塑料件产生“热软化”或“热疲劳”，对高 分子材料的动态热力学分析揭示了力学致热的实质和机理。防止 塑料制品热软化的重要方法是进行热平衡计算。
3.2.1 粘滞热效应 若实验速度较快，塑料材料加载后和立即卸载的应力和应变曲
3.1 疲劳强度
3.1.4 疲劳强度的计算 可利用材料的疲劳曲线和数据，确定塑件的疲劳寿命和疲劳极
限条件。对一些重要场合，直接对塑件进行疲劳强度实验。 塑料件的缺陷特征：表面的凹凸尖角、缺口、沟槽、圆孔和壁
厚突变外，还包栝切削痕、凹坑、流痕和擦伤等，都是形成应力集 中的因素。不考虑材料品种的几何应力集中系数K=实际状态有缺 陷制品的最大应力/理论状态试样的应力 见P4 图3-6和图3-7 应用见P49例题
断裂。冲击失效是高速负荷作用下发生的力学现象。
3.3.1 冲击实验和冲击强度
冲击实验是在高速冲击载荷作用下，用于测定材料抗冲击性能的 方法。
冲击强度是评价材料抵抗冲击能力或判断材料脆性于韧性程度的量 度。
高分子材料冲击试验的方法有摆锤式、落锤式、拉伸冲击式。
常用塑料的冲击强度见P57表3-1
3.1 疲劳强度
塑料件在周期性变化的载荷作用下，通常比金属材料所呈现的力学特性更为复
杂。这是由于它们有明显的粘弹性、导热性差所引起的。在动态载荷下，塑料件设
计必须首先考虑的是疲劳强度。
3.1.1 交变应力和持久极限
塑料件的疲劳破坏是由于交变应力引起的。如：齿轮、皮带传动。
交变应力与时间关系见P44图3-1
介质中的疲劳寿命长。
3.1 疲劳强度
5 实验环境温度提高会使疲劳寿命降低。 6 高分子质量的疲劳强度高；结晶度提高和交联度
降低会增加疲劳寿命。 7 加工后的塑件形态变化对疲劳寿命也有影响。茹
取向提高疲劳寿命。 8 在恒定应力下，在交变应变作用下的高聚物的疲
劳寿命，随着应变幅的提高而降低。 3.1.3 疲劳寿命计算 见P46-48
σtip= Ktσ=2σ (h/r )1/2 显然此σtip值应小于塑件允许的安全应 力。
3.3 冲击载荷
2 温度影响 塑料制品在低温下呈现冲击脆性。在湿度较高的环境下，吸水
率较高的聚酰胺比干燥状态下的冲击强度高几倍。 3 冲击速度 韧性塑料随着应变速度的提高。将由塑性断裂转变为脆性断