载荷与应力
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03-机械设计中零件的载荷、应力和变形讲解
根据设计过程载荷的作用和载荷的上述因素在 实际工作中随时间变化的情况，将载荷分类如下所 示。
第3章 机械设计中零件的 载荷、应力和变形
1静载荷： 不随时间改变或变化缓慢。通常认为在工 作寿命内，载荷引起应力变化的次数小于 1000
如：工件质量引起的重力；受固定载荷的连接螺栓
载荷性质
2变载荷：
随时间做周期性或非周期性变化。周期 性载荷根据每一个工作循环内载荷的变化与 否，可以进一步分为稳定循环载荷与不稳定 循环载荷
第3章 机械设计中零件的 载荷、应力和变形
机械零件材料的主要破坏形式是屈服和断裂， 对于大量使用的工程材料可以粗分为两类：塑性 材料和脆性材料。
从工程力学中已经知道，可以有对应的两类 四个强度理论和准则，列于表3-4中。
第3章 机械设计中零件的 载荷、应力和变形
表3-4 强度理论及适用范围
强度理论 第一强度理 论 第二强度理 论 第三强度理 论 第四强度理 论 适用材料属性与破 坏形式 脆性材料，断裂破 坏 脆性材料，断裂破 坏 塑性材料屈服变形 过大导致断裂 塑性材料屈服变形 表征参数 条 件 当最大拉应力达到单向拉伸的强度极限时， 构件就断裂 当最大伸长线应变达到单向拉伸试验下的极 限应变时，构件就断裂 当最大剪应力达到单向拉伸试验的极限剪应 力时，构件就被破坏 当形状改变比能达到单向拉伸试验屈服时的 形状改变比能时，构件就被破坏
图3-2 载荷简化
第3章 机械设计中零件的 载荷、应力和变形
图3-3所示的是铰制螺栓受横向力，根据实 际情况表明，螺栓所受的最大挤压应力近似等 于沿直径方向在面积（Lmin × d0）上受均匀挤 压应力。
图3-3 几何尺寸的简化
第3章 机械设计中零件的 载荷、应力和变形
第3章 机械零件的强度(用)
变载荷：随时间作周期性或非周期性变化的载荷.如
汽车的齿轮和轴所承受的动载荷。
注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计 算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。
名义载荷： 根据机器在稳定和理想工作条件下的工作阻力，
按力学公式求出的载荷称为名义载荷. 计算载荷：
考虑机器在工作中载荷的变化和载荷在零件上
s
m rN
N
C (NC
N
ND)
D点以后(无限寿命区间):
s rN s r （N ND )
用N0及其相对应的疲劳极限σr来近
似代表ND和 σr∞,有：
s
m rN
N
s
m r
N0
C
s－N疲劳曲线
§3-1 材料的疲劳特性 疲劳曲线
２、 s－N疲劳曲线
有限寿命区间内循环次数N与
疲劳极限srN的关系为：
CＧ'直线的方程为：
s a s m s s
σ为试件受循环弯曲 应力时的材料常数，其值 由试验及下式决定：
s
2s 1 s 0 s0
对于碳钢，σ≈0.1~0.2，对于合金钢，σ≈0.2~0.3。
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
1、零件的极限应力线图
如设弯曲疲劳极限的综合影响系数 Ｋσ ，且 s 1 ―材料对称循环弯曲疲劳极限
s rN s r
m
N0 N
KNsr
式中， N0为循环基数；
sr为与N0相对应的疲劳极限
s－N疲劳曲线
m为材料常数，值由材料试验确定。
疲劳曲线的意义
s rN
sr m
N0 N
KNsr
汽车的齿轮和轴所承受的动载荷。
注意:在设计计算中，载荷又可分为名义载荷和计 算载荷，计算载荷等于载荷系数乘以名义载荷。
名义载荷： 根据机器在稳定和理想工作条件下的工作阻力，
按力学公式求出的载荷称为名义载荷. 计算载荷：
考虑机器在工作中载荷的变化和载荷在零件上
s
m rN
N
C (NC
N
ND)
D点以后(无限寿命区间):
s rN s r （N ND )
用N0及其相对应的疲劳极限σr来近
似代表ND和 σr∞,有：
s
m rN
N
s
m r
N0
C
s－N疲劳曲线
§3-1 材料的疲劳特性 疲劳曲线
２、 s－N疲劳曲线
有限寿命区间内循环次数N与
疲劳极限srN的关系为：
CＧ'直线的方程为：
s a s m s s
σ为试件受循环弯曲 应力时的材料常数，其值 由试验及下式决定：
s
2s 1 s 0 s0
对于碳钢，σ≈0.1~0.2，对于合金钢，σ≈0.2~0.3。
§3-2 机械零件的疲劳强度计算
1、零件的极限应力线图
如设弯曲疲劳极限的综合影响系数 Ｋσ ，且 s 1 ―材料对称循环弯曲疲劳极限
s rN s r
m
N0 N
KNsr
式中， N0为循环基数；
sr为与N0相对应的疲劳极限
s－N疲劳曲线
m为材料常数，值由材料试验确定。
疲劳曲线的意义
s rN
sr m
N0 N
KNsr
管道应力分析与管道的振动
（3）设计温度 管道系统中的每个管道组成件的设计温度应按操作中
可能碰到的最苛刻的压力和温度组合工况的温度确定，同 一管道中的不同管道组成件的设计温度可以不同。
（4）壁厚附加量 壁厚附加量C=C1+C2； C1——材料厚度负偏差，按材料标准规定选取，mm； C2——腐蚀、冲蚀裕量，机械加工深度，mm。
最终，管子壁厚为Sj=Sj1+C， Sj1是按照强度条件确定的承受内压所需的管子壁厚。
3.管道应力许用值及安全性判据
压力管道的静力分析，主要考虑内压，持续外载 和热载荷的作用 。
由内压和持续外载在管道中引起的应力属于一 次应力，它的基本特征是非自限性；热载荷在 管道中引起的应力属于二次应力，它的特征是 有自限性；管道的局部形状突变等原因会造成 峰值应力，峰值应力的特征是结构不产生任何 显著的变形。
一次力：是由于外载荷作用而在管道内部产生的正 应力或剪应力。
二次应力 ：主要考虑的是由于热胀冷缩以及其它位 移受约束而产生的应力，有自限性，如温差应力。
峰值应力 ：是由于载荷、结构形状的局部突变而引 起的局部应力中的最高应力值，如管道中小弯曲半径处。
2.承受内压管子的强度计算
2.1承受内压管子的强度分析
（2）应力增大系数：管道在持续外载、热胀冷缩等位移 载荷作用下，在弯道、三通等薄壁管件上将产生局部的应 力集中。在进行应力计算时，要计入应力增大系数。没有 准确的理论计算公式可以得出应力增大系数，故工程上采 用试验研究得出的经验公式来计算。
5.管道补偿器
管道的热应力与管道柔性(即弹性)有关，因此在温度 较高的管道系统中，常常设置一些弯曲的管段或可伸缩的 装置以增加管道的柔性，减小热应力，这些能减小热应力 的弯曲管段和伸缩装置称为补偿器或伸缩器。
可能碰到的最苛刻的压力和温度组合工况的温度确定，同 一管道中的不同管道组成件的设计温度可以不同。
（4）壁厚附加量 壁厚附加量C=C1+C2； C1——材料厚度负偏差，按材料标准规定选取，mm； C2——腐蚀、冲蚀裕量，机械加工深度，mm。
最终，管子壁厚为Sj=Sj1+C， Sj1是按照强度条件确定的承受内压所需的管子壁厚。
3.管道应力许用值及安全性判据
压力管道的静力分析，主要考虑内压，持续外载 和热载荷的作用 。
由内压和持续外载在管道中引起的应力属于一 次应力，它的基本特征是非自限性；热载荷在 管道中引起的应力属于二次应力，它的特征是 有自限性；管道的局部形状突变等原因会造成 峰值应力，峰值应力的特征是结构不产生任何 显著的变形。
一次力：是由于外载荷作用而在管道内部产生的正 应力或剪应力。
二次应力 ：主要考虑的是由于热胀冷缩以及其它位 移受约束而产生的应力，有自限性，如温差应力。
峰值应力 ：是由于载荷、结构形状的局部突变而引 起的局部应力中的最高应力值，如管道中小弯曲半径处。
2.承受内压管子的强度计算
2.1承受内压管子的强度分析
（2）应力增大系数：管道在持续外载、热胀冷缩等位移 载荷作用下，在弯道、三通等薄壁管件上将产生局部的应 力集中。在进行应力计算时，要计入应力增大系数。没有 准确的理论计算公式可以得出应力增大系数，故工程上采 用试验研究得出的经验公式来计算。
5.管道补偿器
管道的热应力与管道柔性(即弹性)有关，因此在温度 较高的管道系统中，常常设置一些弯曲的管段或可伸缩的 装置以增加管道的柔性，减小热应力，这些能减小热应力 的弯曲管段和伸缩装置称为补偿器或伸缩器。
第三章 起重机计算载荷与许用应力
表3-3 视工作情况而定的动载系数K1
驱动方式及运行 条件 手动 机 轻级 中级 动 重级
动载系数K1
1．OO
1.10
1.30
1.50
此外，设备在运输过程中，因道路不平引起运输车辆振动，使设备本 身静自重增大。因此在验算设备强度时，应将其自重乘以动载系数K1， 作为运输工艺设计中的计算自重。 设备运输时的动载系数K1见表3-4。 表3-4设备运输时的动载系数K1
如图3-3所示，两片重叠的桁架，当风向垂直于桁架面时，总挡风面积为 A∑=Φ1A1+ηΦ2A2 (3—5) 式中A1——第一片桁架的轮廓面积； A2——第二片桁架的轮廓面积； Φ1——第一片桁架的充满系数； Φ2——第二片桁架的充满系数； η折减系数，根据比值b／h由表3—8、表3-9查得(h为桁架高度，b为两片桁 架间的垂直距离)。 两个箱形梁重叠时也可按上式计算，但间距b应是两箱形梁内侧的间距(见 图3—3(b))。
表3-2传动零部件的动力系数ψII值
零件名称 <7 低速轴零件 减速器高速轴 其余高速轴 1.10 1.30 起升机构按主起升速度分 8～15 1.20 1.40 16～ 40 1.30 1.50 2．OO >40 1.50 1.60
／m.min-1
机构名称 运行机构按运行速度分 <lO 1.50 20～50 2.00 >50 2.50 旋转机构按臂架端点切向速度分 50～100 1.50 2.20 2．OO >100～200 1.85 >200～350 2.20
离地(海) 面高度／m 陆上(h/10)0.3 海上及海岛 (h/10)0.2 10 1．00 1．00 20 1.23 1.15 30 1.39 1.25 40 1.51 1.32 50 1.62 1.38 60 1.71 1.43 70 1.79 1.47 80 1.86 1.52 90 1.93 1.55 100 1.99 1.58 110 2．05 1.61 120 2.11 1.64 130 2.16 1.67 140 2.20 1.69 150 2.25 1.72 200 2.45 1.82
第三章机械设计中零件的载荷应力
3、变应力作用下的强度问题
变应力下零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下
特征：
（1） 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极
限低，甚至比屈服极限低；
初始裂纹
（2） 不管脆性材料或塑性 轴 材料，其最终的断口均表现为无 明显塑性变形的脆性断裂；
疲劳区 (光滑)
（3） 疲劳断裂是损伤的积累
粗糙区
3、变应力作用下的强度问题
σ
疲劳曲线
强度条件：σ≤ [σ] lim
σrN
s
σlim = ？
σr
N
疲劳破坏与零件的变应力循环次数有关
N
N0
N — 应力循环次数
有限寿命区
无限
σrN — 疲劳极限（对应于N）
N0 — 循环基数
σr — 持久极限
rN m N 常数 r m N0
则 [ ] r 或 rN
s
s
m为随应力状态而不同的幂指数
由此得： rN r m N0 / N
变应力时，取 σlim = σr（无限寿命） 或 σlim = σrN（有限寿命）
二、刚度准则
零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机器 工作性能所允许的极限值[y]（许用变形量），就叫做满 足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式为 y≤[y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
弹性变形量y可按各种变形量的理论或实验方法来确定， 而许用变形量[y]则应随不同的使用场合，根据理论或经 验来确定其合理的数值。
三、寿命准则
：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
四、 振动稳定性准则 ：高速运转机械的设计应重视该准则。
五、 可靠性准则 ：确保零件在规定的使用寿命内正常工作的准则。
动载荷与交变应力
则 Fd K d Fst
Fd Fst 钢索中的动应力为 d K d K d st A A
st 为静载荷下钢索中的静应力
此时的强度条 件为
Fst m m
A
Fd
m m x
A
A
g a
d K d st [ ]
结论
x
G
G
G a g
只要将静载荷下的应力、变形，乘以动荷 因数Kd即得动载荷下的应力与变形。
例：一重量为 P的重物由高度为 h 的位置自由下落，与 一块和直杆AB 相连的平板发生冲击。杆的横截面面积 为A。求杆中的冲击应力。
解:重物是冲击物， 杆 AB（包括圆盘） 是被冲击物。
冲击物减少的势能：
A
A
P
B
V P(h d )
动能无变化：T 0
B
d
假使Δd为冲击发生后重物与平 板一起下降的最大位移, Pd为 重物与平板之间的相互作用力
惯性力：大小等于质点的质量 m 与加速度 a 的乘积， 方向与 a 的方向相反。
FIR ma
构件上除外加载荷外，再在构件的各点上加上 惯性力，则可按求静载荷应力和变形的方法， 求得构件的动应力和动变形。
例1：一起重机钢索以加速度 a 提升一重为 G 的物体，设钢索的横截面面积为 A ，钢索单位 体积的重量为 ，求距钢索下端为 x 处的 m-m A 截面上的应力。 Fst a g m m 解: 钢索的重力集度为 : A 物体的惯性力为:
（1） 不计冲击物的变形，且冲击物与被冲击物接触 后无反弹，成为一个运动系统。
（2）被冲击物的质量很小可略去不计，材料服 从胡克定律。
（3） 过程中只有势能、动能与应变能的转化， 略去其它能量的损失。
载荷和应力的分类
第七节 载荷和应力的分类一、载荷分类作用在机械零件上的载荷可分为静载荷和变载荷两类。
不随时间变化或变化较缓慢的载荷称为静载荷。
随时间变化的载荷称为变载荷。
在设计计算中，还常把载荷分为名义载荷与计算载荷。
根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷称为名义载荷，它没有反映载荷随时间作用的不均匀性、载荷在零件上分布的不均匀性及其它影响零件受载等因素。
因此，常用载荷系数K 来考虑这些因素的综合影响。
载荷系数K 与名义载荷的乘积即称为计算载荷。
二、应力分类按应力随时间变化的特性不同，可分为静应力和变应力。
不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力（见图1–2a ）。
随时间变化的应力称为变应力（见图1–2b 、c 、d ）。
绝大多数机械零件都是处于变应力状态下工作的。
a)b)c)d) 图1-2 静应力及边应力a)静应力 b)稳定循环变应力 c)不稳定循环变应力 d)随机变应力变应力可分为稳定循环变应力（见图1–2b ）、不稳定循环变应力（见图1–2c ）及随机变应力（见图1–2d ）。
瞬时作用的过载或冲击所产生的应力称为尖峰应力（见图1–2d ）。
稳定循环变应力的类型是多种多样的，但归纳起来有如图1–3所示的三种基本类型：（a ）非对称循环变应力；(b)脉动循环变应力；(c)对称循环变应力。
为了表示稳定循环变应力状况，引入下列变应力参数：s max –––变应力最大值；s min ––––变应力最小值；s m –––平均应力；s a –––应力幅；r –––循环特性。
如图1–3所示可知，s max=s m+s a；s min=s m–s a；s m=(s max+s min)/2；s a=(s max–s min)/2；r=s min/s max=(s m–s a)/(s m+s a)。
当r=+1时，表明s max=s min，即为静应力；当r=–1时，表明s max 与s min的数值相等但符号（即方向）相反，这类应力称为对称循环变应力；当r=0时，即s min=0，s m=s a=s max/2，这类应力称为脉动循环变应力。
材料力学动载荷和交变应力第1节 惯性力问题
100
3
s 1
60 106 7.85 10
3
m/s
87.4 m/s
由线速度与角速度关系
v
R
2n
60
R
2n
60
(D
d) 2
/
2
则极限转速为
n
120v (D d
)
120 87.4 3.14 (1.8 1.4)
r/min
1044 r/min
图，与飞轮相比，轴的质量可以忽略不计。轴的另一
端 A 装有刹车离合器。飞轮的转速为 n 100r/min ，
转动惯量为 J x 600 kg/m2，轴的直径 d 80mm。刹车
时使轴在 10 秒内按均匀减速停止转动。求轴内的最大
动应力。 解：飞轮与轴的角速度
y 制动离合器
0
2n
60
• Kd — 动荷系数：表示构件在动载荷作用下其内力 和应力为静载荷作用 Fst 下的内力和应力的倍数。
说明
Fst mg Axg
1） x
Fst
Fd
危险截面在钢 丝绳的最上端
d max
Kd st max
Kd
(
mg A
gxmax )
2）校核钢丝绳的强度条件 d max Kd st max [ ]
16
例11-4 钢质飞轮匀角速转动如图所示，轮缘外径
D 1.8 m，内径 d 1.4 m ，材料密度 7.85 103 kg/m3。 要求轮缘内的应力不得超过许用应力 [ ] 60 Mpa ，轮
材料力学第08章 动载荷与交变应力
x
r Ag r Aa
x
FNd FNst d Kd K d st A A
st为静荷载下绳索中的静应力
强度条件为 d K d st [ ]
P
P P a g
△d表示动变形 △st表示静变形
当材料中的应力不超过比 例极限时荷载与变形成正比
m
FNst
m
FNd
rAg
x
rAg rAa
2 st 42st 8h st 2h d st (1 1 ) 2 st 2h d st ( 1 1 ) K d st
2
st
2h 为动荷因数 其中 K d 1 1
st
Fd d Kd P st
Fd K d P
第八章
动载荷与交变应力
中北大学理学院力学系
第一节 第二节 第三节 第四节
概述 构件受加速度作用时的动应力 构件受冲击时的动应力计算 疲劳破坏及其特点
第五节
第六节 第七节
材料的持久极限
影响构件持久极限的因素 构件疲劳强度计算
总结与讨论
第一节 概述
一、基本概念
1、静荷载:荷载由零缓慢增长至最终值,然后保持不变.构件内各 质点加速度很小,可略去不计. 2、动荷载: 荷载作用过程中随时间快速变化,或其本身不稳定 （包括大小、方向）,构件内各质点加速度较大. 3、交变应力：构件内的应力随时间作交替变化。 4、疲劳失效：构件长期在交变应力作用下，虽然最大工作应力 远低于材料的屈服极限，且无明显的塑性变形，却往往发生突 然断裂。
（The point changes his location periodically with time under an unchangeable load）
机械设计中零件的载荷应力
s
s
Байду номын сангаас
σlim 、τlim — 极限正应力
s — 安全系数
塑性材料：σlim = σs ；τlim = τs 脆性材料：σlim = σb ；τlim = τb
σs、τs— 材料屈服极限 σb、τb— 材料强度极限
3、变应力作用下的强度问题
变应力下零件的损坏形式是疲劳断裂。疲劳断裂具有以下
特征：
（1） 疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极
三、寿命准则
：通常与零件的疲劳、磨损、腐蚀相关。
四、 振动稳定性准则 ：高速运转机械的设计应重视该准则。
五、 可靠性准则 ：确保零件在规定的使用寿命内正常工作的准则。
Rt ：可靠度——表示零件在规定的条件下和规定的时
间内完成规定功能的概率。
➢循环特征(应力比)： r
m in max
——表示应力变化的情况
对称循环— r = -1
脉动循环— r = 0
非对称循环— r≠ 0 且 |r| ≠ 1
静应力— r = +1
用σr 表示循环特征为 r 的变应力。如 σ-1、σ0等
1、载荷和应力
（3）几个应力参数
➢平均应力：
m
max min
二、刚度准则
零件在载荷作用下产生的弹性变形量y，小于或等于机器 工作性能所允许的极限值[y]（许用变形量），就叫做满 足了刚度要求，或符合刚度计算准则。其表达式为 y≤[y]
y——可以是挠度、偏转角或扭转角
弹性变形量y可按各种变形量的理论或实验方法来确定， 而许用变形量[y]则应随不同的使用场合，根据理论或经 验来确定其合理的数值。
N
N0
N — 应力循环次数
1-6载荷和应力的分类
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3
稳定循环变应力的基本类型
稳定循环 变应力有 非对称循 环变应力、 脉动循环 变应力和 对称循环 变应力三 种基本类 型，如图 1-10所示。
广水市职教中心 4
变应力参数
σ max—变应力最大值；σ min—变应力最小值； σ m—平均应力；σ a—应力幅；γ—循环特性 平均应力 应力幅 循环特性
如图1-10b，其σ a= σ m= σ
max/2；
广水市职教中心
7
静应力
当γ=+1时，σmax=σmin，即为静应力，静应 力可看作变应力的特例，如图1-10c；
广水市职教中心
8
非对称循环变应力
当γ为任意值时（ γ≠+1，-1，0），这类应力 统称为非对称循环变应力，如图1-10d。
广水市职教中心
广水市职教中心 10
P26：习题：1-14（做在课本上）
广水市职教中心
11
按应力随时间变化的特性不同，可分为静应力和变 应力。
不随时间变化或变化缓慢的应力称为静应力，如图1-9a
所示。 随时间变化的应力称为变应力，如图1-9b、c、d所示， 绝大多数机械零件都是在变应状态下工作的。
变应力可分为稳定循环变应力（图1-9b）、不稳定循环变应力
（图1-9c）及随机变应力（图1-9d）。
名义载荷是根据额定功率用力学公式计算出作用在零件
上的载荷，它是机器在理想平稳的工作条件下作用在零 件上的载荷。 计算载荷是考虑实际时间载荷随时间作用的不均匀性、 载荷在零件上分布的不均匀性以及其他因素的影响而得 到的载荷。
计算载荷=名义载荷×载荷系数K（K>1）
起重机计算载荷与许用应力课件
起重机计算载荷与许用 应力课件
contents
目录
• 引言 • 起重机载荷计算 • 许用应力的概念与计算 • 起重机材料与许用应力 • 起重机设计中的载荷与许用应力 • 起重机安全评估与许用应力 • 案例分析
01
引言
课程背景
起重机在工业生产中 广泛应用，是重要的 搬运设备之一。
Байду номын сангаас
随着工业技术的发展 ，对起重机性能和安 全性的要求不断提高 。
工艺因素调整
根据材料的加工工艺、热处理等因素对材料许用应力 进行调整。
特殊要求调整
根据设备特殊要求或特定工作条件，对材料许用应力 进行调整。
05
起重机设计中的载荷与许用应力
起重机设计的基本原则
安全可靠
起重机设计应确保在正常 工作条件下能够安全、可 靠地完成作业任务，并具 有一定的安全系数。
经济合理
载荷与许用应力之间需要满足 一定的关系，以确保起重机的 安全性和可靠性。
起重机设计中的载荷处理
载荷分析
对起重机所承受的各类载荷进行 详细分析，包括载荷的大小、方
向、作用点和分布情况等。
载荷组合
根据实际工况和作业要求，对各类 载荷进行组合，以确定最不利的工 作状态。
载荷校核
根据分析得出的载荷数据，对起重 机的关键部件进行强度和稳定性校 核，以确保其安全性和可靠性。
案例三：起重机安全评估的实践案例
安全评估方法
采用多种安全评估方法，如风险矩阵法、故障树分析法等， 对起重机进行全面的安全评估。
安全评估实践
结合实际使用情况，对起重机的安全性能进行评估，并提出 相应的改进措施和建议。
THANKS
感谢观看
安全操作规程
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目录
• 引言 • 起重机载荷计算 • 许用应力的概念与计算 • 起重机材料与许用应力 • 起重机设计中的载荷与许用应力 • 起重机安全评估与许用应力 • 案例分析
01
引言
课程背景
起重机在工业生产中 广泛应用，是重要的 搬运设备之一。
Байду номын сангаас
随着工业技术的发展 ，对起重机性能和安 全性的要求不断提高 。
工艺因素调整
根据材料的加工工艺、热处理等因素对材料许用应力 进行调整。
特殊要求调整
根据设备特殊要求或特定工作条件，对材料许用应力 进行调整。
05
起重机设计中的载荷与许用应力
起重机设计的基本原则
安全可靠
起重机设计应确保在正常 工作条件下能够安全、可 靠地完成作业任务，并具 有一定的安全系数。
经济合理
载荷与许用应力之间需要满足 一定的关系，以确保起重机的 安全性和可靠性。
起重机设计中的载荷处理
载荷分析
对起重机所承受的各类载荷进行 详细分析，包括载荷的大小、方
向、作用点和分布情况等。
载荷组合
根据实际工况和作业要求，对各类 载荷进行组合，以确定最不利的工 作状态。
载荷校核
根据分析得出的载荷数据，对起重 机的关键部件进行强度和稳定性校 核，以确保其安全性和可靠性。
案例三：起重机安全评估的实践案例
安全评估方法
采用多种安全评估方法，如风险矩阵法、故障树分析法等， 对起重机进行全面的安全评估。
安全评估实践
结合实际使用情况，对起重机的安全性能进行评估，并提出 相应的改进措施和建议。
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安全操作规程
动载荷与交变应力
max m a
min m a
r min max
σ
8、脉动循环
交变应力变动于某一应力与零之间 max a
max max min 0
a
max
2
m
r0
o
或
max 0
min max
a
min
2
m
r
9、 静应力
σ
应力保持某恒定值不变
max min m
5、研究意义
实例
惯性载荷
冲击载荷
振动载荷（Tacoma大桥共振断裂）
交变载荷（交变载荷引起疲劳破坏）
16.2 构件作匀加速直线运动或匀速转动时旳动应力计算
16.2.1 构件作匀加速直线运动时旳动应力计算 1、此类问题旳特点:
加速度保持不变Βιβλιοθήκη 加速度数值保持不变，即角速度w = 0
2、处理此类问题旳措施: 牛顿第二定律 动静法（达朗伯原理）
g
[ ]
16.3 构件受冲击时旳应力与变形
一、构件受冲击时旳应力和变形 当运动物体（冲击物）以一定旳速度作用在静
止构件（被冲击物）上时，被冲击物体将受到很 大旳作用力（冲击载荷），这种现象称为 冲击
此类问题在工程中非经常见，例如 : 打桩、锻打工件、凿孔、高速转动飞轮制动等。
构件受冲击时旳应力和变形
弹性支承情况下旳冲击应力:
Q h
st
Ql 3 48EI
Q 2k
....... 5.08mm
l/2
l/2
kd 1
1 2h ....... 5.55 st
(b)
st
Ql 4W
..... 2.43MPa
d 5.55 2.43 13.5MPa
载荷与应力的关系
载荷与应力的关系载荷与应力的关系是力学中的基本概念，理解它对于实现可靠的结构设计和安全性能至关重要。
本文将从以下几个方面介绍载荷与应力的关系。
一、定义载荷是指施加在物体上的外力，它可以是重力、压力、拉力、剪力等。
而应力则是物体受到载荷作用后所产生的内部应力，它可以是张应力、压应力、剪应力等。
具体而言，应力就是单位面积内物体内部所受到的力的大小。
二、关系载荷与应力之间呈现出一种直接的比例关系，也就是载荷越大，内部所受到的应力就越大。
这是因为在受力物体内部，快速的传播作用力，直至传到物体的另一面，形成的反作用力与先前的作用力相对称。
当载荷施加足够大的力作用在物体上时，物体内部将会出现应力过大的情况，这种情况下就可能会导致构件的损坏。
三、影响外界环境改变会影响到物体的诸如尺寸、应力等相关参数，而这可能导致物体承受载荷的能力受到影响。
载荷的大小不同，所导致的应力情况也不同，而应力过大就会使物体变形、断裂、疲劳等。
因此，人们在设计和构造建筑物、车辆、飞机等各类物品时，一定要根据相关条件计算好承受载荷的能力和内部应力的大小，以此保证其使用安全。
四、应用在现实生活中，载荷与应力的关系被广泛应用于建筑、桥梁、机械、船舶等大型工程的构造设计过程中。
在这些领域，人们需要充分了解，计算和估算各个构件所能够承受的载荷大小以及相关的应力参数，以此来确保整个结构的安全性，减少安全事故的发生。
综上所述，载荷与应力之间呈现出一种直接的比例关系，同时它们的大小在很大程度上影响了物体在承受各种外部环境和作用下的行为特性。
因此，我们需要在实际应用中充分利用载荷与应力的相关原理，以此来保证整个结构的稳定性和安全性。
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1-2载荷与应力
一、载荷分类
一、载荷分类
1、载荷性质
F
静载荷：F F(t) 常矢
周期 F
变载荷：F F (t) 变矢 随机F
t
t
2、载荷算法
t
原动机功率 名义载荷F ：
公式推算 F
工作机阻力 （理想工况）
计算载荷Fca ： Fca =K F
K—载荷系数：考虑外载变化、载荷分布不均等
1-2载荷与应力
σmax
σmin
σa
σm
t
应力循环特性：r= σmin /σmax (-1≤ r ≤+1)
(变应力用五个参数描述，知二可求其他)
σ 2、对称循环变应力
σ
t σm =0 ；r= -1
3、脉动循环变应力
σmin =0； r= 0
4、静应力 σ
t t σa=0 ;r= +1
二、应力分类
二、应力分类
1、静应力：
(t)
常矢
σ
t
2、变应力： (t ) 变 矢
σ (1)稳定变应力
tσ
规律性、非稳定
(2) 非稳定变应力 随机σ
T
t
t
1-2载荷与应力
三、变应力的参数
Hale Waihona Puke 三、变应力的参数σ
1、非对称循环变应力
平均应力：σm=(σmax+σmin)/2 应 力 幅：σa=(σmax -σmin)/2
一、载荷分类
一、载荷分类
1、载荷性质
F
静载荷：F F(t) 常矢
周期 F
变载荷：F F (t) 变矢 随机F
t
t
2、载荷算法
t
原动机功率 名义载荷F ：
公式推算 F
工作机阻力 （理想工况）
计算载荷Fca ： Fca =K F
K—载荷系数：考虑外载变化、载荷分布不均等
1-2载荷与应力
σmax
σmin
σa
σm
t
应力循环特性：r= σmin /σmax (-1≤ r ≤+1)
(变应力用五个参数描述，知二可求其他)
σ 2、对称循环变应力
σ
t σm =0 ；r= -1
3、脉动循环变应力
σmin =0； r= 0
4、静应力 σ
t t σa=0 ;r= +1
二、应力分类
二、应力分类
1、静应力：
(t)
常矢
σ
t
2、变应力： (t ) 变 矢
σ (1)稳定变应力
tσ
规律性、非稳定
(2) 非稳定变应力 随机σ
T
t
t
1-2载荷与应力
三、变应力的参数
Hale Waihona Puke 三、变应力的参数σ
1、非对称循环变应力
平均应力：σm=(σmax+σmin)/2 应 力 幅：σa=(σmax -σmin)/2