动载荷是指随时间作明显变化的载荷,即具有较大加载
速率的载荷,包括短时间快速作用的冲击载荷(如空气锤)、随时间作
周期性变化的周期载荷(如
空气压缩机曲轴)和非周期变化的随机载荷(如汽车发动机曲轴)。
在工程实际中,有多高速运行的构件,如涡轮机的长叶片旋转时由
离心惯性力引起的
应力可达相当大的数值;高速转动的
砂轮由于离心惯性力而有可能炸裂;汽锤在
锻造坯件时,瞬间的冲出载荷能使锤杆的应力高出静应力几倍到几十倍。这种由加速度引起的载荷一般称为动载荷。
构件受极大速度的冲击载荷作用,将引起
材料力学性能的很大改变。由于问题的瞬时性与复杂性,工程上常采用基于能量守恒原理的能量法进行简化分析计算。
构件内材料
质点的
应力作
周期性变化。它将引起材料强度的明显变化,并导致构件疲劳破坏。
构件所承受的载荷由零开始缓慢地增加到某一值后,就保持不变,在加载过程中,构件内各点的加速度很小,可以忽略不计。因此,可认为构件自始至终处于平衡状态。这类问题称为静载荷问题。
试验结果表明,材料在动载荷下的弹性性能基本上与静载荷下的相同,因此,只要应力不超过比例极限,
胡克定律仍适用于动载荷下应力、应变的计算,
弹性模量也与静载荷下的数值相同。
静载荷和动载荷对于构件的作用是不同的。例如
起重机中以加速度提升的绳索。当物体静止不动或以等速上升时,绳索所受拉力等于物体的重量,物体的重量对绳索为静载荷作用。但是如果绳索吊着物体以加速度上升,绳索就要受到较大的拉力。这时物体的重力便引起了动载荷作用。
在工程中,构件受动载荷作用的例子很多。例如,
内燃机的连杆、机器的飞轮等,在工作时它们的每一微小部分都有相当大的加速度,因此是动载荷问题。
当发生碰撞时,载荷在极短的时间内作用在构件上,在构件中所引起的
应力可能很大,而材料的强度性质也与静载荷作用时不同,这种应力称为冲击应力。
此外,当载荷作用在构件上时,如果载荷的大小经常作
周期性的改变,材料的强度性质也将不同,这种载荷作用下的应力成为交变应力。
惯性力与
达朗贝尔原理:做加速度运动物体的惯性力大小等于物体的质量m和加速度a的乘积,方向与a相反。假想在每一具有加速度的运动
质点上加上
惯性力,则物体(质点系)作用的原力系与惯性力系将组成平衡力系。这样就可以把动力问题形式上作为
静力学问题来处理,这就是达朗伯原理。
此处
下标i表示冲击物与受冲击构件发生冲击前那一瞬时的各量。下标d为冲击过程结束那一瞬时的各量,瞬时受冲击构件达到最大冲击变形。、、为瞬时系统的动能、重力
势能和弹性变形能。、、为瞬时系统的动能、重力势能和弹性变形能。