2018考研《材料力学》笔记(14)动载荷 疲劳
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发布时间：2024-04-13 02:47
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时间：2024-05-17 10:02
动静法，作为动荷载问题的基础方法，其核心在于在有加速度的结构中引入与加速度方向相反的惯性力，以模拟理想状态下物体的平衡。这种方法适用于解决匀加速直线运动、匀速旋转和已知加速度的构件，通过平衡力系的建立，求解动荷因数或动荷应力。然而，能量法则更倾向于解决冲击载荷问题，它假定在冲击过程中，动能和势能的转化全部转化为内部应变能，遵循能量守恒定律。冲击应力的计算则基于一系列假设，如忽略冲击物的变形、冲击后无回弹等，这是一种近似方法，但能有效估算受冲击杆件的应力分布。
匀加速直线运动和匀速运动的特点在于加速度恒定或方向变化，此时可以应用动静法，通过绘制受力图，利用牛顿第二定律求解惯性力，然后通过平衡方程求得内力。冲击问题则由于速度急剧变化，导致应力状态复杂，能量法成为解决的首选，通过冲击动荷系数的计算，估算出冲击下的动应力和动变形。
循环应力与持久荷载是另一种动荷载形式，它表现为随时间周期性变化的应力。当循环应力的最大值低于材料的强度极限，即使小于屈服值，也可能引发疲劳失效。疲劳断裂过程通常伴随着光滑区和粗糙区的特征，而疲劳极限和持久极限的确定，则受应力集中、尺寸、表面质量等因素影响。
在设计中，疲劳强度条件对于循环正应力和切应力的考虑有所不同，对于对称循环，有明确的强度条件，而对非对称循环，需要考虑材料的应力循环不对称性敏感系数。弯扭组合变形时，需要综合考虑多种应力因素，循环特征的大小直接影响疲劳失效的风险。
总之，动载荷问题的解决策略既需要精确的力学分析，也离不开对材料特性的深刻理解。理解并应用这些方法，工程师们才能确保机械元件在复杂工况下稳定运行，延长使用寿命。
