11141

Динамическое нагружение

Реферат

Математика и математический анализ

Динамическое нагружение. Понятие о динамическом действии нагрузки. Ранее во всех рассмотренных нами задачах предполагалось что действующие нагрузки статические т. е. не изменяющиеся стечением времени. При проектировании машин обычно сталкиваются с деталями находя

Русский

2013-04-05

485.5 KB

80 чел.

Динамическое нагружение.


Понятие о динамическом действии нагрузки.

Ранее во всех рассмотренных нами задачах предполагалось, что действующие нагрузки статические, т. е. не изменяющиеся стечением времени. При проектировании машин обычно сталкиваются с деталями, находящимися в неравномерном движении, что приводит к появлению инерционных нагрузок.

Примером статической нагрузки или статического действия нагрузки может послужить действие подвешенного на цепи груза. Это действие остается статическим, если груз будет подниматься цепью с постоянной скоростью. Но тот же груз, поднимаемый цепью с ускорением, будет действовать на цепь динамически. Для расчета цепи в данном случае мы должны учесть не только вес груза, но и силу инерции груза.

Для примера рассмотрим расчет равномерно вращающегося тонкого кольца (рис. 2.11.1, a)

Рис.2.11.

Для расчета примем следующие обозначения:

- средний радиус кольца;

- площадь поперечного сечения;

- удельный вес материала;

- угловая скорость кольца;

- ускорение силы тяжести.

Рассмотрим бесконечно малый элемент кольца массой , вырезанный двумя плоскостями, составляющими центральный угол  (рис. 2.11.1, б)

Элементарная сила инерции

(2.11.1)

Элементарная масса, выраженная через площадь сечения кольца

(2.11.2)

Элементарная сила инерции с учетом (2.11.02) будет равна

(2.11.3)

Для определения  продольной силы  в поперечном сечении кольца рассмотрим равновесие половины кольца под действием двух продольных сил  и суммы вертикальных составляющих элементарных сил инерций:

откуда

(2.11.4)

Полагая, что в тонком кольце все волокна растягиваются одинаково, найдем напряжение в сечении кольца

(2.11.5)

Определим теперь, на сколько удлинится радиус вращающегося кольца. Относительное удлинение волокон кольца равны:

Из закона Гука

Откуда

(2.11.6)

Удар

К динамическому  виду нагрузки относится так же ударная нагрузка. С явлением удара приходиться иметь дело, когда скорость рассматриваемого элемента конструкции или соприкасающихся с ним частей в очень короткий промежуток времени изменяется на конечную величину. Определение силы удара весьма затруднительно, так как неизвестно время соударения, поэтому в инженерной практике обычно пользуются энергетическим методом. В качестве примера рассмотрим систему с одной степенью свободы (, а), которая представляет собой пружину с коэффициентом жесткости  и падающий на нее груз массой  с высоты

Рис.2.11.

Груз  при касании пружины будет обладать кинетической энергией , которую можно выразить через скорость  груза в момент касания или высоту :

(2.11.7)

После того, как груз коснется пружины, он начет деформировать пружину. Кода вся кинетическая энергия груза перейдет в потенциальную энергию сжатой пружины, груз остановится (, б), пружина получит свою наибольшую динамическую деформацию , а сила, сжимающая пружину, достигнет максимума. При составлении энергетического баланса здесь нужно учитывать изменение потенциальной энергии  груза на динамической деформации :

. (2.11.8)

Упругая энергия  сжатой пружины

(2.11.9)

Составим энергетический баланс

или

,

который перепишем в следующем виде

(2.11.10)

Рассматривая статическое равновесие упругой системы (, в), отношение силы тяжести груза к жесткости пружины равно статической деформации пружины :

Получили квадратное уравнение, из которого динамическая деформация определится как

(2.11.11)

Поскольку знак минус в этом выражении не соответствует физической стороне рассматриваемой задачи, следует сохранить знак плюс. Запишем выражение (2.11.11) в виде

(2.11.12)

Величину, стоящую в скобках называют коэффициентом динамичности

(2.11.13)

Коэффициент динамичности, выраженный через скорость груза в момент касания пружины с учетом выражения (2.11.7) будет равен

(2.11.14)

Окончательно динамическая деформация пружины определится как

(2.11.15)

Динамический коэффициент показывает, во сколько раз деформация при ударе больше деформации при статическом приложении нагрузки. В том же отношении изменяются внутренние силы и напряжения:

(2.11.16)

Из анализа выражения (2.11.14) видно, что коэффициент динамичности зависит от кинетической энергии падающего груза. В случае, если груз опускается на упругую систему мгновенно без начальной скорости, динамическая деформация уже вдвое превышает статическую. Соответственно в два раза большими оказываются и напряжения.

Коэффициент динамичности, а, следовательно, и динамические напряжения, также зависят от жестокости упругой системы. При большей жесткости статические деформации имеют меньшие значения, а динамические напряжения при этом увеличиваются. Поэтому снижение напряжений при ударе может быть достигнуто уменьшением жесткости системы.

Зависимости для определения динамических напряжений и деформаций, полученные на примере падения груза на пружину применимы и для других упругих систем (расчет на удар при растяжении – сжатии, кручении и изгибе).

В каждом случае придерживаются следующего порядка расчета:

а) в месте падения груза к упругой системе прикладывают статическую нагрузку, равную весу падающего груза;

б) определяют статическую деформацию упругой системы;

в) определяют напряжения в материале, возникающие от приложения статической нагрузки;

г) определяют коэффициент динамичности;

д) определяют динамические напряжения и деформации.

е) сравнивают напряжения при ударе с допускаемыми напряжениями:

(2.11.17)

Обычно коэффициент запаса  принимают равным .

Полученные выше выражения получены без учета массы упругой системы, к которой прикладывается ударная нагрузка. Учет массы дает меньшие значения динамических напряжений, поэтому, рассчитывая конструкции без учета ее массы, мы получаем дополнительный запас прочности.

В некоторых случаях динамические напряжения не могут быть определены через коэффициент динамичности. Для примера рассмотрим стальной стержень, который падает с высоты  таким образом, что, оставаясь горизонтальным, он ударяется о жесткие опоры. Длина стержня , диаметр , удельный вес материала .

Рис.2.11.

Полагаем, что вся кинетическая энергия , запасенная падающим стержнем до достижения им опор, полностью перейдет в энергию деформации  стержня.

Потенциальная энергия деформации

Изгибающий момент в произвольном сечении балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой

Кинетическая энергия стержня в момент касания о жесткие опоры

Определим интенсивность инерционной равномерно распределенной нагрузки , из условия , или .

.

Тогда максимальный изгибающий момент

Определяем максимальное динамическое напряжение в падающем стержне

Механические свойства материалов при ударе

Для проверки способности материала сопротивляться ударным нагрузкам проводят испытания ударным изгибом – определение ударной вязкости надрезанных образцов. Эти испытания проводят на маятниковых копрах (, а). На рис. 2.11.4, б показан применяемый при испытании образец. Разность высот маятника до и после удара позволяет вычислить работу , израсходованную на разрушение образца.

Ударной вязкостью материала называется величина раоты разрушения образца, отнесенная к площади поперечного сечения в месте надреза:

(2.11.18)

Рис.2.11.

Данные об ударной вязкости не могут быть использованы при расчете на прочность, но они позволяют оценить особое качество металла – его склонность к хрупкости при динамических нагрузках. Низкая ударная вязкость служит основанием для браковки материала. Стали, применяемые для изготовления деталей, работающих при динамических нагрузках, должны иметь ударную вязкость не менее  -  Дж/м2.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14657. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА 282.5 KB
  Лабораторная работа №1 на тему: ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЛАЖНОГО ВОЗДУХА 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Научиться определять параметры влажного воздуха: с помощью психрометров Августа и Ассмана; с помощью i d диаграммы влажного воздуха; расчётными методами. 2....
14658. Определение износа основных деталей компрессоров 95.5 KB
  Лабораторная работа: Определение износа основных деталей компрессоров I Общие положения Цель занятий Получить и закрепить навыки по определению износа основныхдеталей компрессоров и сравнить его с допустимыми нормами износа этихчастей определить
14659. Практические навыки работы с микропроцессором Intel 80х86 68 KB
  Вариант №2 Лабораторная работа №1. Цель работы: приобрести практические навыки работы с микропроцессором Intel 80х86 изучить возможности устройства Intel 80х86 практически освоить режимы его работы. № п/п 1ое слагаемое ...
14660. Изучение арифметических команд и команд пересылки данных 68 KB
  Рузанов И.В. 3922 Вариант №1 Лабораторная работа №1. Цель работы: приобрести практические навыки работы с микропроцессором Intel 80х86 изучить возможности устройства Intel 80х86 практически освоить режимы его работы. № п/п 1ое слаг
14661. Организация условных переходов 50 KB
  Вариант №5 Часть вторая. Лабораторная работа 1 Организация условных переходов Из имеющегося массива чисел осуществить выборку тех которые имеют четное число единиц. № вар. Исходный массив 5 ...
14662. Монтаж малой холодильной установки 79 KB
  Отчет по лабораторной работе №3 на тему: Монтаж малой холодильной установки Место работы Лаборатория холодильных установок Оборудование и материалы Холодильная машина ФАК 1.5 батареи ИРСН терморегулируюший вентиль ТРВ2М медные трубки гайки набор монтаж
14663. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ И ИНТЕГРИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ 658 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ И ИНТЕГРИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ Цель работы: ознакомление с принципом действия основными свойствами и параметрами дифференцирующих и интегрирующих цепей установление условия дифференцирования и интегрирования о...
14664. СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ 247.75 KB
  СТАТИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ Руководство к лабораторным работам и КНИР для студентов специальностей 110500 Металловедение и термическая обработка металлов; 070900 Физика металлов; 071000 Материаловедение и технология новых материалов направления 551600 ...
14665. Определение параметров пласта по кривой восстановления давления (КВД) в возмущающей скважине 954 KB
  ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Определение параметров пласта по кривой восстановления давления КВД в возмущающей скважине. В ходе выполнения данной лабораторной работы студенты знакомятся с одним из методов обработки кривых восстановления давления в скважинах. По результ...