动载荷

什么是动载荷

动载荷是指随时间作明显变化的载荷,即具备较大加载速率的载荷。

动载荷产生的原因

工程实际中常见的动载荷一般产生于以下几个原因:

(1)加速度引起的动载荷

例如起重机加速起吊重物时,吊索受到因加速度而产生的附加载荷作用;飞轮作匀速转动时因法向加速度而使轮缘受到附加载荷作用。

(2)冲击载荷或突加载荷

这种载荷的特点是在极短的时间内将载荷加在被冲击的构件上,例如锤对桩的冲击力,炸药对物体的爆破力等。冲击载荷对构件的作用力远远大于静载荷。

(3)振动载荷

这种载荷的特点是其大小和方向都随时间作周期性变化,例如机器中具备偏心质量的转动部分在运转时对厂房及其基础的作用力。

动载荷系数

(1)运行冲击系数α1

起重机

式中v——运行速度,m/s;

——轨道接缝处两轨道面的高度差,mm;

β——经验系数,β = 0.058,。

(2)起升冲击系数α2

α2
0.9≤α2≤1.1

(3)起升载荷动载系数α3

α3 α3 α3

式中b——操作系数,b = v0 / v

v0——起升质量离地瞬间的起升速度,m/s;

v——额定起升速度,m/s;

σ——结构质量影响系数;

g——重力加速度,m/s

β0——在额定起升载荷作用下,下滑轮组对上滑轮组的位移量,m;

x0——在额定起升载荷作用下物品悬挂处的结构静变位移,m。

(4)突然卸荷冲击系数α4

α4

式中r——起重机的系数,对于电磁起重机或类似的起重机,r=1.0;对于抓斗起重机或

类似起重机,r=0.5;

△m——起升质量中突然卸去的那部分质量,kg;

m——起升质量,kg。

动载荷计算的基本方式

1.物体作一般加速度时的动荷问题

惯性力与动静法作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。假想在每一具备加速度的运动质点上加上惯性力,则物体(质点系)上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在形式上作为静力学问题来处理,这就是达朗伯原理。此时物体(构件)的许用应力仍然取静荷强度。

2.冲击问题

(1)冲击问题的力学模型

冲击问题的特点是构件内材料质点在极短时间内承受速度很大的载荷,获得很大的和。这是一个非常复杂的能量传递、转化和耗散历程。工程上采用偏于保守的能量平衡方程来近似估算被冲击物所受冲击载荷与冲击应力。它把冲击物与受冲击物(构件)简化为一个质量与一个弹簧构成的冲击系统并略去冲击历程中声、热、振动等的能量传递与耗散。

(2)冲击系统的能量平衡方程
Ti + Vi + Ui = Td + Vd + Ud(1)
ti tf tf δd Ti,Vi,Ui ti Td,Vd,Ud tf δd Qd δst σst
或(2)
(3)冲击能量平衡方程对自由落体冲击问题的应用
tf δd Qd Wd
δd Qd δd 变量
δd = Kdδst,Pd = KdQd = Kdσst(3)
(4a)
Ti Ti = Qh
(4b)

3.受迫振动的动应力

(1)干扰力S设按正弦规律变化,S=Hsinωt,H为干扰力幅值(最大值),ω为角频率,ωt是相位;

(2)重物(质点)重力Q略去构件(弹簧)质量;

(3)弹簧恢复力FF=C(δst+x),δst为弹簧在Q作用下的静位移,x为质点在振动瞬时的位置;

(4)阻力RR=r,r为阻尼的阻力系数,为质点的运动速度;

(5)质点惯性为P
(5)
ω0 x = x1 + x2 x1 x2
x = x2=Bsin(ωt+ε)
振幅
B = βδH(6)
δH
(7)
(8)
δd,max = B + δstd,max = Kdσst(9)
(10)
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