第十一章组合变形(讲稿)材料力学教案(顾志荣).

第十五章动荷载

一、教学目标和教学内容

1、教学目标

通过本章学习，唤起学生对动荷载问题的注意。

让学生知道动荷载问题的两个方面，目前应当掌握在较简单的工程问题中，动荷载引起杆件的应力、应变和位移的计算。对于材料在动荷载下的力学行为，以后根据工作的需要再进一步补充学习。

让学生掌握动荷载问题的基本知识，如杆件作等加速运动时的应力计算，作等速旋转圆盘的应力分析，简单的自由落体冲击和水平冲击，以及循环应力问题的有关概念。

能够深刻认识动荷系数概念，并能够熟练地进行杆件作等加速运动时的应力计算，作等速旋转圆盘的应力分析，完成简单的自由落体冲击和水平冲击的计算。

2、教学内容

介绍杆件作等加速运动拉伸、压缩及弯曲时的应力计算。介绍等角速度旋转的动荷应力计算。

讲解简单冲击时，能量守恒的基本方程，分别导出自由落体冲击和水平冲击时的动荷系数公式，及杆件经受冲击时的应力计算公式。

二、重点难点

重点。建立三类动荷载概念。

掌握杆件作等加速运动时的应力计算。作等速旋转圆盘的应力分析。

简单的自由落体冲击和水平冲击问题的计算难点。对动静法和动荷系数的理解。

对于动荷载问题与静荷载问题的联系与区别。

1在简单冲击问题中，被冲击杆件冲击点的相应静荷位移的理解和计算，特别是水平冲击时的静荷位移的理解和计算。

三、教学方式

采用启发式教学，通过提问，引导学生思考，让学生回答问题。

四、建议学时3学时

五、实施学时

六、讲课提纲

（一）概念（动荷载的概念）

1、静荷载：

作用在构件上的荷载由零开始，逐渐（平缓、慢慢）地增长到最终值，以致在加载过程中，构件各点的加速度很小，可以不计；荷载加到最终值保持不变或变动的不显著的荷载，称之为静荷载。

2、动荷载：

如果构件本身处于加速度运动状态（高层、超高层建筑施工时起吊重物；这些建筑物中运行的电梯—惯性力问题）；或者静止的构件承受处于运动状态的物体作用（落锤打桩，锤头猛烈冲击砼桩顶—冲击问题）；地震波引起建筑物晃动（构件在振动状态下工作—振动问题）；机械零件在周期性变化的荷载下工作（交变应力疲劳问题），则构件受到荷载就是动荷载。

3、动荷载与静荷载的区别

静荷载。构件在静止状态下承受静荷载作用。由零开始，逐渐缓慢加载，加到终值后变化不大、加速度很小，可以略去不计。

2动荷载。在动荷载作用下，构件内部各质点均有速度改变，即发生了加速度，且这样的加速度不可忽略。

区别。加速度可忽略与不可忽略。

4、虎克定律的适用问题

实验结果表明，只要应力不超过比例极限，虎克定律仍适用于动荷载的应力、应变的计算，弹性模量与静荷载的数值相同。

5、本章讨论的问题

⑴惯性力问题。构件在加速度运动时的应力计算；构件在匀速转动时应力计算（构件上各点有向心加速度）。

⑵冲击问题。垂直冲击；水平冲击。

（二）惯性力问题

1、惯性力的大小与方向

对于加速度为a的质点，惯性力等于质点的质量m与其加速度a的乘积，即惯性力大小。

fima─────────────（a）若构件的重量为g，重力加速度为g，则质点的质量

mg─────────────（b）g则质点的惯性力

figa

─────────────（c）g惯性力的方向与加速度a的方向相反。

2、动静法——达朗贝尔原理。

达朗贝尔原理指出，对作加速度的质点系，若假想地在每一质点上加上惯性力，则质点系上的原力系与惯性力系组成平衡力系。这样，就可把动力学问题在形式上作为静力学问题来处理。这就是动静法。

3、构件在加速度直线运动时的应力和变形计算。⑴动荷载系数kd

例如有一绳索提升重量为g的重物（如下图）。

图13-1则fy0