第三章动态载荷分析.ppt

第三章动态载荷分析?学****目的与要求: ?????重点: ?1、疲劳寿命及疲劳强度计算?2、塑料件的热平衡计算?课时 1h 1第三章动态载荷分析? 疲劳强度?塑料件在周期性变化的载荷作用下,通常比金属材料所呈现的力学特性更为复杂。这是由于它们有明显的粘弹性、导热性差所引起的。在动态载荷下,塑料件设计必须首先考虑的是疲劳强度。? 交变应力和持久极限?塑料件的疲劳破坏是由于交变应力引起的。如:齿轮、皮带传动。?交变应力与时间关系见 P44 图 3-1 ?平均应力σ m=(σ max+ σ min ) /2 ?应力幅度σ a=(σ max- σ min ) /2 ?交变应力特征Υ=σ min /σ max σ max =σ m+σ aσ min =σ m-σ a2 疲劳强度? 在实际工作中交变应力有几种情况 1 转动轴在弯曲交变应力工作σ max =-σ min 对称情况?Υ=-1 σ m =0 σ max =σ a ? 2 对于脉动循环?Υ=0 σ a =σ m=σ max /2 ?Υ=1 σ a =0 σ max =σ min =σ m 3 疲劳强度? 疲劳实验及影响因素?常用的疲劳实验机有拉压和弯曲两种。试样有:无缺口、有缺口两种。?影响因素: ?1频率较高的频率会产生热软化效应,应在较低载荷的频率 -10Hz ? 2 平均应力和应力幅度? 3 负荷的波形? 4 大多数高分子材料在惰性环境中的疲劳寿命,比在化学浸蚀性介质中的疲劳寿命长。? 4 疲劳强度? 5 实验环境温度提高会使疲劳寿命降低。? 6 高分子质量的疲劳强度高;结晶度提高和交联度降低会增加疲劳寿命。? 7 加工后的塑件形态变化对疲劳寿命也有影响。茹取向提高疲劳寿命。? 8 在恒定应力下,在交变应变作用下的高聚物的疲劳寿命,随着应变幅的提高而降低。? 疲劳寿命计算见 P46-48 5 疲劳强度? 疲劳强度的计算?可利用材料的疲劳曲线和数据,确定塑件的疲劳寿命和疲劳极限条件。对一些重要场合,直接对塑件进行疲劳强度实验。?塑料件的缺陷特征:表面的凹凸尖角、缺口、沟槽、圆孔和壁厚突变外,还包栝切削痕、凹坑、流痕和擦伤等,都是形成应力集中的因素。不考虑材料品种的几何应力集中系数 K= 实际状态有缺陷制品的最大应力/理论状态试样的应力见 P4 图 3-6 和图 3-7 ?应用见 P49 例题 6 力学致热?在振动外力作用下,由于固态高聚物材料响应的粘滞效应和不良的导热性能,最终塑料件产生“热软化”或“热疲劳”,对高分子材料的动态热力学分析揭示了力学致热的实质和机理。防止塑料制品热软化的重要方法是进行热平衡计算。? 粘滞热效应?若实验速度较快,塑料材料加载后和立即卸载的应力和应变曲线不重合,这是由于分子链的粘性阻力转变为磨檫热所致。? P50 图 3-11 在同等应力下,实验频率越高,塑料温度上升也愈多。 7 力学致热? 塑料件的热平衡计算?热平衡计算的依据,是塑料件在交变应力作用下所产生的滞后热量θ p应等于通过热传导和热对流所散失的热量θ 0?若θ 1是塑料件或连接件通过热传导散失的热量, ?θ 2为塑料件表面对流散失的热量,则θ p=θ 1+θ 2 由于塑料热传导很低,一般θ 1 =0 ,所以θ p=θ 2 8 力学致热?计算步骤: ? 1 根椐力学系统实际工作条件和可能,先设计该塑料件的主要技术参数。由此计算该塑料件有关几何特性参数:截面积、体积和抗弯截面模量。再次循环运行时, 逐次改变主要几何参数的大小。? 2 根据该塑料件所受载荷,求出塑料件上产生滞后热的峰值应力。 9 力学致热? 3 根据峰值应力,读入每周期的能量数值。? 4 由运动特性参数与几何参数,算出塑料件产生的滞后能量θp ? 5 根据塑料件的散热面积等几何特性,由传热性能参数计算出塑料件的散热量θ0 ? 6 计算机将本次计算的进行比较θp、θ0,若两次数值相差很大,则返回 1重新设计几何参数在进行计算。当θp、θ0与相等或接近时,则计算终止。此次几何参数乃是达到热平衡的最佳设计。 10