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[【2】力学] 动态载荷或者动态应力 如何指导结构设计

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发表于 2012-1-12 10:24:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
我一直有这样的疑问
     做动态力学的应该都知道,应力波是一条随时间变化的曲线,假设一条应力随时间变化的曲线,这条曲线在某个时间段有很高的应力幅值(这个幅值大于材料的许用强度),但是这个时间非常短,假如只有你个微秒,请问各位同行,这时我能判断材料出现破坏了吗 ?
    此外,通过试验我得到爆炸在建筑物前的压力随时间变化曲线,和上面的应力随时间变化曲线一样,在很小的时间段有个很高的压力载荷幅值,而结构设计中,我们一般用最大的压力作为载荷输入,这时该怎样对这个压力峰值进行修订,采用能量守恒进行平均吗?各位同行可否有经验?
谢谢
发表于 2012-3-14 18:47:59 | 显示全部楼层
个人意见:
    这个有点类似于静态分析中的峰值应力。
    在静态分析中,有一些不是施加边界条件,或者施加集中力的点,也会产生比较高的应力。这些应力可能会引起局部屈服,或者引起超过许用应力很多,但是未到屈服极限。
    对于局部屈服情况,要对应具体情况具体分析,如果不是在比较重要的区域,那么就不会影响结构的整体性能;最简单的例子:在一张桌子上用一颗针刺一下,会在桌面留下一个凹坑,局部屈服了,但是不影响桌子的使用。
    对于未到屈服极限的情况,就需要考虑是否要进行疲劳分析。
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发表于 2012-1-12 12:35:39 | 显示全部楼层
+++++++++同问
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发表于 2012-3-3 22:06:58 | 显示全部楼层
好像使用能量法,与应力波有关,具体的要查下资料
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发表于 2012-3-4 13:02:29 | 显示全部楼层
蓝牙发起的讨论很有趣。我来发表一点不成熟的想法:

1
应力随时间变化曲线一样,在很小的时间段有个很高的压力载荷幅值

以前也想过这种问题,后来没有深究。我的初步感想,对于瞬态问题,局部的应力或者等效应力超过材料极限,对结构的宏观力学性能影响甚微。

2
很小的时间段有个很高的压力载荷幅值,而结构设计中,我们一般用最大的压力作为载荷输入

做瞬态分析的话,这个能不能输入动态载荷而不输入最大的压力?
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发表于 2012-3-8 17:09:27 | 显示全部楼层
我查了下国外资料,多数是用能量法,考虑应力波传播体积,就是吸收能量的部分
比如GCr15 冲击功 Akv (J):28
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发表于 2012-3-11 07:56:40 | 显示全部楼层
不知道冲激响应谱分析是不是能得到分析的目的
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发表于 2012-3-14 16:21:45 | 显示全部楼层
本帖最后由 feiyuzhen 于 2012-3-14 16:22 编辑

压力波作用在物体局部,使得结构的局部出现失效进而裂纹生成,
但是裂纹生成不代表结构整体失效,比如说飞机的机翼时间久了也会有好多裂纹,
只要这些裂纹不连成一片破坏结构整体性能就可以继续工作
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发表于 2012-3-14 19:14:35 | 显示全部楼层
所谓"材料的许用强度",请问是静态下的,还是动态下的?
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发表于 2012-3-20 16:31:34 | 显示全部楼层
njweiwei2 发表于 2012-3-14 18:47
个人意见:
    这个有点类似于静态分析中的峰值应力。
    在静态分析中,有一些不是施加边界条件,或者施 ...

都是版主啊 小弟都不敢发言了
不过我比较赞成njweiwei2 的看法 是不是可以从疲劳方面进行分析:既然峰值,就应该不是恒定出现的,或者说是偶尔出现的(变幅循环?),那么就应该考虑疲劳破坏,小弟拙言,望大家指正批评!
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发表于 2012-3-20 17:36:54 | 显示全部楼层
局部应力大,可以考虑冲击韧性功 好像是叫这个名字
因为有的冲击比金属波速还快。
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发表于 2012-4-21 22:06:56 | 显示全部楼层
同样关注这个问题,希望有大牛可以给出好的建议和总结。
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发表于 2012-5-1 09:31:25 来自手机 | 显示全部楼层
这是处于静强度问题与疲劳问题之间的情况,属于动强度问题。此时可能一次穿越或多次穿越静强度极限而结构没有破坏。动强度理论目前还不够成熟,设计时通常才用静强度理论进行保守设计。
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发表于 2012-5-1 17:43:25 | 显示全部楼层
superuirui 发表于 2012-5-1 09:31
这是处于静强度问题与疲劳问题之间的情况,属于动强度问题。此时可能一次穿越或多次穿越静强度极限而结构没 ...

斑竹一语道破天机,有时候对一些概念或分析的理解,总是浮在问题的表面。比如材料力学给出四个强度破坏准则,相信大家都知道,但是就是不明白到底和动应力有什么关联。根据强度理论的定义,即判断材料在复杂应力状态下是否破坏的理论。那么关键就在于建立何种破坏准则以衡量复杂应力状态下材料已经破坏。
静强度就是承受静态荷载,一般都是用材料的许用应力来衡量。而动强度实际上很少这么提,尽管可以类推动强度是抵抗动态荷载的能力,但由于动态荷载形式的千变万化,结构失效的形式也是个不相同的(例如振动、疲劳、断裂等)。因此,首先要根据研究的对象与动荷载的特点,判断主要会出现的失效是上述哪类,然后再根据相应的理论去预报工作荷载下结构的失效可能性。
因此说到底,按斑竹的说法,是不是可以这样理解:动强度之所以不成熟,不是因为相关破坏准则没有建立,而是如何运用相关准则进行判断的问题。
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发表于 2012-5-1 21:29:43 | 显示全部楼层
54yiwei 发表于 2012-5-1 17:43
斑竹一语道破天机,有时候对一些概念或分析的理解,总是浮在问题的表面。比如材料力学给出四个强度破坏准 ...

目前动强度理论中还没有建立起行之有效的动强度准则~
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 楼主| 发表于 2012-5-4 08:28:15 | 显示全部楼层
superuirui 发表于 2012-5-1 09:31
这是处于静强度问题与疲劳问题之间的情况,属于动强度问题。此时可能一次穿越或多次穿越静强度极限而结构没 ...

版主是否有关于动强度方面的资料,我拜读下!谢谢了!
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发表于 2012-5-5 12:18:30 | 显示全部楼层
本帖最后由 54yiwei 于 2012-5-5 12:22 编辑

以下来自网上:
动强度分析:研究结构承受动载荷的能力。这种能力对于冲击环境是用冲量或能量来衡量的,不用载荷表示。动强度研究还包括结构的动力特性(固有模态、固有频率、阻尼等)、结构在动载荷作用下的应力与变形等响应、结构的运动稳定性和结构耐振动冲击环境的能力。
  动强度研究是飞行器结构强度学科中形成较早的,又称结构动力研究,包括动强度分析动强度试验(又分别称为动力分析和动力试验)。飞行器结构在通常动载荷条件下的强度校核计算是通过动力分析求出结构中的应力后按静强度准则或疲劳与断裂准则进行的。飞行器结构在飞行或地(水)面运动中大量遇到的是动力问题,结构的振动总是有害的。早在第一次世界大战期间,尾翼抖振、机翼颤振、前轮摆振、液压伺服系统抖振等曾是飞机发展中的障碍。增加静强度并不能解决这类问题,于是发展了动力分析方法。飞行器不断向大型和高速发展,结构在动载荷下的变形往往显著地影响气动载荷的大小和分布,甚至影响飞行器的操纵稳定特性,这对于飞行器的总体设计布局和结构型式的选择都有很大影响。
  动力问题的分类  飞行器结构的动力问题很多,性质不一,分析方法和解决途径也不相同。
  (1)强迫振动:飞行器上引起结构强迫振动的干扰源有发动机、螺旋桨、电机、泵等的不平衡旋转。干扰力呈正弦或余弦(简谐)规律。这种现象与一般工程机械相同,克服的途径是消除振源,避免共振,采取隔振、减振措施。
  (2)动力响应:结构在瞬态载荷或随机载荷作用下产生的应力与变形历程。引起飞行器结构动力响应的情况有地面运输、地(水)面运行、起飞、发射、着陆(水)冲击、剧烈的机动飞行、阵风载荷、分离气流的激励、武器发射的反冲、外挂物的突然投放等。动力响应的给定条件可以是外载荷变化过程,也可以是着陆冲击速度、跑道不平度等运动边界条件。飞行中的动力响应问题大多需要考虑结构变形和空气动力的交互作用,属于气动弹性力学问题。
  尾翼抖振是由机翼分离的气流激起的尾翼振动,这是一个重要的动力响应问题。飞机设计中解决的途径是:改善气动外形以避免、减弱或延缓气流的分离;选择合适的尾翼位置以避开分离气流;采取人工阻尼器等减振措施。在飞行器结构其他部位也可能发生这类抖振。
  (3)自激振动:运动不稳定的结构即使在微小的扰动作用下也会发生自激振动。自激振动往往发展迅速,会立刻导致结构破坏或严重影响正常工作。防止自激振动的途径主要是改变结构参数,现代也采用伺服系统主动控制技术。飞行器结构的自激振动主要有:①机翼、弹翼、尾翼、操纵面、旋翼、桨叶、壁板、蒙皮等的颤振;②前轮摆振;③直升机地面共振;④伺服控制系统抖振。
  (4)动力问题的模态分析技术:结构在自由振动时呈现的特征形状称为固有模态(振型),相应的振动频率称为固有频率,相当的阻尼和质量称为广义阻尼和广义质量。固有模态、固有频率、广义阻尼、广义质量是动力分析中的重要基本数据,称为结构动力特性,可以通过分析或试验求得。飞行器结构具有大量模态。分析和试验证明,结构的运动主要是由少数固有频率最低的主要模态组成的,在动力分析中可以只取少数几个主要模态作为广义的参考坐标,这称为模态分析技术。
  70年代以来,现代结构分析系统中设有模态分析程序,模态测试技术的发展更为迅速,除了传统的简谐激振法外,又发展出瞬态激振法和随机激振法,并与电子计算机数据处理技术结合起来用于时(间)域分析处理或频(率)域分析处理。
  (5)耐振性和耐冲击性:对于在振动冲击环境下的飞行器结构的重要部件、壳体、油箱、设备、附件、模拟乘员,需校核耐振性和耐冲击性。本质上,这是一个动力环境下的疲劳强度或断裂强度问题,主要靠振动冲击环境试验来验证。强度规范中对各类飞行器的各种部位的振动环境条件、飞行中的鸟撞击条件和发动机噪声源条件等,均有相应的规定。
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