第十三章 动荷载

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。

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。

第13章 动 载 荷＊教学提示：本章讨论三类动载问题：等加速直线运动时构件的惯性力和应力计算；等角速转动时构件的应力计算；冲击载荷作用下的应力计算。

最后讨论了提高杆件抗冲击载荷能力的措施。

教学要求：掌握动载荷的概念、动应力的计算方法；了解提高杆件抗冲击载荷能力的常规措施；重点掌握用动静法求解构件的动应力问题。

13.1 载荷和动应力的概念前几章讨论了杆件在静载荷作用下的强度和刚度问题。

静载荷是指从零缓慢地增加到某一定值后保持不变且杆内各质点不产生加速度，或加速度很小可以忽略不计的载荷。

杆件在静载荷作用下产生的应力和变形分别称为静应力和静变形。

在工程实际中，除了受静载荷作用的构件外，还将遇到许多运动构件，这些构件在高速运行时，常常出现不可忽略的动力效应——附加在运动构件上的力效应。

若载荷使杆件内各质点产生的加速度较显著，或者载荷随时间而变化，则这样的载荷称为动载荷。

例如：高速旋转的飞轮，由于向心加速度使其内部各质点产生很大的离心惯性力，从而可能导致飞轮的破裂；涡轮机的长叶片，由于旋转时的惯性力所引起的拉应力可以达到相当大的数值，可能使得叶片被拉断而引发严重事故。

当具有一定速度的物体冲击静止的杆件时，该物体的速度在很短的时间内急剧变化，产生很大的负值加速度，故物体对静止的杆件施加很大的作用力。

比如，气锤在锻造坯件时，由于锤头和锻坯这两个物体在碰撞瞬间所产生的冲击载荷，能使锤杆内的应力较之静荷应力有几倍甚至几十倍的增长。

这种在动载荷作用下，杆件产生的应力和变形分别称为动应力和动变形。

试验证明，在动载荷作用下，若杆件的动应力不超过材料的比例极限，胡克定律仍然有效，而且材料的弹性常数也与静载荷作用下的数值相同。

本章着重讨论惯性力和冲击载荷等问题。

13.2 惯性力的问题13.2.1 等加速直线运动时构件的应力计算当构件各点的加速度为已知时或可以求出时，可以采用动静法求解构件的动应力问题。

这类问题称为惯性力问题。

动荷载和静荷载的计算1. 荷载的基础知识说到荷载，大家是不是有点懵？别担心，荷载其实就是建筑物承受的重量和力。

我们可以把它分成两大类：动荷载和静荷载。

动荷载听起来像是在舞台上跳舞的演员，而静荷载则更像是一位稳重的老人，静静地坐在那里。

咱们就从这两位角色开始聊起吧。

1.1 静荷载的特点静荷载是指那些稳稳地放在建筑物上的重量，比如说墙壁、屋顶、家具，甚至是我们自己。

想象一下，你在家里的沙发上懒洋洋地躺着，沙发下的那几根腿就承担着你的体重，这就是静荷载的典型例子。

它们是固定的，不会轻易改变。

所以，设计建筑的时候，静荷载的计算可得仔细，别让这老头儿出事儿啊！1.2 动荷载的特点相较于静荷载，动荷载就活泼多了。

它们是那些随着时间变化而变化的力量，比如说人走动、风吹过、甚至是地震。

这就像是在舞台上跳舞的演员，时而轻快，时而激烈。

建筑物得能够承受这些变化，不然就像是演出时演员不小心摔倒，那可是大事儿！因此，动荷载的计算也非常重要，设计师们得好好把握这个动态的平衡。

2. 荷载的计算方法说到计算荷载，别以为这就是简单的数学题。

其实，这里面的门道可多了！我们来看看怎么计算这两种荷载。

2.1 静荷载的计算计算静荷载其实不难。

首先，你得知道每个构件的重量，然后把它们加起来。

比如说，墙壁的重量、屋顶的重量、家具的重量，全都加在一起。

这就像是在超市购物，购物车里放的每一件商品的重量都得记清楚。

然后，再乘以一个安全系数，确保建筑在使用过程中万无一失。

这样一来，你就能清楚知道这栋楼能承受多重的静荷载了。

2.2 动荷载的计算动荷载的计算就稍微复杂点儿了。

你得考虑到不同的因素，比如说人流量、风速、地震等。

这里要用到一些经验值和规范，没办法，咱们就得借鉴前人的智慧。

一般来说，设计师会根据建筑的用途和位置来推算出一个合理的动荷载值。

这个过程就像是在调配一杯鸡尾酒，得把每种成分都调到恰到好处，才能让人喝得舒服。

3. 总结与应用通过对动荷载和静荷载的计算，建筑师和工程师们能够确保我们的家园安全稳固。