冲击载荷及其影响机理

当物体以一定的速度撞击构件时,因物体的运动受到构件阻碍,其速度迅速减小,甚至降为0。这个过程称为冲击(impact)。运动的物体称为冲击物,受到撞击的构件称为被冲击物。工程中的落锤打桩、冲压加工、高速转动飞轮或砂轮的突然刹车等都属于冲击问题。冲击物的速度在很短促的时间内急剧减小而获得很大的负加速度,从而在冲击物与被冲击物之间引起很大的作用力。冲击过程中两个物体间的作用力称为冲击载荷或称冲击力。由于冲击过程持续时间极短,加速度的大小难以确定,因此不宜采用动静法进行分析。

工程上通常采用能量法来解决冲击问题,即在若干假设的基础上,根据能量守恒定律对冲击构件的应力和变形进行简化计算。所涉及的假设如下。

二维码

(1)冲击物为刚体,即冲击物的变形对冲击过程的影响可略去不计;被冲击物为弹性体,即在冲击过程中被冲击物的材料服从胡克定律,且弹性模量与静载荷时相同。

(2)被冲击物的质量可略去不计,这并不是因为被冲击物的质量比冲击物的质量小,而实质上是忽略了被冲击物在冲击过程中动能的变化。当两物体一旦接触就不再分开,即没有回弹。(www.xing528.com)

(3)冲击过程中的其他能量损失可略去不计。

根据上述假设,由机械能守恒定律可知,冲击物在冲击过程中减少的动能Ek和势能Ep将全部转化为被冲击物的弹性应变能Vε,即

这样得到的应变能稍大于被冲击物实际吸收的应变能,故按能量法计算所得结果是偏于安全的。本节分别讨论在垂直冲击作用和水平冲击作用下构件的动应力和动变形计算。