“載荷逐漸增大,最大值持續(xù)時間很短,且不再施加足以引起疲勞的載荷?!?/section>材料屈服強度、彈性模量等參數(shù)就是通過短期靜載荷試驗測得的。載荷逐漸增大并保持足夠長的時間,預(yù)測其產(chǎn)生的結(jié)果。試驗時結(jié)構(gòu)使用期間持續(xù)或間歇作用。其中一種情況可能是,使構(gòu)件的一部分具有符合于受控運動的相應(yīng)加速度。
就應(yīng)力效應(yīng)而言,這些載荷實際上可作為靜載荷處理,慣性力也完全可作為一般的靜載荷處理。
準(zhǔn)靜載荷是一種快速靜載荷,比如:炮筒中火藥的快速燃燒過程。
準(zhǔn)靜態(tài)靜載荷分為兩種:慣性力和快速靜載荷
還是以炮筒為例?;鹚帯怏w和炮筒的每一部分均未獲得明顯的徑向動量。可以認為,在任何瞬時均處于平衡,炮筒中所產(chǎn)生的最大應(yīng)力保持不變,好像火藥壓力是逐漸形成似的。快速靜載荷想到熱力學(xué)平衡狀態(tài)。“對于孤立系統(tǒng)或外界條件不變的系統(tǒng),經(jīng)過足夠長的時間,系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)不再隨時間變化,這樣的狀態(tài)被稱為熱力學(xué)平衡態(tài)。一般來說,只要外界條件變化得比較緩慢,系統(tǒng)重新達到平衡的過程,相對于外界條件的變化是非??斓模恳粋€瞬間近似就是平衡態(tài),這個緩慢的過程,可稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。”熱力學(xué)平衡狀態(tài)是一種理想狀態(tài),這里談的快速靜載荷同理也是一種理想狀態(tài)。以航天器為例,經(jīng)過多輪載荷驗證,載荷通過以下四種形式定義:① 加速度慣性載荷(質(zhì)心處)定義靜態(tài)載荷;
② 正弦瞬態(tài)加速度譜定義低頻載荷和簡諧載荷;③ 加速度功率譜密度定義寬帶隨機振動載荷;
④ 沖擊響應(yīng)譜定義沖擊載荷。可以看到以上4種類型載荷是量級的定義,并未提及持續(xù)時間。隨機振動持續(xù)時間的疲勞分析就是上文提到重復(fù)加載過程。準(zhǔn)靜態(tài)載荷是①和④。周炬寫沖擊響應(yīng)譜分析時提到,沖擊響應(yīng)譜是一種準(zhǔn)靜態(tài)分析,摘抄過來一段:“由于響應(yīng)譜是準(zhǔn)靜態(tài)分析,因此常需要將響應(yīng)譜分析與靜力學(xué)分析進行疊加,這樣既可以彌補靜力學(xué)分析中未考慮慣性和阻尼的缺陷,也可以避免瞬態(tài)分析極度消耗計算機軟硬件資源的問題?!?/span>高過載分析時,為了省事,我會投機取巧把沖擊響應(yīng)譜分析簡化為靜力學(xué)分析,直接加個慣性載荷。當(dāng)然,考慮阻尼系數(shù)影響需要合理設(shè)置阻尼系數(shù),否則導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。讀到周炬老師這段文字時,真的是悟了!吹爆周老師的這本書?。ǚ劢z的摩拜)4 準(zhǔn)靜態(tài)載荷工程應(yīng)用下表所示為中國“長征三號乙”火箭 的載荷條件,需要注意的是載荷系數(shù)與等效加速度的方向是相反的。載荷系數(shù)是以重力加速度為單位的慣性載荷系數(shù)。
注:表中數(shù)值是指航天器質(zhì)心處的載荷;縱向載荷中“+”表示壓縮;橫向載荷可以以任何方向與縱向載荷同時作用于航天器上。
5 準(zhǔn)靜態(tài)載荷應(yīng)用注意事項① 在有些情況下,準(zhǔn)靜態(tài)載荷旨在覆蓋穩(wěn)態(tài)加速度和低頻瞬態(tài)響應(yīng) 。比如,運載手冊中規(guī)定的準(zhǔn)靜態(tài)載荷工況。② 運載手冊中提供的準(zhǔn)靜態(tài)載荷對于主結(jié)構(gòu)設(shè)計而言或許是不完備的。比如,對于不能夠按照準(zhǔn)靜態(tài)載荷方式等效的動態(tài)載荷 (如不同相位的運動或者局部模態(tài)運動等) 而言,該現(xiàn)象可能會發(fā)生。實際上,準(zhǔn)靜態(tài)載荷意味著一種與一階整體模態(tài)接近的“準(zhǔn)剛性”變形。但是“準(zhǔn)剛性”變形與其他模態(tài)變形是有顯著差別的。在實際工程中,通過系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)分析中的整體加速度響應(yīng)和局部加速度響應(yīng)可以衍生出附加的準(zhǔn)靜態(tài)載荷工況。③ 由于準(zhǔn)靜態(tài)載荷在計算和使用時是有假設(shè)前提條件的,因此動態(tài)載荷條件與質(zhì)心處的等效加速度之間的等效性具有一定的局限。比如彈性體的質(zhì)心是變化的。1《ANSYS Workbench 有限元分析實例詳解》(動力學(xué)篇)3 《航天器結(jié)構(gòu)與機構(gòu)》