《第二十六讲压杆稳定概念欧拉公式计算临界力.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二十六讲压杆稳定概念欧拉公式计算临界力.ppt（31页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第九章 压杆稳定 目录 1 教学内容： 压杆稳定的基本概念，不同约束、轴心受压压杆临界力的欧 拉公式。欧拉公式的适用范围。 第二十六讲的内容、要求、重难点 教学要求： 1、了解压杆稳定性的概念，临界力，三种平衡； 3、掌握欧拉公式的应用。 重点：临界力的概念、及其计算 难难点 ： 欧拉公式的推导导。 学时安排：2学时 Mechanic of Materials 2、理解两端铰支轴心受压压杆临界力的欧拉公式推导、欧拉 公式的适用范围； 2 第九章 压杆的稳定 目录 目录 Mechanic of Materials 9.2 两端铰支细长压杆的临界力 第二十六讲的目录 9.1 压杆稳定的概念 9.3
2、 其他支座条件下细长压杆的临界力 9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式 3 目录 轴向拉压杆的承载力，强度条件： 材料失效表现为屈服或断裂 该公式的适用条件是什么？ 一、温故 压杆稳定引言 二、知新 是否适用于所有的轴向拉伸和压缩杆？ 4 压杆的稳定性试验 目录 一根长2m的柳条木，直径d=20mm, =10MPa, 承压时其Fmax=? 解：若按强度计算 （实测Pmax= 160N，与计算值相差近20倍） 压杆稳定引言 造成计算结果与实测值不符的原因是较长的压杆存在稳定问题 ，因而强度计算方法对这类杆件的设计不适用。 Mechanic of Materials 5 压杆稳定引言 三、工程实例
3、 液压缸顶杆液压缸顶杆 千斤顶千斤顶 Mechanic of Materials 6 液压机构中的顶 杆，如果承受的压 力过大，或者过于 细长，就有可能突 然由直变弯，发生 稳定性失效。 Mechanic of Materials 单击图片播放 稳定性问题 压杆稳定引言 7 加拿大魁北克大桥。1907 年8月29日下午5点32分，即将 建成的大桥突然倒塌，当场造成 了至少75人死亡，多人受伤。 1913年，这座大桥的建设重 新开始，然而不幸的是悲剧于 1916年9月再次发生。 1907年的第一次坍塌灾难极为深重，是 一起强调强度设计而未知压杆屈曲失稳造 成的桥梁倒塌 工程师之戒 (Iron R
4、ing) 1917年，在经历了两次惨痛的悲剧后， 魁北克大桥终于竣工通车。 压杆稳定引言 四、压杆失稳实例 著名工程师 里奥多库珀设计 Mechanic of Materials 8 该桥梁倒塌事故的原因是对结构构件的受压失稳机理没有认识 从此桥梁等结构设计中迅速开展了压杆稳定的试验研究工作 压杆稳定引言 使结构设计从只强调强度设计,变为必须考虑强度、 刚度与稳定性并重的更完善的体系。 Mechanic of Materials 9 五、压杆稳定的奠基人 压杆稳定引言 欧拉(Euler，17071783)，数学家 及自然科学家。 于1757年对梁的弹性 曲线作了深刻地分析和研究, 这方面的 成
5、果见曲线的变分法。 近代压杆稳定计算奠基之一：雅辛斯基（1856-1899），俄国工 程师和科学家。 十八世纪 十九世纪后期 一生共写下了886本书籍和论文。在失明后的17年间，他还 口述了几本书和400篇左右的论文。 Mechanic of Materials 提出中、小柔度压杆临界应力计算的直线公式。10 9.1 压杆稳定的概念 一、压杆的两类力学模型 1、轴心受压杆 （1）杆由均貭材料制成； （2）轴线为直线； （3）外力的作用线与 压杆轴线重合。 （不存在压杆弯曲的初 始因素） Mechanic of Materials 2、小偏心压杆与初 弯曲压杆 材料力学研究对象 11 稳定平衡
6、二、压杆的三种平衡状态 干扰力去除后，压杆经数次摆动，恢复原有直线平衡状态 9.1 压杆稳定的概念 Mechanic of Materials 压 杆 与 小 球 的 平 衡 类 比 FFcr 14 1、 稳定平衡 干扰力去除，保持微弯 干扰力去除，继续变 形，直至折断 3、不稳定平衡2、随遇平衡 压杆的三种平衡状态比较 干扰力去除，恢复直线 9.1 压杆稳定的概念 Mechanic of Materials FFcr 15 9.1 压杆稳定的概念 三、压杆的稳定性： 四、压杆失稳 外力超过某值,压杆突然变 弯,不再保持原有的直线状态平 衡,过渡为曲线形状的平衡,甚 至折断。 压杆保持原有直线
7、形式平 衡状态的能力。 FFcr Mechanic of Materials 五、失稳的实质 压弯组合变形 16 9.1 压杆稳定的概念 （1）压压杆保持直线稳线稳 定平衡状态态所能承受的最大载载荷 注：试验法测Fcr,上述两个定义将是一致的。 2、临临界应应力cr： 1、临临界力Fcr： 六、临界力、临界应力 （2）或定义为义为 使压压杆失稳稳的最小载载荷 如用理论推导的方法，则前一定义无法建立数学方程 判断压杆是否 失稳的指标 常研究微弯状态的平衡，即失稳所需最小载荷作为Fcr cr临界应力(critical stress） cr=Fcr/A Mechanic of Materials 1
8、7 l x y x y A B 一、推导（两端铰支） 9.2 两端铰支细长压杆的临界力 梁的挠曲线近似微分方程 : 梁的弯矩方程: 通解2个积分常数 Mechanic of Materials 令： y x B Q A0 A0 B=0 18 9.2 两端铰支细长压杆的临界力 Mechanic of Materials n-半波 正弦个数 A B A B l l/2 l/2 n=1, T=2l 一个半波正弦 n=2, T=l 二 个半波正弦 n=3, T=2l/3 三个半波正弦 A B l/3 l/3 l/3 谁最不容 易失稳？ 二、讨论1： 19 注意：压杆总是绕惯性矩较小的轴先失稳。对于矩形
9、 截面来说，绕垂直于短边的轴先失稳。 9.2 两端铰支细长压杆的临界力 Mechanic of Materials 讨论2： 20 9.2 两端铰支细长压杆的临界力 三、思考： z 人怎么失稳？ 前后弯！ Mechanic of Materials 21 不同约束压杆的欧拉公式 一、其它杆端约束的欧拉公式 9.3 其他支座条件下细长压杆的临界力 I压杆在失稳方向横截面的惯性矩 静力法或与两端铰支压杆类比，得细长杆的通用形式： l相当长度( (effective length)effective length)，即，即不同压杆屈曲后，挠曲线 上正弦半波的长度。 长度系数（coefficient
10、of 1engthcoefficient of 1ength），），相当长度与杆长的比值。 反映不同支承影响的系数 Mechanic of Materials 22 一端自由， 一端固定 2.0 两端固定 0.5 一端铰支 ， 一端固定 0.7 两端铰支 1.0 二、不同刚性支承对压杆临界载荷的影响 Mechanic of Materials 9.3 其他支座条件下细长压杆的临界力 23 三、临界应力cr与柔度： Mechanic of Materials 9.3 其他支座条件下细长压杆的临界力 24 Mechanic of Materials 探讨1：9.3 其他支座条件下细长压杆的临界力
11、25 Mechanic of Materials 9.3 其他支座条件下细长压杆的临界力探讨2： 假如三个截面面积相同，比较惯性半径大小 K=1时， i方 i圆；k/3=1.05 时，矩形的惯性半径比圆小 惯性 半径 圆环大于圆的惯性半径 i圆环 i方 i圆 i矩，即面积、材料、约束、杆长相同，矩形杆最先失稳 26 一、欧拉公式的两种表达： Mechanic of Materials 9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式 27 细长压细长压 杆（大柔度杆）： 中长长杆（中柔度杆）： 粗短杆（小柔度杆）： 二、压杆分类： Mechanic of Materials 9.4 欧拉公式的适用范围 经
12、验公式 1、判别别柔度:经过经过 大量实验实验 后提出的、 只与 材料有关、判断压压杆的种类类指标标P、 S 。 2、压杆分类： 材料 碳钢钢（Q235） b372 s=235 a (MPa)b (MPa) P S 3041.1210061.6 优质钢优质钢 b=470 s=306 4602.5710060 硅钢钢 b=510 s=353 5773.74100 60 铸铁铸铁 3321.4580 松木 390.259 28 1、理想压杆 轴线为直线，压力与轴线重合，材料均匀 2、线弹性小变形 三、欧拉公式的适用条件 （其中； p为材料的比例极限) Mechanic of Materials 9.4 欧拉公式的适用范围 经验公式 29 作业 基本概念 失稳实例 三种平衡：稳定、不稳定、临界 临界力、临界应力 两端铰铰支： 压杆稳定性利用工程实例 压杆稳定的奠基人 Mechanic of Materials 总结： 欧 拉 公 式 （长度系数：1、0.5、0.7、2） 圆、圆环、矩形： 欧拉公式的适范围： 压杆稳定 临界应力 柔度： 惯性半径： 经验公式： 30 P. 312 9- 4 、 10 31