工程力学-第18讲-压杆的稳定计算.
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第16章压杆稳定16.1压杆稳定性的概念在第二章中,曾讨论过受压杆件的强度问题,并且认为只要压杆满足了强度条件,就能保证其正常工作。
但是,实践与理论证明,这个结论仅对短粗的压杆才是正确的,对细长压杆不能应用上述结论,因为细长压杆丧失工作能力的原因,不是因为强度不够,而是由于出现了与强度问题截然不同的另一种破坏形式,这就是本章将要讨论的压杆稳定性问题。
当短粗杆受压时(图16-1a),在压力F由小逐渐增大的过程中,杆件始终保持原有的直线平衡形式,直到压力F达到屈服强度载荷F s (或抗压强度载荷F b),杆件发生强度破坏时为止。
但是,如果用相同的材料,做一根与图16-1a所示的同样粗细而比较长的杆件(图16-1b),当压力F比较小时,这一较长的杆件尚能保持直线的平衡形式,而当压力F 逐渐增大至某一数值R时,杆件将突然变弯,不再保持原有的直线平衡形式,因而丧失了承载能力。
我们把受压直杆突然变弯的现象,称为丧失稳定或失稳。
此时,R可能远小于F s(或F b)。
可见,细长杆在尚未产生强度破坏时,就因失稳而破坏。
图16- 1失稳现象并不限于压杆,例如狭长的矩形截面梁,在横向载荷作用下,会出现侧向弯曲和绕轴线的扭转(图16-2);受外压作用的圆柱形薄壳,当外压过大时,其形状可能突然变成椭圆(图16-3);圆环形拱受径向均布压力时,也可能产生失稳(图16-4)。
本章中,我们只研究受压杆件的稳定性。
图16-3所谓的稳定性是指杆件保持原有直线平衡形式的能力。
实际上它是指平衡状态的稳定性。
我们借助于刚性小球处于三种平衡状态的情况来形象地加以说明。
第一种状态,小球在凹面的0点处于平衡状态,如图16-5a所示。
先用外加干扰力使其偏离原有的平衡位置,然后再把干扰力去掉,小球能回到原来的平衡位置。
因此,小球原有的平衡状态是稳定平衡。
第二种状态,小球在凸面上的扰力使其偏离原有的平衡位置后,小球原有的干衡状态是不稳定平衡。
第三种状态,小球在平面上的扰力使其偏离原有的平衡位置后,把干扰力去掉后,小球将在新的位置衡,既没有恢复原位的趋势,也没有继续偏离的趋势。