材料力学132第十三章压杆稳定性计算
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材料力学压杆稳定概念欧拉公式计算临界力材料力学是研究物体受力及变形行为的一门学科。
压杆稳定是材料力学中重要的概念之一、当一个杆件受到作用力时,如果杆件不发生任何形状上的变化,我们称之为杆件处于稳定状态。
然而,当作用力超过一定临界值时,杆件就会发生失稳,产生形状上的变化。
因此,欧拉公式就是用来计算杆件临界力的一种方式。
欧拉公式由瑞士数学家欧拉于18世纪中叶首次提出。
它的基本假设是杆件是理想化的,即杆件是均匀、无缺陷、具有均匀截面的杆件。
根据欧拉公式,杆件临界力可通过以下公式计算:Pcr = (π^2 * E * I) / L^2其中,Pcr表示临界力,E表示杨氏模量,I表示截面惯性矩,L表示杆件的有效长度。
从上述公式中可以看出,临界力与材料的弹性模量有关,即材料越硬,临界力越大;同时临界力与截面的形状也有关,即截面惯性矩越大,临界力越大;临界力还与杆件长度有关,即杆件越短,临界力越大。
例子:假设有一根长为L的无缺陷的圆柱形杆件,其截面半径为r,杨氏模量为E。
根据材料力学的知识,该圆柱形杆件的截面惯性矩可计算为I=(π*r^4)/4Pcr = (π^2 * E * ((π * r^4) / 4) ) / L^2通过上述公式,可以计算出该无缺陷的圆柱形杆件的临界力。
这个临界力表示了该杆件能够承受的最大作用力。
如果作用力超过了临界力,该杆件将发生失稳,产生形状上的变化。
总结起来,材料力学中的压杆稳定概念是指杆件在受力作用下不发生形状上的变化。
欧拉公式是用来计算杆件临界力的一种常用公式,可以帮助工程师们确定杆件的最大承载能力。
压杆稳定计算的黄金分割法压杆的稳定计算是材料力学的重要内容,也是钢结构设计和钢筋混凝土设计结构的重要基础。
工程中的构件常选择型钢,由于构件横截面的形状复杂,决定压杆稳定性的几何参数往往很多,因此轴向受压杆的稳定性设计一般用折减系数法经过多次试算后才能获得理想的截面尺寸,计算过程很繁琐。
现在使用的材料力学教材大多采用平分法给出的折减系数φ进行试算以验证是否符合设计要求。
在钢结构中一般是对于设计的压杆假定一个柔度值进行与前者相似的试算,最后给出压杆的合理截面。
由于平分法并不考虑问题本身的特殊性,一律选择φ=0.5 开始试算,往往需要多次迭代,计算繁琐,工作量很大。
实际上,每一个具体的问题,它应该具有的安全系数是有规律可循的,而且工程实践中的设计都是按国家规范进行的,不同的结构采用的安全系数都有一定的分布区间,这些都直接决定了φ的取值范围[2]。
可见,不加区别地采用平分法计算没有考虑到问题本身的特殊性。
把一条线段分割为两部分,使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。
其比值是一个无理数。
取其前三位数字的近似值是0.618,所以也称为0.618法。
由于按此比例设计的造型十分美丽,因此称为黄金分割,也称为中外比。
这是一个十分有趣的数字,我们以0.618来近似,通过简单的计算就可以发现在压杆的稳定计算中对各类压杆能承受的最大应力用临界应力总图描述,如图1 所示:用黄金分割法进行压杆稳定计算的做法是:(1)根据具体问题初步判断问题的折减系数可能的区间;(2)取黄金分割点φ1=0.618 或者φ1=0.382 开始试算,求得相应的压杆截面积,查得型钢号和它的弯曲方向的惯性半径,从而得出该型号截面柱对应的φ′1;(3)取φ2=φ1-0.618(φ1-φ1)或者φ2=φ1-0.382(φ1-φ1)重复第(2)步计算,得出新的截面积,确定型钢号及其对应的φ′2值;(4) 这样经过二、三次计算,φ′i和φi逼近,即可达到满意的设计结果。