第六单元压杆稳定
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第九章压杆稳定§9-1 压杆稳定的基本概念在前面的一些章节中,已经讨论了构件在静力平衡状态下的应力、应变以及强度和刚度的设计问题。
构件除了强度和刚度不足而引起失效外,有时由于不能保持其原有的平衡状态而失效,这种失效形式称为丧失稳定性。
考察图9-1所示的等直杆AB,若A端固定,B端作用沿轴线方向的载荷p。
实验表明,若外力p较小时,杆件保持在直线形状的平衡,微小的外界扰动将使杆件发生轻微的弯曲,干扰力解除后,杆件仍恢复直线形状,即外界的干扰不能改变其原有的铅垂平衡状态,压杆的直线平衡是稳定的;若外力p慢慢地增加到某一数值并且超过这一数值时,任何微小的外界扰动将使杆件AB发生弯曲,干扰力解除后,杆件处于弯曲状态下的平衡,不能恢复原图9-1有的直线平衡状态,杆件原有的直线平衡状态是不稳定的。
若外力P继续增大,杆件将因过大的弯曲变形而突然折断。
杆件维持直线稳定平衡的最大外力称为临界压力,记为P cr。
压杆丧失其直线形状的平衡而过渡为曲线平衡,称为丧失稳定,简称“失稳”。
工程上,一般的细长压杆,由于轴向载荷的偏心或杆件的初曲率,往往因这种屈曲而导致失效的。
因此压杆的“失稳”也称为“屈曲”。
机械中有许多细长压杆,如螺旋千斤顶的螺杆(图9-2a),内燃机气阀门的挺杆(图9-2b)等。
还有,桁架结构中的抗压杆、建筑物中的柱等都是压杆。
这类构件除了要有足够的强度外,还必须有足够的稳定性,才能正常工作。
(a)(b)图9-2除了压杆的失稳形式外,一些细长或薄壁的构件也存在静力平衡的稳定性问题。
例如,细长圆杆的纯扭转,薄壁矩形截面梁的横力弯曲以及承受均布压力的薄壁圆环等,都有可能丧失原有的平衡状态而失效。
图9-3给出了几种构件失稳的示意图,图中虚线分别表示其丧失原有平衡形式后新的平衡状态。
(a)(b)(c)图9-3承受轴向压力的细长压杆的平衡,在什么条件下是稳定的,什么条件下是不稳定的;怎样才能保证压杆正常、可靠地工作等等问题,统称为“稳定问题”。