第9章 压杆稳定
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材料力学第9章 压杆稳定
第9章 压杆稳定 图9－6
第9章 压杆稳定
9.2.3 两端非铰支细长压杆的临界载荷 1.一端固定一端自由的细长压杆的临界载荷 图9－7所示为一端固定、一端自由的长为l的细长压杆。
当轴向压力F=Fcr时，该杆的挠曲轴与长为2l的两端铰支细 长压杆的挠曲轴的一半完全相同。因此，如果二杆各截面的 弯曲刚度相同，则临界载荷也相同。所以，一端固定一端自 由、长为l的细长压杆的临界载荷为
第9章 压杆稳定
9.2.2 大挠度理论与实际压杆 式（9－1）与式（9－2）是对于理想压杆根据小挠度挠
曲轴近似微分方程得到的。如果采用大挠度挠曲轴的微分方
程 ddx1xM ExI进行理论分析，则轴向压力F与压杆最
大挠度wmax之间存在着如图9－6中的曲线AB所示的确定关 系，其中A点为曲线的极值点，相应之载荷Fcr即为上述欧拉 临界载荷。
Fcr
2 EI
2l 2
（9－3）
第9章 压杆稳定
图9－7
第9章 压杆稳定
2.两端固定的细长压杆的临界载荷 图9－8所示为两端固定的长为l的细长压杆，当轴向压 力F=Fcr时，该杆的挠曲轴如图9－8(a)所示，在离两固定端 各l/4处的截面A、B存在拐点，A、B截面的弯矩均为零。因 此，长为l/2的AB段的两端仅承受轴向压力Fcr（见图9－8 (b)），受力情况与长为l/2的两端铰支压杆相同。所以，两 端固定的压杆的临界载荷为
Fcr
2EI
0.5l 2
（9－4）
第9章 压杆稳定
图9－8
第9章 压杆稳定
3.一端固定一端铰支的细长压杆的临界载荷 图9－9所示为一端固定一端铰支的长为l的细长压杆， 在微弯临界状态，其拐点与铰支端之间的正弦半波曲线长为
《建筑力学》第九章压杆稳定
cr 为临界应力的许用值，其值为：
（9－13）
cr
cr
K
（9－14）
式中 K 称为稳定安全系数。稳定安全系数一般都大于强度计算时的安全系数，这是因为在
确定稳定安全系数时，除了应遵循确定安全系数的一般原则以外，还必须考虑实际压杆并 非理想的轴向压杆这一情况。比如，在制造过程中杆件不可避免地存在微小的弯曲(即存在 初曲率)；外力的作用线也不可能绝对准确地与杆件的轴线相重合(即存在初偏心)；还必需 考虑杆件的细长程度等等，这些都应在稳定安全系数中加以考虑。
d=20mm，材料的许用应力 =170MPa，已知 h=0.4m，作用力 F=15kN。试在计算平面内校核
二杆的稳定。
图 9-3
解：(1)计算各杆承受的压力 取结点 A 为研究对象，根据平衡条件列方程
x 0 FAB cos 450 FAC cos 300 0 Y 0 FAB sin 450 FAC sin 300 F 0
压杆的临界应力。
5、临界应力总图 综上所述，压杆按照其柔度的不同，可以分为三类，计算各自临界应力的方法也不相
同。当 ≥ p 时，压杆为细长杆(大柔度杆)，其临界应力用欧拉公式来计算；当 s < < p 时，压杆为中长杆(中柔度杆)，其临界应力用直线经验公式来计算； s 时，压杆为短
4 1 0.566 103 20
113
4
AC
lAC i
4 1 0.8 103 20
160
(3)由表 9－3 查得折减系数为：
AC 0.272
AB
0.536
(0.536
材料力学 第九章 压杆稳定
cr s p
cr s cr a b
cr
小柔度杆 中柔度杆
O
π2 E
2
大柔度杆
2
1
l
i
大柔度杆—发生弹性失稳 中柔度杆—发生非弹性失稳 小柔度杆—不发生失稳，而发生强度失效
Fuzhou University
杆类型
大柔度杆
定义
1
临界力
π EI Fcr ( l ) 2
n 0,1, 2
取
n 1
π 2 EI Fcr 2 l
细长压杆的临界载荷的欧 拉公式 (两端铰支)
Fuzhou University
材料力学课件
w A sin kx B co s kx
kl n , n 0,1, 2
F x l w F x
取 n 1
π 2 EI Fcr 2 l
2
临界应力
cr π2E性质Fra bibliotek2
稳定 稳定 强度
中柔度杆 2 1 Fcr A(a b ) 小柔度杆
cr a b
2
Fcr A s
cr s
l
i
1 π
i
E
I A
1.0, 0.5, 0.7, 2.0
a s 2 b
Fcr
Fcr
π 2 EI
2l
2
π 2 EI
0.7l
2
π 2 EI Fcr 2 (l )
欧拉公式的普遍形式
Fuzhou University
材料力学课件 讨论：
π 2 EI Fcr ( l )2
cr s cr a b
cr
小柔度杆 中柔度杆
O
π2 E
2
大柔度杆
2
1
l
i
大柔度杆—发生弹性失稳 中柔度杆—发生非弹性失稳 小柔度杆—不发生失稳，而发生强度失效
Fuzhou University
杆类型
大柔度杆
定义
1
临界力
π EI Fcr ( l ) 2
n 0,1, 2
取
n 1
π 2 EI Fcr 2 l
细长压杆的临界载荷的欧 拉公式 (两端铰支)
Fuzhou University
材料力学课件
w A sin kx B co s kx
kl n , n 0,1, 2
F x l w F x
取 n 1
π 2 EI Fcr 2 l
2
临界应力
cr π2E性质Fra bibliotek2
稳定 稳定 强度
中柔度杆 2 1 Fcr A(a b ) 小柔度杆
cr a b
2
Fcr A s
cr s
l
i
1 π
i
E
I A
1.0, 0.5, 0.7, 2.0
a s 2 b
Fcr
Fcr
π 2 EI
2l
2
π 2 EI
0.7l
2
π 2 EI Fcr 2 (l )
欧拉公式的普遍形式
Fuzhou University
材料力学课件 讨论：
π 2 EI Fcr ( l )2
材料力学第九章 压杆稳定
02
创新研究方法与手段
积极探索新的实验技术和数值模拟方法，提高压杆稳定研究的精度和可
靠性。
03
拓展应用领域
将压杆稳定研究成果应用于更多领域，解决实际工程问题，推动科学技
术进步。
THANKS
感谢观看
稳定性取决于压杆的初始弯曲程度、压力的大小 和杆件的材料特性。
当压杆受到微小扰动时，如果能够恢复到原来的 平衡状态，则称其为稳定；反之，则为不稳定。
压杆的临界载荷
临界载荷是指使压杆由稳定平衡 状态转变为不稳定平衡状态的载
荷。
当压杆所受压力小于临界载荷时， 压杆保持稳定平衡状态；当压力 大于临界载荷时，压杆将失去稳
相应措施进行解决。
建筑结构中的压杆问题
02
高层建筑、大跨度结构等建筑中的梁、柱等部件可能发生失稳，
需要加强设计和施工控制。
压力容器中的压杆问题
03
压力容器中的管道、支撑部件等可能发生失稳，需要采取相应
的预防和应对措施。
05
压杆稳定的未来发展与展望
压杆稳定研究的新趋势
跨学科交叉研究
压杆稳定与材料科学、计算科学、工程结构等领域相互渗透，形 成多学科交叉的研究趋势。
工程中常见的压杆问题
1 2
细长杆失稳
细长杆在压力作用下容易发生弯曲，导致失稳。
短粗杆失稳
短粗杆在压力作用下可能发生局部屈曲，导致失 稳。
3
弹性失稳
材料在压力作用下发生弹性变形，当压力超过某 一临界值时，杆件发生失稳。
解决压杆失稳的方法与措施
加强材料质量
选择优质材料，提高材料的弹 性模量和抗拉强度，以增强压
材料力学第九章 压杆稳 定
• 引言 • 压杆稳定的基本理论 • 压杆稳定的实验研究 • 压杆稳定的工程应用 • 压杆稳定的未来发展与展望
材料力学 第九章 压杆稳定分析
我国建筑业常用：
cr
s
1
c
2
对于A3钢、A5钢和16锰钢： 0.43，c
2E 0.56 S
c 时，由此式求临界应力 。
②s< 时：
cr s
几点重要说明：
1. 所有稳定问题（包括后续内容）均需首先计算λ以界定压 杆的属性。
2. 对一般金属材料，作如下约定：
A. λp≈100；λs≈60。故：
i
二、压杆的分类
1、大柔度杆：
cr
2E 2
P
2E P
P
100
满足 P 的杆称为大柔度杆（或 细长杆），其临界力用 欧拉公式求。
P 的杆为中小柔度杆，其 临界力不能用欧拉公式 求。
2、中柔度杆─λP＞λ≥λS，即： P＜≤S
直线型经验公式： cr ab
crab s
a s
b
s
60
支承情况
两端铰支
一端固定 另端铰支
两端固定
一端固定 另端自由
两端固定但可沿 横向相对移动
Pcr
Pcr
Pcr
Pcr
Pcr
失
l l 0.7l l 0.5l
l 2l l 0.5l
稳 时
B
B
B
挠
D
曲
线 形
C
C
状
A
A
A
C— 挠曲 C、D— 挠
线拐点 曲线拐点
C— 挠曲线拐点
临界力Pcr 欧拉公式
Pc
r
2
l
EI
工程实例
目录
一、稳定平衡与不稳定平衡 ： 1. 不稳定平衡
2. 稳定平衡
3. 稳定平衡和不稳定平衡
第9章 压杆稳定
第九章压杆稳定§9.1 压杆稳定的概念§9.2 两端铰支细长压杆的临界压力§9.3 其它支座条件下细长压杆的临界压力§9.4 欧拉公式的适用范围，经验公式§9.5 压杆的稳定校核§9.6 提高压杆稳定性的措施1. 引言强度——构件抵抗破坏（塑性变形或断裂）之能力2．实例crcr①受均匀外压作用的圆筒形薄壳——由圆形平衡变成椭圆形平衡。
②受均匀压力作用的拱形薄板——由拱形平衡变成翘曲平衡。
③窄高梁或薄腹梁的侧向弯曲——由平面弯曲变成侧向弯曲。
④圆筒形薄壳在轴向压力或扭转作用下引起局部皱折。
⑤细长压杆由直线平衡变成曲线平衡。
3．稳定研究发展简史早在18世纪中叶，欧拉就提出《关于稳定的理论》但是这一理论当时没有受到人们的重视，没有在工程中得到应用。
原因是当时常用的工程材料是铸铁、砖石等脆性材料。
这些材料不易制细细长压杆，金属薄板、薄壳。
随着冶金工业和钢铁工业的发展，压延的细长杆和薄板开始得到应用。
19世纪末20世纪初，欧美各国相继兴建一些大型工程，由于工程师们在设计时，忽略杆件体系或杆件本身的稳定问题向造许多严重的工程事故。
例如：19世纪末，瑞士的《孟希太因》大桥的桁架结构，由于双机车牵引列车超载导致受压弦杆失稳使桥梁破坏，造成200人受难。
弦杆失稳往往使整个工程或结构突然坍蹋，危害严重，由于工程事故不断发生，才使工程师们回想起欧拉在一百多年前所提出的稳定理论。
从此稳定问题才在工程中得到高度重视。
§9.1 压杆稳定的概念 1．工程实例（1当推动摇臂打开气阀时就受压力作用。
（2）磨床液压装置的活塞杆，当驱动工作台移动时受到压力作用。
（3）空气压缩机，蒸汽机的连杆。
（4）桁架结构的某些杆件。
（5）建筑物中的柱。
2．压杆分类⎪⎩⎪⎨⎧⎭⎬⎫--.,,.3.2.1曲线平衡而发生失稳杆件会由直线平衡变成比例极限甚至低于或者强度极限当应力低于屈服极限稳定问题细长杆中长杆强度问题短杆b b s σσσ 3．压杆失稳：压杆由直线形状的稳定平衡而过渡到曲线平衡称为失稳或者屈曲。
材料力学：压杆稳定
坍塌后的奎拜克桥
材料力学教学课件
韩国汉城
1995年6月29日下午，韩国汉城三 丰百货大楼，由于盲目扩建、加层， 致使大楼四五层立柱不堪重负而产 生失稳破坏，大楼倒塌，死502人， 伤930人，失踪113人。
2020年2月3日星期一
10
第九章 压杆稳定
中国南京 2000年10月25日上午10时，南京电视台演播中 心演播大厅的屋顶的施工中，由于脚手架失稳， 造成屋顶模板倒塌，死6人，伤34人。
材料力学教学课件
2020年2月3日星期一
26
第九章 压杆稳定
1）、细长杆的临界应力
cr
2E 2
p
2E p
引入记号 1
2E p
欧拉公式的适用范围
l
i
1
2E p
2）、中长杆的临界应力（经验公式）
cr a b, 2 1
sin
kl
l
coskl
0
2020年2月3日星期一
19
第九章 压杆稳定
由于杆在微弯状态下保持平衡时，
Fy不可能等于零，故由上式得
1 sin kl l coskl 0 k 亦即 tan kl kl
满足此条件的最小非零解为kl=4.49，亦即 Fcr l 4.49 EI
从而得到此压杆求临界力的欧拉公式：
受均匀压力的球形薄壳或薄圆环，当压力超过一定数值时，圆环将 不能保持圆对称的平衡形式，而突然变为非圆对称的平衡形式。
材料力学教学课件
2020年2月3日星期一
9
第九章 压杆稳定
由于构件的失稳往往是突然发生的，因而其危害性也较大。 历史上曾多次发生因构件失稳而引起的重大事故。如1907年 加拿大劳伦斯河上，跨长为548米的奎拜克大桥，因压杆失 稳，导致整座大桥倒塌。近代这类事故仍时有发生。
材料力学 第九章 压杆稳定
点名
二、 欧拉公式的应用范围
(Applicable range for Euler’s formula)
只有在 cr P 的范围内，才可以用欧拉公式计算压杆的 临界压力 Fcr（临界应力 cr ）。
cr
2E 2
P
或
2E
P
令1
E
P
点名
即 ≥ 1（大柔度压杆或细长压杆），为欧拉公式的适用范围。 1 的大小取决于压杆材料的力学性能。例如，对于Q235钢， 可取 E=206GPa，P=200MPa，得
构件的承载能力
①强度 ②刚度 ③稳定性
点名
工程中有些构 件具有足够的强度、 刚度，却不一定能 安全可靠地工作。
点名
二、工程实例（Example problem）
点名
点名
内燃机、空气压缩机的连杆
点名
点名
点名
点名
三、失稳破坏案例 (bucking examples)
案例1、上世纪初，享有盛誉的美国桥梁学家库柏(Theodore Cooper)在圣劳伦斯河上建造魁比克大桥(Quebec Bridge) 1907年8月29日，发生稳定性破坏,85位工人死亡,成为上世纪 十大工程惨剧之一.
A杆先失稳
点名
例题2 压杆截面如图所示。两端为柱形铰链约束，若绕 y 轴失
稳可视为两端固定，若绕 z 轴失稳可视为两端铰支。已知，杆长
l=1m ,材料的弹性模量E=200GPa，p=200MPa。
求压杆的临界应力。
z
解： 1
E 99
P
y
30mm
iy
Iy A
1 (0.03 0.023 )
Mechanics of Materials
建筑力学第9章压杆稳定
• 压杆失稳时的压力比引起强度不足而破坏的压力要小得多，并且失稳 破坏是突然的，因此，对细长压杆必须进行稳定性计算。
• 为了说明压杆平衡状态的稳定性，我们取一根细长的直杆进行压缩试 验，如图９-１所示。
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第一节 压杆稳定的概念
• 压杆的平衡状态可以分为三种。图９-１（ａ）中，当压力P不太大时， 用一微小的横向力干扰它，压杆微弯，当横向力撤去后，压杆能自动 恢复原有的直线形状，这时压杆处于稳定的平衡状态。图９-１（ｂ） 中，当压力P增大到某一特定值Pｃｒ时，微小的横向干扰力撤去后， 压杆在微弯状态下维持新的平衡，这时压杆处于临界平衡状态，这个 特定值Pｃｒ叫作临界力。图９-１（ｃ）中，当压力P超过临界力Pｃｒ 后，干扰力作用下的微弯会越来越大直至压杆弯断，此时压杆丧失了 稳定性。
• σｃｒ＝π２E/λ２≤σＰ
• ■四、中长杆的临界应力计算———经验公式
• 当压杆的柔度小于λＰ时，称为中长杆或中柔度杆。中长杆的临界应 力σｃｒ大于材料的比例极限σＰ，此时欧拉公式不再适用。工程中对 这类压杆一般采用经验公式计算临界力或临界应力。常用的经验公式 有两种：直线公式和抛物线公式。
上一页
• Pｃｒ＝π２EI/（μl）２（９-１） • 式中 • E———材料的弹性模量； • I———压杆横截面的最小惯性矩； • EI———压杆的抗弯刚度；
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第二节 临界力和临界应力
• l———压杆的实际长度； • μ———压杆的长度系数，见表９-１； • μl———压杆的计算长度。 • ■二、临界应力 • 在临界力作用下，细长压杆横截面上的平均压应力叫作压杆的临界应
• 从前面几节内容可知，影响压杆稳定性的主要因素有：压杆的截面形 状、长度、两端的约束条件以及材料的性质等。要提高压杆的稳定性 ，可采取以下四个措施。
• 为了说明压杆平衡状态的稳定性，我们取一根细长的直杆进行压缩试 验，如图９-１所示。
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第一节 压杆稳定的概念
• 压杆的平衡状态可以分为三种。图９-１（ａ）中，当压力P不太大时， 用一微小的横向力干扰它，压杆微弯，当横向力撤去后，压杆能自动 恢复原有的直线形状，这时压杆处于稳定的平衡状态。图９-１（ｂ） 中，当压力P增大到某一特定值Pｃｒ时，微小的横向干扰力撤去后， 压杆在微弯状态下维持新的平衡，这时压杆处于临界平衡状态，这个 特定值Pｃｒ叫作临界力。图９-１（ｃ）中，当压力P超过临界力Pｃｒ 后，干扰力作用下的微弯会越来越大直至压杆弯断，此时压杆丧失了 稳定性。
• σｃｒ＝π２E/λ２≤σＰ
• ■四、中长杆的临界应力计算———经验公式
• 当压杆的柔度小于λＰ时，称为中长杆或中柔度杆。中长杆的临界应 力σｃｒ大于材料的比例极限σＰ，此时欧拉公式不再适用。工程中对 这类压杆一般采用经验公式计算临界力或临界应力。常用的经验公式 有两种：直线公式和抛物线公式。
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• Pｃｒ＝π２EI/（μl）２（９-１） • 式中 • E———材料的弹性模量； • I———压杆横截面的最小惯性矩； • EI———压杆的抗弯刚度；
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第二节 临界力和临界应力
• l———压杆的实际长度； • μ———压杆的长度系数，见表９-１； • μl———压杆的计算长度。 • ■二、临界应力 • 在临界力作用下，细长压杆横截面上的平均压应力叫作压杆的临界应
• 从前面几节内容可知，影响压杆稳定性的主要因素有：压杆的截面形 状、长度、两端的约束条件以及材料的性质等。要提高压杆的稳定性 ，可采取以下四个措施。
材料力学：第九章 压杆稳定问题
绞），I 应取最小的形心主惯矩，得到直杆的
实际临界力
若杆端在不同方向的约束情况不同， I 应取挠 曲时横截面对其中性轴的惯性矩。即，此时要 综合分析杆在各个方向发生失稳时的临界压力， 得到直杆的实际临界力（最小值）。
求解临界压力的方法：
1. 假设直梁在外载荷作用下有一个初始的弯曲变形
2. 通过受力分析得到梁截面处的弯矩，并带入挠曲线 的微分方程
P
采用挠曲线近似微分方程得
B
到的d —P曲线。
Pcr A
B'
可见，采用挠曲线近
似微分方程得到的d —P曲
线在压杆微弯的平衡形态
d
下，呈现随遇平衡的假象。
大挠度理论、小挠度理论、实际压杆
欧拉公式
在两端绞支等截面细长中心受压直杆
的临界压力公式中
2EI
Pcr l 2
形心主惯矩I的选取准则为
若杆端在各个方向的约束情况相同（如球形
P
压杆稳定性的概念
当P较小时，P
Q
P
当P较大时，
P Q
稳定的平衡态
P
撤去横向力Q 稳定的
小
稳
P定
的
P P
临界压力
Pcr
不
稳
撤去横向力Q 不稳定的
定 的
P
大
不稳定的平衡态
压杆稳定性的概念
压杆稳定性的工程实例
细长中心受压直杆临界 力的欧拉公式
细长中心受压直杆临界力的欧拉公式
压杆的线（性）弹性稳定性问题
利用边界条件
得 w D,
xl
Dcos kl 0
若解1
D0
表明压杆未发生失稳
w(x) Asin kx B cos kx D
实际临界力
若杆端在不同方向的约束情况不同， I 应取挠 曲时横截面对其中性轴的惯性矩。即，此时要 综合分析杆在各个方向发生失稳时的临界压力， 得到直杆的实际临界力（最小值）。
求解临界压力的方法：
1. 假设直梁在外载荷作用下有一个初始的弯曲变形
2. 通过受力分析得到梁截面处的弯矩，并带入挠曲线 的微分方程
P
采用挠曲线近似微分方程得
B
到的d —P曲线。
Pcr A
B'
可见，采用挠曲线近
似微分方程得到的d —P曲
线在压杆微弯的平衡形态
d
下，呈现随遇平衡的假象。
大挠度理论、小挠度理论、实际压杆
欧拉公式
在两端绞支等截面细长中心受压直杆
的临界压力公式中
2EI
Pcr l 2
形心主惯矩I的选取准则为
若杆端在各个方向的约束情况相同（如球形
P
压杆稳定性的概念
当P较小时，P
Q
P
当P较大时，
P Q
稳定的平衡态
P
撤去横向力Q 稳定的
小
稳
P定
的
P P
临界压力
Pcr
不
稳
撤去横向力Q 不稳定的
定 的
P
大
不稳定的平衡态
压杆稳定性的概念
压杆稳定性的工程实例
细长中心受压直杆临界 力的欧拉公式
细长中心受压直杆临界力的欧拉公式
压杆的线（性）弹性稳定性问题
利用边界条件
得 w D,
xl
Dcos kl 0
若解1
D0
表明压杆未发生失稳
w(x) Asin kx B cos kx D
09 第9章 压杆稳定
P
An
4 稳定性校核步骤：
•计算柔度 •判断压杆类型并计算临界应力或临界压力 •稳定性校核
【例9.3】 千斤顶如图9.6所示，丝杠长度，螺纹内径，材料为
45钢，最大起重重量为F=80kN，规定的稳定安全因数[nst]=4，
试校核丝杠的稳定性。 解：(1) 计算柔度。
丝杠可以简化为下端固定，上端自由的压 杆，因此长度因数取μ=2。
稳定失效：压杆丧失稳定性而破坏，具有突发性
逐渐成为构件或结构安全工作的控制条件
称为临界压力
稳定 平衡
Pcr
不稳定 平衡
§9.2 细长压杆的临界载荷的计算及欧拉公式
9.2.1 两端铰支细长压杆的临界载荷的计算
Pcr
y
Pcr
x
M (x) Pcr w M M (x) EIw''
EIw'' Pcr w 0
解： (1) 计算截面的极惯性矩
I min
0.05 0.033 12
m4
11.25 108 m 4
(2) 两端为铰支约束，则代入欧拉公式得
Pcr
2EI l2
2
9 109
11.25 108 1
N
10kN
所以，当杆的轴向压力达到10kN时， 此杆就会丧失稳定。
9.3 欧拉公式的适用范围·经验公式
记：2
a
s
b
a s
b
2 1 ——直线公式的适用范围
——这种压杆称为中柔度杆或中长杆
2 的压杆 ——小柔度杆或短粗杆
不存在失稳问题，应考虑强度问题
cr s
经验公式中，抛物线公式的表达式为
An
4 稳定性校核步骤：
•计算柔度 •判断压杆类型并计算临界应力或临界压力 •稳定性校核
【例9.3】 千斤顶如图9.6所示，丝杠长度，螺纹内径，材料为
45钢，最大起重重量为F=80kN，规定的稳定安全因数[nst]=4，
试校核丝杠的稳定性。 解：(1) 计算柔度。
丝杠可以简化为下端固定，上端自由的压 杆，因此长度因数取μ=2。
稳定失效：压杆丧失稳定性而破坏，具有突发性
逐渐成为构件或结构安全工作的控制条件
称为临界压力
稳定 平衡
Pcr
不稳定 平衡
§9.2 细长压杆的临界载荷的计算及欧拉公式
9.2.1 两端铰支细长压杆的临界载荷的计算
Pcr
y
Pcr
x
M (x) Pcr w M M (x) EIw''
EIw'' Pcr w 0
解： (1) 计算截面的极惯性矩
I min
0.05 0.033 12
m4
11.25 108 m 4
(2) 两端为铰支约束，则代入欧拉公式得
Pcr
2EI l2
2
9 109
11.25 108 1
N
10kN
所以，当杆的轴向压力达到10kN时， 此杆就会丧失稳定。
9.3 欧拉公式的适用范围·经验公式
记：2
a
s
b
a s
b
2 1 ——直线公式的适用范围
——这种压杆称为中柔度杆或中长杆
2 的压杆 ——小柔度杆或短粗杆
不存在失稳问题，应考虑强度问题
cr s
经验公式中，抛物线公式的表达式为
第9章-压杆稳定
第9章 压杆稳定
压杆稳定
§９-1
§９-2 §９-3 §９-4 §９-5 §９-6
压杆稳定的概念
两端铰支细长压杆的临界压力 其他支座条件下压杆的临界压力 压杆的临界应力 压杆的稳定校核 提高压杆稳定性的措施
压杆稳定
§９-1 压杆稳定的概念 1、杆件在轴向拉力的作用下：
塑性材料：工作应力达到屈服极限时出现屈服失效； 脆性材料： 工作应力达到强度极限时断裂；
B 0.7 1
F
C 1 2
F
D 2
题1图
题2图
压杆稳定
压杆稳定
例
如图所示一细长的矩形截面 压杆，一端固定，一端自由。材 料为钢，弹性模量E = 200GPa， 几何尺寸为：l=2.5m , b =40mm ， h=90mm 。试计算此压杆的临界 压力。若b=h=60mm ，长度相等， 则此压杆的临界压力又为多少？ （压杆满足欧拉公式计算条件*）
半波正弦曲线的一段长度。 长为L的一端固定一端自由的压杆的挠曲线与长为2L的两 端铰支的细长杆相当。 长为L的一端固定、另端铰支的压杆，约与长为0.7L的 两端铰支压杆相当。 长为L的两端固定压杆与长为0.5L的两端铰支压杆相当;
压杆稳定
讨论：
（2）横截面对某一形心主惯性轴的惯性矩 I
若杆端在各个方向的约束情况相同（球形铰等），则 I 应取最小的形心主惯性矩。 若杆端在各个方向的约束情况不同（柱形铰），应分 别计算杆在不同方向失稳时的临界力。I 为其相应的对 中性轴的惯性矩。
这类杆又称中柔度杆。 中柔度压杆失稳时，横截面上的应力已超过比例极限， 故属于弹塑性稳定问题。
压杆稳定
类比法： 根据力学性质将某些点类比为支座点。 其它约束——折算成两端铰支。
压杆稳定
§９-1
§９-2 §９-3 §９-4 §９-5 §９-6
压杆稳定的概念
两端铰支细长压杆的临界压力 其他支座条件下压杆的临界压力 压杆的临界应力 压杆的稳定校核 提高压杆稳定性的措施
压杆稳定
§９-1 压杆稳定的概念 1、杆件在轴向拉力的作用下：
塑性材料：工作应力达到屈服极限时出现屈服失效； 脆性材料： 工作应力达到强度极限时断裂；
B 0.7 1
F
C 1 2
F
D 2
题1图
题2图
压杆稳定
压杆稳定
例
如图所示一细长的矩形截面 压杆，一端固定，一端自由。材 料为钢，弹性模量E = 200GPa， 几何尺寸为：l=2.5m , b =40mm ， h=90mm 。试计算此压杆的临界 压力。若b=h=60mm ，长度相等， 则此压杆的临界压力又为多少？ （压杆满足欧拉公式计算条件*）
半波正弦曲线的一段长度。 长为L的一端固定一端自由的压杆的挠曲线与长为2L的两 端铰支的细长杆相当。 长为L的一端固定、另端铰支的压杆，约与长为0.7L的 两端铰支压杆相当。 长为L的两端固定压杆与长为0.5L的两端铰支压杆相当;
压杆稳定
讨论：
（2）横截面对某一形心主惯性轴的惯性矩 I
若杆端在各个方向的约束情况相同（球形铰等），则 I 应取最小的形心主惯性矩。 若杆端在各个方向的约束情况不同（柱形铰），应分 别计算杆在不同方向失稳时的临界力。I 为其相应的对 中性轴的惯性矩。
这类杆又称中柔度杆。 中柔度压杆失稳时，横截面上的应力已超过比例极限， 故属于弹塑性稳定问题。
压杆稳定
类比法： 根据力学性质将某些点类比为支座点。 其它约束——折算成两端铰支。
第9章 压杆的稳定
由上可知：木柱的临界压力为Fcr=123kN。
2、压杆的临界应力
(1) 、临界应力与柔度
22 Fcr 2 EI 2E I 2E 2 EE cr i 22 2 2 2 A ul A ul A ul
其中: i
I — 截面的惯性半径；为截面的几何性质； A
由结点B的平衡： Fy 0, FBA sin P max 0;
Pmax 4 FBA max sin Fcr sin 59.6 47.7kN ; 5
三、压杆的稳定计算 一、 稳定条件 压杆要具有足够的稳定性，必须满足压杆的稳定条 件，即
Fcr nw [nw ] 或 nw cr nw — 安全系数法 F
a
B
A
ul 1 1 142.9 p 123; 大柔度杆； 3 i 7 10
2 E 2 200 109 cr 2 Pa 96.7 MPa 2 142.9
Fcr cr A 96.7 615.75 59.6kN FBA ;
（即绕y轴失稳）
120 2003 80106 m m4 中性轴为y轴：I y 12
木柱两端铰支，u，则得：
Fcr
2 EI y
ul
2
3.142 10 109 80 106 1012
1 8
2
N 123kN
（2）计算最小刚度平面内的临界压力 （即绕 z 轴失稳）
临界力—压杆在临界平衡状态（刚好达到使压杆处 于不稳定平衡状态）时所受的轴向压力。
二、临界力及临界应力
1、临界力的欧拉公式： F cr
EI
材料力学 第9章 压杆稳定
材料力学
第9章 压杆稳定
第9章 压杆稳定
材料力学
第9章 压杆稳定
第9章 压杆稳定
9.1 概述 9.2 细长压杆的临界力 9.3 压杆的临界应力 9.4 压杆的稳定计算 9.5 提高压杆稳定性的措施
小结
材料力学
9.1 概述
第9章 压杆稳定
在绪论中曾经指出，当作用在细长杆上的轴向压力达到或超过一定 限度时，杆件可能突然变弯，即产生失稳现象。杆件失稳往往产生很 大的变形甚至导致系统破坏。因此，对于轴向受压杆件，除应考虑其 强度与刚度问题外，还应考虑其稳定性问题。
（4）临界状态的压力恰好等于临界力，而所处的微弯状态称为屈曲模态， 临界力的大小与屈曲模态有关。
（5）n=2、3所对应的屈曲模态事实上是不能存在的，除非在拐点处增加 支座。这些结论对后面讨论的不同约束情况一样成立。
材料力学
第9章 压杆稳定
9.2 细长压杆的临界力
9.2.2 一端固定、一端自由细长压杆的临界力
w xl
coskl 0
材料力学
9.2 细长压杆的临界力
9.2.2 一端固定、一端自由细长压杆的临界力
coskl 0
kl nπ k nπ
2
2l
Fcr
n 2 π 2EI (2l ) 2
n 1,3,5,
取最小值，可得该压杆临界力Fcr的欧拉公式为:
Fcr
π2EI (2l ) 2
第9章 压杆稳定
材料力学
第9章 压杆稳定
9.2 细长压杆的临界力
计算临界力归结为计算压杆处于微弯状态临界平衡时的平衡方程 及荷载值。 用静力法计算临界力时应按以下的思路来考虑： （1）细长压杆失稳模态是弯曲，所以弯曲变形必须考虑； （2）假设压杆处在线弹性状态； （3）临界平衡时压杆处于微弯状态，即挠度远小于杆长，于是， 梁近似挠曲线的微分方程仍然适用。 （4）压杆存在纵向对称面，且在纵向对称面内弯曲变形。
第9章 压杆稳定
第9章 压杆稳定
材料力学
第9章 压杆稳定
第9章 压杆稳定
9.1 概述 9.2 细长压杆的临界力 9.3 压杆的临界应力 9.4 压杆的稳定计算 9.5 提高压杆稳定性的措施
小结
材料力学
9.1 概述
第9章 压杆稳定
在绪论中曾经指出，当作用在细长杆上的轴向压力达到或超过一定 限度时，杆件可能突然变弯，即产生失稳现象。杆件失稳往往产生很 大的变形甚至导致系统破坏。因此，对于轴向受压杆件，除应考虑其 强度与刚度问题外，还应考虑其稳定性问题。
（4）临界状态的压力恰好等于临界力，而所处的微弯状态称为屈曲模态， 临界力的大小与屈曲模态有关。
（5）n=2、3所对应的屈曲模态事实上是不能存在的，除非在拐点处增加 支座。这些结论对后面讨论的不同约束情况一样成立。
材料力学
第9章 压杆稳定
9.2 细长压杆的临界力
9.2.2 一端固定、一端自由细长压杆的临界力
w xl
coskl 0
材料力学
9.2 细长压杆的临界力
9.2.2 一端固定、一端自由细长压杆的临界力
coskl 0
kl nπ k nπ
2
2l
Fcr
n 2 π 2EI (2l ) 2
n 1,3,5,
取最小值，可得该压杆临界力Fcr的欧拉公式为:
Fcr
π2EI (2l ) 2
第9章 压杆稳定
材料力学
第9章 压杆稳定
9.2 细长压杆的临界力
计算临界力归结为计算压杆处于微弯状态临界平衡时的平衡方程 及荷载值。 用静力法计算临界力时应按以下的思路来考虑： （1）细长压杆失稳模态是弯曲，所以弯曲变形必须考虑； （2）假设压杆处在线弹性状态； （3）临界平衡时压杆处于微弯状态，即挠度远小于杆长，于是， 梁近似挠曲线的微分方程仍然适用。 （4）压杆存在纵向对称面，且在纵向对称面内弯曲变形。
材料力学-第9章压杆的稳定问题
0 1 0 sinkl coskl
sinkl 0
第9章 压杆的稳定问题
两端铰支压杆的临界载荷欧拉公式
sinkl 0
FP k EI 由此得到临界载荷
2
kl nπ, n 1, 2 ,,
FPcr
第9章 压杆的稳定问题
两端铰支压杆的临界载荷欧拉公式
微分方程的解 w =Asinkx + Bcoskx 边界条件 w ( 0 ) = 0 , w( l ) = 0
0 A＋1 B 0 sinkl A coskl B 0
根据线性代数知识，上述方程中，常数A、B 不全为零的条件是他们的系数行列式等于零：
FP F FP P
FP>FPcr :在扰动作用下， 直线平衡构形转变为弯曲平 衡构形，扰动除去后， 不能恢复到直线平衡构形， 则称原来的直线平衡构形 是不稳定的。
第9章 压杆的稳定问题
压杆稳定的基本概念
当压缩载荷大于一定的数值时，在任意微小的外界扰动下， 压杆都要由直线的平衡构形转变为弯曲的平衡构形，这一过程 称为屈曲（buckling）或失稳（lost stability）。对于细长压杆， 由于屈曲过程中出现平衡路径的分叉，所以又称为分叉屈曲 （bifurcation buckling）。 稳定的平衡构形与不稳定的平衡构形之间的分界点称为临 界点（critical point）。对于细长压杆，因为从临界点开始， 平衡路径出现分叉，故又称为分叉点。临界点所对应的载荷称 为临界载荷（critical load）或分叉载荷（bifurcation load）， 用FP表示。
第9章 压杆的稳定问题
压杆稳定的基本概念
在很多情形下，屈曲将导致构件失效，这种失 效称为屈曲失效（failure by buckling）。由于屈曲 失效往往具有突发性，常常会产生灾难性后果，因 此工程设计中需要认真加以考虑。
材料力学第09章(压杆稳定)
67.14(kN)
[例3] 已知：压杆为Q235钢，l=0.5m，E=200GPa，求细长 压杆的临界压力。 F 解：I min I y 3.89cm 4 3.89104 mm 4
y0 x x1 x0 z 0 x0 x x1 y0
2 EImin Fcr ( l )2
0
1
三、压杆的临界应力总图
cr
S
P
s a b2
a s 2 b
cr a b
2E cr 2
L
i
2
1
临界应力总图
四、小结
≥ 1，大柔度杆
2 ≤ ≤ 1，中柔度杆
2E cr 2
cr a b
一端固定 一端铰支
两端固定
=1
=2
= 0.7
=0.5
[例1]求细长压杆的临界压力 F
0.5l
π 2 EI Fcr ( 0.5l ) 2
π 2 EI Fcr (0.5 0.7 l ) 2
l
[例2] 试由挠曲线近似微分方程，导出下述细长压杆的临界 力公式。
解：变形如图，其挠曲线近似微分方程为：
可靠地工作。
一、稳定性的概念 稳定性：保持原有平衡状态的能力 1、稳定平衡
影片：14-1
2、随遇平衡
3、不稳定平衡
影片：14-2
稳定性：保持原有平衡状态的能力
二、压杆失稳与临界压力 F<Fcr
稳 定 平 衡
F=Fcr
随 遇 平 衡
F>Fcr
F
F
F
不 稳 定 平 衡
影片：14-3
稳 定 平 衡
=2，试校核其稳定性。(一个角钢A1=8.367cm2，Ix=23.63cm4， Ix1=47.24cm4 ，z0=1.68cm ） z
[例3] 已知：压杆为Q235钢，l=0.5m，E=200GPa，求细长 压杆的临界压力。 F 解：I min I y 3.89cm 4 3.89104 mm 4
y0 x x1 x0 z 0 x0 x x1 y0
2 EImin Fcr ( l )2
0
1
三、压杆的临界应力总图
cr
S
P
s a b2
a s 2 b
cr a b
2E cr 2
L
i
2
1
临界应力总图
四、小结
≥ 1，大柔度杆
2 ≤ ≤ 1，中柔度杆
2E cr 2
cr a b
一端固定 一端铰支
两端固定
=1
=2
= 0.7
=0.5
[例1]求细长压杆的临界压力 F
0.5l
π 2 EI Fcr ( 0.5l ) 2
π 2 EI Fcr (0.5 0.7 l ) 2
l
[例2] 试由挠曲线近似微分方程，导出下述细长压杆的临界 力公式。
解：变形如图，其挠曲线近似微分方程为：
可靠地工作。
一、稳定性的概念 稳定性：保持原有平衡状态的能力 1、稳定平衡
影片：14-1
2、随遇平衡
3、不稳定平衡
影片：14-2
稳定性：保持原有平衡状态的能力
二、压杆失稳与临界压力 F<Fcr
稳 定 平 衡
F=Fcr
随 遇 平 衡
F>Fcr
F
F
F
不 稳 定 平 衡
影片：14-3
稳 定 平 衡
=2，试校核其稳定性。(一个角钢A1=8.367cm2，Ix=23.63cm4， Ix1=47.24cm4 ，z0=1.68cm ） z
材料力学第九章-压杆稳定
Iy Iz
按照 Iy计算临界压力。
工程力学
例 按照 Iy计算临界压力。
F b z
h l
π 2 EI π 2 200 10 3 48 10 4 Fcr N 2 2 ( l ) (2 2500 )
37860N 37.86kN
若
y
h b 60mm
bh3 60 4 Iy Iz mm 108 10 4 mm 12 12
工程力学
三、其它支承情况下细长压杆的临界力 不同约束形式 压杆的临界力，可 以用类似的方法求 解微分方程导出。 但在已经导出 两端铰支压杆的临 界压力公式之后， 便可以用比较简单 的方法，得到其他 约束条件下的临界 力。
l
F
F
一端固定，一端自由， 长为l 的的压杆的挠曲线 和两端铰支，长为2l的 压杆的挠曲线的上半部 分相同。则临界压力:
工程力学
二、稳定性问题的分类 1.压杆的稳定性。2.板壳的稳定性。 本课程只讨论压杆的稳定性。
三、压杆的稳定与失稳 1．压杆的稳定性： 压杆维持其原有直线平衡状态的能力
2．压杆的失稳： 压杆丧失其原有直线平衡状态，不能稳定地工作。
工程力学
四、压杆失稳的原因 1)杆轴线本身不直(有初曲率)； 2)加载偏心； 3)压杆的材质不均匀；
4)外界干扰力。 五、失稳现象的特点 1.多样性。（如扭转、弯曲失稳，板、壳、柱） 2.整体性。构件失稳引起受力重新分配。整体失效、 整体分析。 3.破坏的突然性。应力在弹性范围，类似脆性破坏。
工程力学
• 1907年加拿大
魁北克大桥在 剪彩前突然坍 塌，600米长， 19000吨重的大
桥和86名建桥
3、中柔度杆的经验公式 对于 < p的压杆，其临界应力大于材料的比例极限，欧拉 公式已经不适用。
按照 Iy计算临界压力。
工程力学
例 按照 Iy计算临界压力。
F b z
h l
π 2 EI π 2 200 10 3 48 10 4 Fcr N 2 2 ( l ) (2 2500 )
37860N 37.86kN
若
y
h b 60mm
bh3 60 4 Iy Iz mm 108 10 4 mm 12 12
工程力学
三、其它支承情况下细长压杆的临界力 不同约束形式 压杆的临界力，可 以用类似的方法求 解微分方程导出。 但在已经导出 两端铰支压杆的临 界压力公式之后， 便可以用比较简单 的方法，得到其他 约束条件下的临界 力。
l
F
F
一端固定，一端自由， 长为l 的的压杆的挠曲线 和两端铰支，长为2l的 压杆的挠曲线的上半部 分相同。则临界压力:
工程力学
二、稳定性问题的分类 1.压杆的稳定性。2.板壳的稳定性。 本课程只讨论压杆的稳定性。
三、压杆的稳定与失稳 1．压杆的稳定性： 压杆维持其原有直线平衡状态的能力
2．压杆的失稳： 压杆丧失其原有直线平衡状态，不能稳定地工作。
工程力学
四、压杆失稳的原因 1)杆轴线本身不直(有初曲率)； 2)加载偏心； 3)压杆的材质不均匀；
4)外界干扰力。 五、失稳现象的特点 1.多样性。（如扭转、弯曲失稳，板、壳、柱） 2.整体性。构件失稳引起受力重新分配。整体失效、 整体分析。 3.破坏的突然性。应力在弹性范围，类似脆性破坏。
工程力学
• 1907年加拿大
魁北克大桥在 剪彩前突然坍 塌，600米长， 19000吨重的大
桥和86名建桥
3、中柔度杆的经验公式 对于 < p的压杆，其临界应力大于材料的比例极限，欧拉 公式已经不适用。
第九章压杆稳定
E1 E2
λ
1
2l1 d
λ
2
2
3l2 d
cr1
2 E1 12
2 E1 d 4l12
2
2 E2d212l Nhomakorabea2 2
cr 2
2 E2
2 2
2 E2d2
12l
2 2
Cr1
Fcr1 Fcr 2
A1 CR1 A2 CR2
A1 A2
d 2
4 d2
4
58
例题 ：两端为球绞支的圆截面杆，材料的弹性模量
E 2.03105 MPa ,σ P 300MPa ，杆的直径d=100mm
sin
kx
2
x
F cr
l
l 2
y
A
δ
B
25
0
δ sin kl
sin
kl
2δ
cos
kl 2
2
要想压杆在微弯状态下 平衡只有
cos kl 0 2
kl n (n 1,3,5 )
22
x
F cr
l
l 2
y
A
δ
B
26
kl n (n 1,3,5 )
22
其最小解为 n = 1 的解
k
l
F cr k2 EI
6 12
z
24
6 y 22
42
解：
在 xy 平面内失稳时，z 为中性轴
I
z
1 12
12243
2( 1 2263 226152) 12
F cr1
2E Iz ( z l1)2
2E Iz
(1l1)2
6 12
z
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Fcr EI
k 2 w 0 w
通解：
w A sin kx B cos kx
目录
7
§9.2
细长中心受压直杆临界力的欧拉公式
wy
Fcr
边界条件 （1） x = 0，w = 0 ， （2） x = l， w =0 ， 得 B =0 Asinkl =0
若 A = 0，则 w ≡ 0，压杆恒为直杆，与原题意不符
欧拉公式的应用范围，临界应力总图
二、折减弹性模量理论 (大柔度杆) 欧拉公式 折减弹性模量理论
P
E
Eσ
P
临界力：
(小柔度杆)
2E rI Fcr ( l ) 2
4Eσ E 折减弹性模量： Er 2 （ E Eσ）
o
其中Eσ 为切线弹性模量，图中曲线上某点切线的斜率。
目录
2 EI
2
的适用条件：
材料均匀）
（2）线弹性，小变形
（3）两端为铰支座
目录
11
例题 9-1
已知：两端铰支细长压杆，横截面直径
d=50mm，材料为Q235钢，弹性模量
E=200GPa，σs=235MPa。试确定其临界 力。
解： 截面惯性矩
π 4 π I d 0.05 307 10 -9 m 4 64 64
18
§9.4
欧拉公式的应用范围，临界应力总图
三、压杆的临界应力总图
目录
19
§9.5
实际压杆的稳定因数
cr
[n]st
压杆的稳定许用应力： [ ]st
[n]st —— 稳定安全系数
[σ]st与强度许用应力[σ]的关系：
[ ]st [ ]
——稳定因数
钢结构设计规范中，列出 — 关系（书中表9-2，9-3）
[ ]st [ ] 52.9MPa
钢柱的工作应力： 工作应力大于许用应力
F 2 53.7MPa A
53.7 52.9 1.5% 52.9
目录
所以16号槽钢可用。
32
例题 9-5
（2）计算组合槽钢间距h 合理的截面应该是y、z两方面稳定性相同，故应满足 λy= λz 因为：
所以， sinkl = 0， kl = nπ （ n = 0，1，2，…）
目录
8
§9.2
细长中心受压直杆临界力的欧拉公式
wy
Fcr
由 kl = nπ 可得， 所以
n 2 2 EI Fcr l2
n k l
Fcr n 2 2 k2 2 EI l
（n=0，1，2，…）
当 n =1时，得临界载荷
FP
I min
50 103 1012 4.17 109 m 4 12
FP
10
50
2 I min E 2 4.17 200 Fcr 67.14kN 2 2 ( 1l ) (0.7 0.5)
图(b)
I min I z 3.89 108 m 4
目录
20
§9.5
木结构：
实际压杆的稳定因数
树种强度等级为TC17，TC15及TB20：
75
1 1 80
2
75
3000
2
树种强度等级为TC13，TC11、TB17及TB15 ：
91
1 1 65
2
91
Fcr cr A 493.5(kN)
目录
29
例题 9-5
厂房的钢柱长7m，上下两端分别与基础和梁连接。钢柱的长 度因数取为μ=1.3。钢柱由两根Q235钢的槽钢组成，符合钢结 构设计规范中的实腹式b类截面中心受压杆的要求。在柱脚和 柱顶处用螺栓借助于连接板与基础和梁连接，同一横截面上 最多有四个直径为30mm的螺栓孔。钢柱承受的轴向压力为 270kN，材料的强度许用应力[σ]=170MPa。试为钢柱选择槽 钢号码，并确定两根槽钢的间距h。 解：（1）按稳定条件选择槽钢号码 因i 未知，无法定 和 先假设：
一端固定一端自由
Fcr
2 EI
(l ) 2
Fcr
2 EI
(2l ) 2
2 EI Fcr ( l ) 2
欧拉公式普遍形式
长度系数（长度因数）
l
相当长度
目录
14
§9.3 不同杆端约束下细长压杆临界力的欧拉公式， 压杆的长度因数
目录
15
例题 9-2
求下列细长压杆的临界力 解：图(a)
1.3 7m 165 2 5.52 10 m
查表9-3，对应Q235钢，λ=165的稳定因数为： 0.262
可见前面假设的 过大，重新假设 0.35，得
A 2 22.7 10 4 m 2 [ ]
目录
F
31
例题 9-5
查型钢表，试用16号槽钢： A=25. 15cm2，iz=6.1cm。 l 149.2 iz 查表得对应该 λ 的稳定因数为： 由于计算所得的 与假设结果接近，故按 0.311 校核16号槽钢是否可用。
0.5
0.5 400 y 57.8 iy 3.46
目录
l
28
例题 9-4
由于 z y ，所以杆件将在xy 平面内发生失稳。
max(y， z ) 69.3 P 59
用欧拉公式计算临界应力：
2 E π 2 10109 cr 2 20.55(MPa) 2 69.3
μy= μz ， 所以
iy = iz
16号槽钢的
iy0=1.82cm， z0= 1.75cm
所以
h I y0 A( z0 ) 2 Iy 2 2 i 2 ( z h )2 i 2 iy y0 0 z A A 2
解得： h=81.4mm
33
目录
例题 9-5
（3）校核净截面强度 压杆的净截面面积为：
0.5
可得：
[ ]st [ ] 0.5 170MPa 85MPa
目录
30
例题 9-5
由稳定条件计算每根槽钢所需的面积：
3 2 27010 N / 2 15.9 10 4 m 2 A [ ]st 85106 Pa
F
查型钢表，14a号槽钢的横截面面积为A=18.51cm2，iz=5.52cm。
解：（1）计算组合截面的 惯性矩
查型钢表得：
I Z0 153104 mm4
I y0 49.01104 mm4
A 1230mm2
y0 16.1mm
目录
24
例题 9-3
组合截面对其形心主惯性轴的惯性矩：
I Z （ 104 mm4） 306104 mm4 2 153
I y 2[49.01104 mm4 (1230 2 )(23.6mm)2 ] 235104 mm4 mm
因为Iz>Iy，压杆的弱轴为y轴，故以y轴向计算
iy Iy A 30.9mm
y
l
iy
97
查表9-3得： 0.575
压杆的稳定许用应力为：
[ ]st [ ] 0.575 170MPa 97.8MPa
目录
25
例题 9-4
一截面为12cm×20cm的 矩形木柱，长 l=4m，其
又稳定因数 φ 随柔度 λ 的增大而减小，所以压杆
合理的截面应使 λ 尽可能小，或 i 尽可能大。
目录
23
例题 9-3
长l=3m、两端球铰支承的中心受压直杆，由两根 110 mm 70mm 7mm 角钢通过缀条及缀板联成整体， 并符合钢结构规范中的实腹式b类截面中心受压杆的 要求。已知该杆材料为Q235钢，其强度许用应力为 [σ]=170MPa。试求压杆的稳定许用应力。
2 A 4d0 2 2515 2 4 300mm2 3830 2 mm mm
压应力为：
F 70.5MPa [ ] 2 A 4d 0
可见净截面上的压缩强度足够。
目录
34
第 九 章
压 杆 稳 定
目录
1
第九章
§9.1
压杆稳定
压杆稳定性的概念
§9.2 §9.3
细长中心受压直杆临界力的欧拉公式 不同杆端约束下细长压杆临界力的欧 拉公式，压杆的长度因数
欧拉公式的应用范围，临界应力总图
§9.4
§9.5
§9.6
目录
实际压杆的稳定因数
压杆的稳定计算，压杆的合理截面
目录
2
§9.1
压杆稳定性的概念
不稳定平衡 微小扰动就使小球远 离原来的平衡位置
稳定平衡
微小扰动使小球离开原 来的平衡位置，但扰动撤销 后小球回复到平衡位置
目录
3
工程实例
目录
4
压杆的稳定性试验
目录
5
压杆的平衡
※ 稳定性是指构件保持其原有平 衡状态的能力。
※ 承受压力作用的杆件，当压力 超过一定限度时就会发生弯曲失稳 现象。直线状态的平衡，过渡到曲 线状态的平衡。
支撑情况是：在 xy 平面
内弯曲时为两端铰支， （图（a）），在 xz 平面 内弯曲时为两端固定 （图（b）） 。木柱为松 木，弹性模量E=10GPa， λP=59。试求木柱的临界 力和临界应力。
目录
26
例题 9-4
解：在 xy 平面内，两端铰支，横截面绕 z 轴转
12 203 Iz 8000 (cm 4 ) 12
iz Iz A 8000 5.77 (cm) 12 20