(英汉双语)工程力学第十章 压杆稳定
压杆稳定解析课件
查表13-1,得 0.276, 与 0.289 相差不大
故可选28a工字钢,校核其稳定性
F 45.1MPa [ ] 46.92MPa
A
例6: 图示梁杆结构,材料均为Q235钢。AB梁为14号
工字钢,BC杆为 d=20mm的圆杆。已知: F=25kN,
l1=1.25m,l2=0.55m,E=206GPa,p=200MPa, s=235MPa,n=1.4,nst=1.8。求校核该结构是否安全。
二﹑欧拉公式应用中的几个问题
(1)Fcr与EI成正比,与l2 成反比,且与杆端约束有 关。 Fcr越大,压杆稳定性越好,越不容易失稳;
(2)杆端约束情况对Fcr的影响,是 通过长度系数μ来实现的。要根据实 际情况选择适当的μ 。
(3)当压杆在两个形心主惯性平面内 的杆端约束情况相同时,则失稳一定 发生在最小刚度平面,即I 最小的纵 向平面。
y z x
轴销
y z
x
轴销
解:xy面内,两端视作铰支,μ = 1,iz = 4.14 cm
z
l
iz
1 2 4.14 102
48.3
y z
x
轴销
xz面内,两端视作固定端,μ = 0.5,查表iy= 1.52cm
y
l
iy
0.5 2 1.52 102
65.8
显然 z y
压杆将在xz平面内失稳 而 p 100,u s 60
lw
x
O
y
M(x) Fcr=F
w
w = Asinkx +Bcoskx (d)
Fcr
k2=Fcr / EI 两个边界条件:
w = Asinkx +Bcoskx
压杆稳定教学课件PPT
P
cr
2E 2
细长压杆。
粗短杆 中柔度杆
o
s
大柔度杆
P
l
i
粗短杆 中长杆 细长杆
细长杆—发生弹性屈曲 (p) 中长杆—发生弹塑性屈曲 (s < p) 粗短杆—不发生屈曲,而发生屈服 (< s)
四、注意问题:
1、计算临界力、临界应力时,先计算柔度,判断所用公式。
2、对局部面积有削弱的压杆,计算临界力、临界应力时, 其截面面积和惯性距按未削弱的尺寸计算。但进行强度 计算时需按削弱后的尺寸计算。
小球平衡的三种状态
稳定平衡
随遇平衡 ( 临界状态 )
不稳定平衡
受压直杆平衡的三种形式
稳定平衡
随遇平衡 ( 临界状态 )
不稳定平衡
电子式万能试
验机上的压杆稳定 实验
工程项目的 压杆稳定试验
§9-2 细长压杆临界压力的欧拉公式 一、两端铰支细长压杆的临界载荷
当达到临界压力时,压杆处于微弯状态下的平衡
1.287
91(kN)
例:图示立柱,L=6m,由两根10号槽型A3钢组成,下端固定,上 端为球铰支座,p 100 ,试 a=?时,截面最为合理。并求立柱的 临界压力最大值为多少?
解:1、对于单个10号槽钢,形心在C1点。 A1 12.74cm2, z0 1.52cm, Iz1 198.3cm4, I y1 25.6cm4.
细长压杆的破坏形式:突然产生显著的弯
曲变形而使结构丧失工作能力,并非因强度不
够,而是由于压杆不能保持原有直线平衡状态
(a)
(b) 所致。这种现象称为失稳。
1907年加拿大圣劳伦斯河上的魁北克桥 (倒塌前正在进行悬臂法架设中跨施工)
压杆稳定PPT课件
稳定安全系数 nst3。试求容许荷载 P 的值。
A 2m
C 3m
P
B
h3.5m
D
35
解:1)由平衡条件可得
A
P NCD
2.5
2m
C 3m
D
2)按强度条件确定 [P]
P
B
h3.5m
N CD σ A σ n sπ 4 (D 2 d 2) 3K 40 N
Q
解:一、分析受力
1500
500
取CBD横梁研究
A
N Cr
A
Cr
A 2E 2
2m
46K9N
D
C 3m
P
B
h3.5m
稳定条件
Pcr P
nst
[N]NCr15K6 N nst
[N] [P] 62.5KN
2.5
38Leabharlann 2mC 3mPB
h3.5m
D
[P] = 62.5KN
39
例:托架,AB杆是圆管,外径D=50mm,内径d=40mm, 两端为球铰,材料为A3钢,E=206GPa,p=100。若规定 nst=3,试确定许可荷载Q。
4
实际上,当压力不到 40N 时,钢尺就被压弯。可见, 钢尺的承载能力并不取决轴向压缩的抗压刚度, 而是与 受压时变弯 有关。
5
稳定平衡与不稳定平衡的概念 当 P小于某一临界值Pcr,撤去横向力后,杆的轴线将 恢复其原来的直线平衡形态,压杆在直线形态下的
平衡是 稳定平衡。
6
P Q
PPcr
P
PPcr
2E cr 2 2. 中 长 杆 ( s p ), 用 经 验 公 式
工程力学精品课程压杆稳定.ppt
F
b y
解:(a) 判断发生弯曲的方向。由于杆截面是矩形, 杆在不同方向弯曲的难易程度不同,如图:
l
h
z
y
因为
h z
b
Iy Iz
所以在各个方向上发生弯曲时约束条件相同的情况下,压杆最易在xz平面内发生弯曲
(b) 判断欧拉公式的适用范围。因为是细长杆
1
(c) 计算临界压力。由欧拉公式
所以可用欧拉公式
d
A
1 d 2
4
4
l 4l 120
i
d
(b) 判别压杆的性质。
1
2 E 102 p
1
压杆是大柔度杆,用欧拉公式计算临界力。
(c) 计算临界应力。
Pcr
cr
A
2E 2
A
269 kN
(d) 当l1=0.75l时,计算压杆的柔度,判别压杆的性质。
0.75120 90
2
a s
解决压杆稳定问题的关键是确定其临界压力。
二。临界压力的欧拉公式
1 两端铰支压杆的临界压力
y
P
xv
l
v xP
P
M x
P
压杆距支座x处截面上的弯矩是
M Pv
代入挠曲线的近似微分方程
d 2v dx2
M EI
Pv EI
令: k 2 P
则有:
EI
d 2v k2v 0 dx 2
以上微分方程的通解是
z b
y
y
x z
h
解:(a) 求在xz平面内弯曲时的柔度。
iy
Iy A
1 hb3
12
hb
b 12
y
1l
压杆稳定(教材)
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”。
第十章压杆稳定ppt课件
2E 0.56 S
②s < 时: cr s
临界应力的特点
•它的实质: 象强度中的比例极限、屈服极限类似,除以 安全因数就是稳定中的应力极限
•同作为常数的比例极限、屈服极限不同,变化 的临界应力依赖压杆自身因素而变
例102 截面为 120mm200mm 的矩形 木柱,长l=7m,材料的弹性模量E = 10GPa,
Fcr
2 EImin
l2
此公式的应用条件:
•理想压杆
•线弹性范围内
•两端为球铰支座
§10-3 不同杆端约束下细长压杆 临界力的欧拉公式
其它端约束情况,分析思路与两端铰支的相同, 并得出了临界力公式
Fcr
2 EImin (l)2
即压杆临界力欧拉公式的一般形式
—长度系数(或约束系数) l—相当长度
•求临界力有两种途径:实验测定及理论计算。
•实验以及理论计算表明:压杆的临界力,与压杆 两端的支承情况有关,与压杆材料性质有关,与 压杆横截面的几何尺寸形状有关,也与压杆的长 度有关。
压杆一般称为柱,压杆的稳定也称为柱的稳 定,压杆的失稳现象是在纵向力作用下,使 杆产生突然弯曲的,在纵向力作用下的弯曲, 称为纵弯曲。
AB杆 l
1
i
l
1.5 cos30
1.732m
i
I A
D4 d4 4 64 D2 d2
D2 d 2 16mm 4
得
1 1.7 3 2 1 03
16
108 P
AB为大柔度杆
Fcr
2EI
l 2
118kN
n
Fcr FN
118 26.6
4.42 nst
3
AB杆满足稳定性要求
第十章压杆稳定52298精品文档65页
13
Plj
PlPj lj
第十章 压杆稳定
§10-1 压杆稳定的概念 §10-2 铰支细长压杆的临界力
其它支承情况下细长压杆的临界力 §10-3 临界应力 欧拉公式的适用范围 §10-4 超过比例极限时压杆的临界力 临 界应力总图 §10-5 压杆稳定的实用计算 稳定条件 §10-6 其他弹性稳定问题简介
1
§10-1 压杆稳定的概念
3
桁架吊索式公路桥
4
塔式吊索式公路桥
5
6
压杆的工程实例
• 千斤鼎
• 发动机连杆
7
• 由于受压杆件失稳后将丧失继续承受原设计载荷的 能力,并且失稳现象又常常是突然发生的,所以结构 中受压构件的失稳常常造成严重的后果,甚至导致整 个结构的倒塌。
• 例如,1907年北美魁比克圣劳伦斯河上一座500多米 长的钢桥在施工修建过程中突然倒塌,1916年再次倒 塌,都是由于其桁架中的受压杆件失稳造成的。
Plj
Plj
Plj
0.5L 0.7L
0.5L
LL
LL
L
L
LL
L
L
==11
=2
=0.5
=0.7
=1
通用公式:= 一个半P波lj 正= (弦2EL曲I)2 线的长度(1系2-2数)
临界力公式:Plj =
2EI L2
2EI 2EI (2L)2 (0.5L)2
建筑力学压杆稳定课件
E c 0.57 s
0.43,
E c 0.57 s
对Q235钢:
s 235MP , a
cr 235 0.00668 2
c 123
(MPa)
第10章 压杆稳定 2、临界应力总图
商丘职业技术学院汽车建筑工程系
第10章 压杆稳定
商丘职业技术学院汽车建筑工程系
不能保持原有的直 线平衡状态的平衡。
压力Fcr称为压杆的临界力或称为临界荷载(Critical loads)。 压杆的失稳现象是在纵向力的作用下,使杆发生突然 弯曲,所以称为纵弯曲。这种丧失稳定的现象 也称为 屈曲。
第10章 压杆稳定
商丘职业技术学院汽车建筑工程系
压杆由直线形状的稳定的平衡过渡到不稳定的 平衡时所对应的轴向压力, 称为压杆的临界压力或临界力,用Fcr表示
上述说明有、无扫地杆的脚手架搭设是完 全不同的情况,在施工过程中要注意这一 类问题。
cr1 cr 2 196.5 37.94 100% 80.6% cr1 196.5
第10章 压杆稳定
10.3 压杆的稳定计算
一、安全系数法 压杆稳定条件为:
商丘职业技术学院汽车建筑工程系
l
i
0.7 1800 79.85 < 15.78
c 123
2
所以压杆为中粗杆,其临界应力为
cr1 240 0.00682 196.5MPa
(2)第二种情况的临界应力 一端固定一端自由 因此 μ=2 计算杆 长l=1.8m
第10章 压杆稳定
i
商丘职业技术学院汽车建筑工程系
欧拉公式的适用范围
1、临界应力( critical stress )和柔度
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P x L P P
P
M ( x, y ) = Py
②Approximate differential equation of the deflection curve
y
xM P P 2 2 y ′′ + y = y ′′ + k y = 0 , where : k = EI EI 19
M P y ′′= = y EI EI
EIy′′= M ( x)= Py+M
x M0 Let
k2 = P EI
y ′′ + k 2 y = k 2
M0 P P
M0
M y = c cos kx + d sin kx + ′ = d cos kx c sin kx P y
The boundary conditions are:
M P
x=0, y= y′=0;x=L, y= y′=0 27
③Solution of the differential equation: ④Determine the integral constants:
y = A sin x + B cos x
y ( 0 )= y ( L )= 0
A× 0 + B = 0 That is A sin kL + B cos kL = 0
Instable equilibrium
15
二、压杆失稳与临界压力 : 1.理想压杆:材料绝对理想;轴线绝对直;压力绝对沿轴线作用。 2.压杆的稳定平衡与不稳定平衡:
稳 定 平 衡
不 稳 定 平 衡
16
3).loss of stability of compressed column:
4).Critical pressure of compressed columns
C: Inflection point
Pcr =
π 2 EI
l
2
Pcr ≈
π 2 EI
(0.7l )
2
Pcr ≈
π 2 EI
(0.5l )
2
Pcr ≈
π 2 EI
(2l )
2
Pcr =
π 2 EI
l2
25
=1
≈0.7
=0.5
=2
=1
0.5l
of stability
l
C
2l l
表10–1 各种支承约束条件下等截面细长压杆临界力的欧拉公式 支承情况 两端铰支 一端固定 两端固定 另端铰支 Pcr 失 稳 时 挠 曲 线 形 状 A C— 临界力Pcr 欧拉公式 长 B Pcr B Pcr B 一端固定 另端自由 Pcr 两端固定但可沿 横向相对移动 Pcr
Suppose the pressure has reached the critical value and the column has been in tiny bending state as shown in the figure. Start to determine the critical force with the deflective curve. ①bending moment:
by the approximate differential equation of the deflective curve.
Solution:The deformation of the column P P M0 x L P
is shown in the figure. The approximate differential equation of its deflection curve is:
Critical state
corresponding Stable intermediate state Instable
equilibrium equilibrium
pressure
Critical pressure: Pcr
17
3.压杆失稳:
4.压杆的临界压力 临界状态 稳 定 过 平 衡
对应的
Pcr
The shape of the deflective curve in lost
Pcr B
Pcr B
Pcr
Pcr
0.7 0.7l
0.5l
D
l
B
l
l
A
C A
A
C: Inflection C、D: Inflection point point Euler’s formula of the critical forcePcr Length coefficient
P EI
1 cos kL
=0
临界力 Pcr 是微弯下的最小压力,故,只能取n=1 ;且 杆将绕惯性矩最小的轴弯曲。
∴ Pcr =
π 2 EI min
L2
22
P = cr
π 2EI m in
L2
Euler’s formula of the critical pressure for the compressive column with two hinged ends
Pcr =
π 2 EI min
L2
21
③微分方程的解: ④确定积分常数:
y = A sin x + B cos x
y ( 0 )= y ( L )= 0
A× 0 + B = 0 即: A sin kL + B cos kL = 0
∴ sin kL = 0
∴
nπ ∴ k= = L
0 sin kL
5
§10–1 压杆稳定性的概念 构件的承载能力: ①强度 ②刚度 ③稳定性 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。
6
P
7
P
8
1、Stable and instable equilibrium : 、 1). instable equilibrium
9
一、稳定平衡与不稳定平衡 : 1. 不稳定平衡
①Strength ②Rigidity ③Stability
Some structure members in engineering have enough strength and rigidity but they are unable to work safely and reliably.
Supports
Two hinged ends
One free end and one hinged end
Two fixed ends
One fixed end and one free end
Two fixed ends but one of them is movable laterally.
0 sin kL
nπ k = = L P EI
1 cos kL
=0
sin kL = 0
so
The critical force Pcr is the smallest pressure under tiny bending,therefore we only take n=1 and the column will bend about the axis with the smallest moment of inertia.
Mechanics of Materials
1
2
CHAPTER 10 STABILIZATION OF COMPRESSIVE COLUMNS
§10–1 §10–2
CONCEPTS OF STABILITY OF COMPRESSED COLUMNS EULER’S FORMULA OF THE CRITICAL FORCE OF SLENDER
边界条件为:
M y ′′ + k y = k P
π 2EI m in P = cr (L)2
General form of Euler’s formula of the critical pressure
—Length coefficient(or constraint coefficient)
23
P = cr
π 2 EImin
2 L
两端铰支压杆临界力的欧拉公式
COMPRESSED COLUMNS §10–3 CRITICAL STRESS OF COMPRESSED COLUMNS AS STRESS
EXCEEDS PROPORTIONAL LIMIT §10-4 STABILITY CHECK AND REASONABLE SECTION OF COMPRESSED COLUMNS
压力
临界压力: 临界压力:
不 稳 度 定 平 衡 Pcr
18
§10–2
EULER’S FORMULA OF THE CRITICAL PRESSURE OF SLENDER COMPRESSED COLUMNS
1、Critical pressure for the column with two hinged ends:
2、Application range of the formula: 、
1).Ideal compressive columns; 2).In linear elastic range; 3).The ends of the column are supported by hinges.
3、Euler’s formula of the critical pressure for the column with 、 other end conditions:
二、此公式的应用条件: 1.理想压杆; 2.线弹性范围内; 3.两端为球铰支座。