工程存在一些细长的杆件,受到压缩时,首先是弯曲而非断裂。由此得出的结论是刚度差,而非强度不足。如果撤掉作用在杆轴线方向外压力时,杆件能够恢复初始构形,则称这种状态为稳定状态。而如果处在轴向外压力作用时且受到一个微小的横向扰动,撤掉外载荷以后杆件无法恢复初始构形,则称杆件为不稳定状态。可能这么说的不够形象,周老师书籍列举了一个十分优秀的例子,如下所示:
上图球在12区间,撤掉扰动以后,球可以回到初始状态。球在23区间,受到扰动以后会有一个新的位置,区间内力等于临界载荷。到达3点,结构是失稳的,扰动导致球向下滚落。在34区间会快速通过到达一个新的平衡位置,称为后屈曲。
欧拉压杆计算(弹性失稳压杆)
λ表示细长比,μ表示由约束条件确定的长度系数,亦说当量长度系数,i则是压杆横截面对中性轴的惯性半径。
注意,欧拉杆是圆形截面杆,不是其他截面。因此上面的公式实际上可以进一步转化:
根号里面式子分母为材料的比例极限,可见这个特征参数完全由材料本身确定。
弹性失稳压杆
直线公式也是存在着适用条件的,临界应力需要大于比例极限而小于屈服极限。因为小于比例极限就属于弹性失稳问题,而大于屈服极限杆件则率先发生屈服,此时问题就变成了强度问题,而不是稳定性问题:
此时的杆件称之为中柔度杆或者中长杆,通常使用如下关系表示:
中长杆柔度计算公式如下:
换句话说,如果对象是中长杆(中柔度杆),那么对应的就是强度问题,该怎么判断就怎么判断,而非稳定性问题,此时是可以计算出最小柔度。
抛物线公式
要注意一点:
当柔度大于上面由屈服极限计算的数值,采用欧拉公式,如果小于则采用抛物线公式。
THE END