材料力学之压杆稳定
材料力学-压杆稳定

Pcr
2 EI
l2
此时若杆件横截面不同时 ,取 I I m in ,弯曲发生在抗弯 能力最弱的平面内。称最小刚度平面。 对于其他约束条件,常数 c1, c2 , k 由约束条件确定,经推导得: 两端铰支: 1 微弯曲线为正弦半波形状 2 EI 一端固定一端自由: 2 微弯曲线为半个正弦半波 pcr 2 ( l ) 两端固定: 0.5 一端固定一端铰支: 0.7
n0 p 0
不符合情况
n 1 pcr
2 EI
l2
这就是确定两端铰支压杆临界载荷的 欧拉公式,其临界力称欧拉临界力。它 与抗弯刚度EI成正比,与杆长L2成反比。 这公式只适用于弹性稳定问题
7
此时挠度
n y ( x) c1 sin k x c1 sin x l x y ( x) c1 sin (0 x l ) 正弦半波形 l
10
§13-5
临界应力与柔度、三类不同的压杆
杆件尺寸不同,其失稳的形式也不同。P335 对于“细长”杆:发生弹性失稳的可能性较大。 ---“弹性屈曲” 对于“粗短”杆:发生材料屈服的可能性较大。 ---“屈服” 对于“中长”杆:有可能发生失稳,但其临界应力已超过比例极 限, 局部区域已进入塑性。 ----“弹塑性屈曲” 怎样区分三类不同的压杆?即多长的杆会发生弹性屈曲、屈服 、弹—塑性屈服?下面引入“柔度”概念。 临界应力 cr : Pcr cr
3
当纵向力P较小时,可看到扰动除去后,杆经若干次振动 而恢复原来的直线形式,即表明此时压杆直线形式的弹性平衡 是稳定的。 当总向力P较大时,可看到扰动除去后,杆不能恢复原来 的直线形式,而且继续弯曲,最后转入新的稳定平衡形式。即 曲线形式或由于弯曲太甚而杆被折断,此表明原来的弹性平衡 不稳定。 这说明:当压力大于一定数值时,压杆存在两种可能的平衡 形式。即直线和弯曲的平衡形式。但直线形式是不稳定的。而 压杆从直线平衡形式到弯曲平衡形式的转变称为“失稳”或“ 弯曲”。 那么当压力多大时,直线平衡形式不稳定(被破坏)?
材料力学压杆稳定

D 0, C 1 l 2
3
x 0, w
1 Fa l 2
3 EIl
3EI Fcr al
§14.7 纵横弯曲旳概念
❖9.15
作业9-2
在图示铰接杆系ABC中,AB和BC皆为细长压杆, 且截面相同,材料一样。若因在ABC平面内失稳而 破坏,并要求0<</2,试拟定F为最大值时旳角。
Fcr
2 EI ( l )2
截 面
F
F
材
料
相
同 ,
1.5l
2l
拟
定
失
稳
顺 l 3l
2l
序 。
(1)
(4)
F
F
F
4l
5l
3l
2.8l
2.5l
1.5l
(2)
(3)
(5)
Fcr
2 EI ( l )2
图示托架中AB杆旳直径
d=30mm,长度l=800mm,
两端可视为铰支,材料为
F
A3钢,s=240MPa。试求
第九章 压杆稳定
§9.1 压杆稳定旳概念 §9.2 两端铰支细长压杆旳临界压力 §9.3 其他支座条件下细长压杆旳临界压力 §9.4 欧拉公式旳合用范围 经验公式 §9.5 压杆旳稳定校核 §9.6 提升压杆稳定性旳措施 §9.7 纵横弯曲旳概念
§9.1 压杆稳定旳概念
1. 平衡旳稳定性
a)稳定平衡
B = 0 sinkl=0 kl = n k = n/l
F
k 2 EI
n
2
EI
l
Fcr
2 EI l2
w
A
sin
x
l
§9.3 其他支座条件下细长压杆 旳临界压力
材料力学之压杆稳定

材料力学之压杆稳定引言材料力学是研究物体内部受力和变形的学科,压杆稳定是其中的一个重要内容。
压杆稳定是指在受到压力作用时,压杆能够保持稳定,不发生失稳或破坏的现象。
本文将介绍压杆稳定的基本原理、稳定条件以及一些常见的失稳形式。
压杆的受力分析在进行压杆稳定分析前,我们首先需要对压杆受力进行分析。
压杆通常是一根长条形材料,两端固定或铰接。
在受到外部压力作用时,压杆会受到内部的压力,这些压力会导致杆件产生变形和应力。
在分析压杆稳定性时,我们主要关注压杆的弯曲和侧向稳定性。
压杆的基本原理压杆的稳定性是由杆件的弯曲和侧向刚度共同决定的。
当压杆弯曲和侧向刚度足够大时,压杆能够保持稳定。
所以,为了提高压杆的稳定性,我们可以采取以下几种措施:1.增加杆件的截面面积,增加抗弯能力;2.增加杆件的高度或长度,增加抗弯刚度;3.增加杆件的横向剛性,增加抗侧向位移能力;4.添加支撑或加固结构,增加整体稳定性。
压杆的稳定条件压杆稳定的基本条件是在承受外部压力时,内部应力不超过材料的极限强度。
当内部应力超过材料的极限强度时,压杆将会发生失稳或破坏。
在实际工程中,我们一般采用压杆的临界压力比来判断压杆的稳定性。
临界压力比是指杆件在失稳前的临界弯曲载荷与临界弯曲载荷之比。
当临界压力比大于1时,压杆是稳定的;当临界压力比小于1时,压杆是不稳定的。
临界压力比的计算可以采用欧拉公式或者Vlasov公式等方法。
这些方法能够给出压杆在不同边界条件下的临界压力比。
在工程实践中,我们可以根据具体问题选择合适的方法来计算临界压力比。
压杆的失稳形式压杆失稳通常有两种形式:弯曲失稳和侧向失稳。
弯曲失稳压杆的弯曲失稳是指杆件在受到外部压力作用时,发生弯曲变形并导致失稳。
在弯曲失稳中,压杆的弯曲形态可以分为四种:1.局部弯曲失稳:杆件出现弯曲局部失稳,形成凸起或凹陷;2.局部弯扭失稳:杆件出现弯曲和扭曲共同失稳;3.全截面失稳:整个杆件截面均发生失稳;4.全体失稳:整个杆件完全失稳并失去稳定性。
材料力学_压杆稳定

π 2E λp = σp
欧拉公式仅适用于细长压杆的稳定计算
对Q235 钢,E=200GPa,σp=200MPa,则 , ,
200 × 109 λp = π ≈ 100 6 200 × 10
9.2 压杆的临界应力
二,临界应力总图 大柔度压杆(细长压杆 : 大柔度压杆 细长压杆): 细长压杆
σ cr σs
π 2 EI π 2E Fcr σ cr = = = 2 A (l / i )2 A(l )
其中
记
λ=
l
i
压杆的柔度或 压杆的柔度或长细比 欧拉临界应力
i=
I A
π 2E σ cr = 2 λ
(λ = λmax )
π 2E π 2E σ cr = 2 ≤ σ p λ ≥ λ σp
大柔度压杆(细长压杆 : 大柔度压杆 细长压杆): λ ≥ λ p 细长压杆
σp
σ cr = σ s
σcr = a1 b1λ
2
π 2E σ cr = 2 λ
直线经验公式: 直线经验公式:
(λ ≥ λ p )
σ cr = a bλ
σ cr = π E λ2
2
中柔度压杆(中长压杆 中柔度压杆 中长压杆) 中长压杆
σ cr = a bλ (λs ≤ λ ≤ λ p )
σ cr ≤ σ s (σ b ) λs =
2
d y = M ( x) = M B + FBy (l x) Fy 2 dx
2
k2 =
F EI ~ M M= B F
y
A
y (0) = 0 y′(0) = 0 y (l ) = 0 y′(l ) = 0 ~ ~ B + M + F l = 0 0 1 1 l ~ k 0 0 1 A k F = 0 =0 ~ sin kl cos kl 1 0 A sin kl + B cos kl + M = 0 ~ k cos kl k sin kl 0 1 kA cos kl kB sin kl F = 0 kl sin = 0 or Det = k[kl sin kl 2(1 cos kl )] 2 kl kl kl kl kl = 2k sin ( kl cos 2 sin ) = 0 (kl cos 2 sin ) = 0 2 2 2 2 2
材料力学 第九章 压杆稳定

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
材料力学压杆稳定概念欧拉公式计算临界力

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。
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。
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假定压力已达到临界值,杆已经处于微弯状态,如图 , 从挠曲线入手,求临界力。
P
y P
x
M P
x
P ①弯矩: M (x, y) Py
②挠曲线近似微分方程:
y M P y EI EI
y P yyk 2 y0 EI
其中:k 2 P EI NEXT
压杆稳 ③微定分方程的解: 设:y Asin x B cos x
Pcr (2ELI)m2in
——压杆临界力欧拉公式的一般形式
—长度系数(或约束系数)
L—称为有效长度
对不同约束,由下表9-1给出
NEXT
压杆稳
定表9–1 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 一端固支 一端固定 另端铰支 一端移动
一端固支 另端自由
一端固支 一端可移动 不能转动
设计该桥的校方将该桥的废钢材全部购买下来,制成 校徽,来告诫本校学生永远记住这一教训。
压杆稳 定
一个建筑,都是由很多杆件组合而成的,有的杆件 承受压力,有的杆件承受拉力,有的杆件承受剪切, 有的杆件承受弯曲,有的杆件承受扭转,有的杆件承 受以上几种情况的组合受力。对于长而细的承受压力 的杆件,它的破坏通常并不是由于强度不够而折断, 而是由于不能保持原来的直线而偏移,虽然没有折断 ,但偏移且离开了原来直线位置,同样会导致整个建 筑的破坏,这种现象在力学上称为“压杆失稳”。
(a) 稳定平衡 (b) 不稳定平衡
(c) 随遇平衡
RETURN
压杆稳
定 9.1.3 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:
P Pcr
不
稳
稳
定
定
平
平
衡
衡
P Pcr
见稳定平衡.AVI
见不稳定平衡.AVI
NEX
压杆稳 3.压杆定失稳:
NEXT
(3)浦东沪东 造船沪东龙门吊 倒塌
08年5月30日零时25分左右,五莲路浦东大道上的沪东中华造船公 司两个各600吨的龙门吊在操作过程中发生意外,巨大的塔吊倒塌导致 三个操作的驾驶员当场死亡,另有多名伤者被送往东方医院抢救。
记者在现场看到,上午整个厂区都被封锁,清晨6点前来上班的员 工至今无法进入。周边居住的市民反映,当时感到一阵巨响,仿佛地都 摇了,还以为是地震,于是纷纷从楼上跑下来。
NEXT
(2)沪东中华造船集团有限公司
十几秒中36人丧生
• 01年7月17日上午8点,在上海市 沪东中华造船(集团)有限公司由 上海电力建筑工程公司承担的 600吨门式起重机在吊装过程中 发生特大事故。
• 36人死亡、3人受伤,同济大学9 人不幸全部遇难
• 早晨,机械学院的几位打算去沪 东造船厂指挥安装龙门起重机的 老师回机械南馆取资料,守门的 师傅替他们开了门。谁曾想,一 个多小时后,他们都在沪东造船 厂的事故中遇难。一行9人中, 有53岁的老教授,也有才30岁风 华正茂的博士后。
④确定积分常数: 由边界条件:y(0) y(L) 0
即:
A0B0
要使(A,
AsinkLBcoskL0
B)有非零解,0 sin kL
1 0
cos kL
sinkL0
k n P
L
EI
n 0,1,2,L
临界压力 Pcr 是最小的微弯压力,故只能取n=1 ;且杆 将绕惯性矩最小的轴弯曲。
Pcr
原因:忽略了对桥梁重量的精确计算导致悬臂桁架中个别 受压杆失去稳定产生屈曲,造成全桥坍塌;
NEXT
压杆稳 定
该桥计算时疏忽了对风荷载的验算,桥建成试通车后, 发现桥面已发生扭曲,于是委托麻省理工大学进行检测,麻 省理工大学制作了一个原桥的模型,进行风荷载试验,发现 桥面扭曲的直接原因是风荷载,于是麻省理工大学用6天时 间另搞了一个完善设计,在桥主梁侧面打开一些空洞,以减 少风荷载的影响,可惜这一方案尚未实施完毕,桥面已出现 剧烈扭曲,通过桥梁的最后一辆车是一辆轿车,受桥面扭曲 影响。在桥面上已无法行驶,在相关营救人员的援助下,车 主逃脱险境,之后不久桥就全部损坏。
丧失其直线形状的平衡
见CLDH0-4.AVI
4.压杆的临界压力
临界状态
稳
对应的
P Pcr
不 稳 度定 平 衡 Pcr
P Pcr
RETURN
§9.2 细长压杆的临界压力
9.2.1 两端铰支压杆的临界压力 9.2.2 其他支座条件下压杆的临界压力
压杆稳
定9.2.1 两端铰支压杆的临界压力
压杆稳
定 9.1.1 历史教训
(1)魁北克大桥
NEXT
压杆稳 定
魁北克大桥(1907年):这座大桥本该是美国著名设计 师特奥多罗·库帕的一个真正有价值的不朽杰作。库帕曾称他 的设计是“最佳、最省的”。可惜,它没有架成。 库帕自我陶 醉于他的设计,而忘乎所以地把大桥的长度由原来的500米加 到600米,以之成为当时世界上最长的桥。 桥的建设速度很 快,施工组织也很完善。正当投资修建这座大桥的人士开始 考虑如何为大桥剪彩时,人们忽然听到一阵震耳欲聋的巨响 ——大桥的整个金属结构垮了:19000吨钢材和86名建桥工人 落入水中,只有11人生还。
2 EImin
L2
NEXT
压杆稳
定Pcr
2 EImin
L2
(9 1)
——两端铰支压杆临界力的欧拉公式
公式(9-1)的应用条件: 1、理想压杆; 2、线弹性范围内; 3、一端为固定球铰支座,另一端为活动球铰支座。
RETURN
压杆稳
9.2定.2 其他支座条件下压杆的临界压力
其它支座情况下,压杆临界力的欧拉公式
原因:是两台六百吨一起起吊重八百吨的船头时,两台龙门吊的速 度不一样,前面一台倒了后面一台承受不了重量外加第一台的拉力就一 起跟着倒了。干坞里面的船也毁了…
RETURN
压杆稳 9.1.2定稳定平衡与不稳定平衡的例子
1. 不稳定平衡
NEXT
压杆稳 2. 稳定定平衡
NEXT
压杆稳 3. 稳定定平衡和不稳定平衡和随遇平衡
第9章 压杆稳定
第9章 压杆稳定 Column Stability
§9.1 压杆稳定的概念 §9.2 细长压杆的临界压力 §9.3 欧拉公式的适用范围,经验公式 §9.4 压杆稳定条件与合理设计 第9章 作业
§9.1 压杆稳定的概念
9.1.1 历史教训 9.1.2 稳定平衡与不稳定平衡的例子 9.1.3 压杆失稳与临界压力