怎样推导压杆的临界力和临界应力公式
临界力及临界应力的计算.
2000年10月25日上午10时许南京电视台演播厅工 程封顶，由于脚手架失稳，模板倒塌，造成6人死亡， 35人受伤，其中一名死者是南京电视台的摄象记者。
第九章 压杆稳定
实际的受压杆件由于： 1. 其轴线并非理想的直线而存在初弯曲， 2. 作用于杆上的轴向压力有“偶然”偏心， 3. 材料性质并非绝对均匀， 因此在轴向压力作用下会发生弯曲变形，且由此引起的侧 向位移随轴向压力的增大而更快地增大。
2 EI z 3.142 10103 28.8 106 P 178KN lj 2 2 l 0.5 8000
比较计算结果可知：第一种情况临界压 力小，所以木柱将在最大刚度平面内失稳 （即绕y轴，在xoz平面内失稳）。 此例说明，当最小刚度平面和最大刚度平面 内支承情况不同时，压杆不一定在最小刚度 平面内失稳，必须经过计算才能最后确定。
返回 下一张 上一张 小结
3 压杆的临界应力 压杆横截面上的临界应力为
2 Fcr EI E E cr 2 2 2 A ( l ) A l l i i 2 2A I I i 惯性矩 I可写成 其中 i 为惯性半径
2
2
l 称为柔度（或细长比） i
第九章 压杆稳定
压杆的截面形式及支端约束 压杆的临界力既然与弯曲变形有关，因此压杆横截面的
弯曲刚度应尽可能大；
图a为钢桁架桥上弦杆(压杆)的横截面， 图b为厂房建筑中钢柱的横截面。在可能条件下还要尽量改 善压杆的杆端约束条件，例如限制甚至阻止杆端转动。
压杆稳定的概念
压杆稳定—压杆保持其原有直线平衡状态的能力，称其稳定性。 （指受压杆件其平衡状态的稳定性）
of Trusses ）
压杆稳定
2.5.2细长压杆临界力计算—欧拉公式讲解
l
I
——杆件横截面对形心轴的惯性矩。
一端固定，一端自由：
Pcr
Pcr
EI
2
2l
2
两端固定：
0.5l 2
2 EI
一端固定，一端铰支：
Pcr
0.7l
2 EI
2
临界力公式可写成下面的统一形式：
式中：
2 EI Pcr 2 l
— 长度系数。
l — 计算长度；
工程力学应用
细长压杆的临界力公式—欧拉公式
一、临界力
压杆的临界力大小可以由实验测试或理论推导得到。
临界力的大小与压杆的长度、截面形状及尺寸、材料以及
两端的支承情况有关。
两端铰支的细长压杆临界力计算公式：
Pcr
Pcr
EI
2
l
2
---欧拉公式
式中：
E
——圆周率； ——材料的弹性模量； ——杆件长度；
当两个方向约束相同时，杆将绕EI值较小的轴产生
弯曲，所以欧拉公式中的I取Imin。
例1：一端固定、一端自由的受压柱，长l 5，材料 m
弹性模量
解：
。试计算柱子的临界力。 E 200 GPa
I
D 64
y
4
d
4
64 102
4
86 4 2.6 10 6 mm 4
E cr 2
2
例２ 一两端铰支的圆截面细长木柱，l 6 m 直径
d 200 mm ，材料的弹性模量
E 10GPa, p 110 求木柱的临界力和临界应力。
解：（１）计算临界应力
(2)计算临界力
材料力学10压杆稳定_2经验公式
这类杆称为中长杆（或中柔度杆），亦即直线公式适用于中长杆 （或中柔度杆）
说明： 当 ≤ s，称为粗短杆，则应按强度问题处理。
三、临界应力总图
压杆的临界应力 cr 可视作压杆柔度 的分段函数，即
π2E 2
cr
查表得 a = 461 MPa、b = 2.567 MPa
临界应力 临界力
cr a b 461 2.567 64.7 294.9 MPa Fcr cr A 162.7 kN
3）由于连杆在 x-y、x-z 两个平面内的柔度 z = 64.7、y = 57.4 比
π 2 EI min
0.7l 2
870 kN
2）两端固定但可沿轴向相对移动
长度因数 = 0.5， 立柱柔度
3600
zz
s
l
imin
0.5 3600 24
75 p
此时，立柱为中柔度杆，应用直线公式计算其临界力
由表 10-2 查得 a = 304 MPa，b = 1.12 MPa
临界应力 临界力
cr a b 304 1.12 75 220 MPa Fcr cr A 220 48.541 1068 kN
[例2] 图示连杆，已知材料为优质碳钢，弹性模量 E = 210×109 GPa， 屈服极限 s = 306 MPa。试确定该连杆的临界力Fcr ，并说明横截面的 设计是否合理。
解： 由于连杆在两 个方向上的约束情 况不同，故应分别 计算连杆在两个纵 向对称平面内的柔 度，柔度大的那个 平面即为失稳平面
1）计算柔度 在 x-y 平面（弯曲中性轴为 z 轴）： 两端铰支
怎样推导压杆的临界力和临界应力公式
06、基本知识 怎样推导压杆的临界力和临界应力公式（供参考） 同学们学习下面内容后，一定要向老师回信（849896803@qq.con ），说出你对本资料的看法（收获、不懂的地方、 资料有错的地方），以便考核你的平时成绩和改进我的工作。
回信请 注明班级和学号的后面三位数。
1*问题的提出及其对策 ............................................................................. 1 1.1问题的提出及其对策 .......................................................................... 1 1.2压杆稳定分析概述一一与强度、刚度分析对比 ................................................... 2 2压杆临界压力 F cr 的计算公式 ...................................................................... 3 2.1压杆稳定的力学模型一一弯曲平衡 ............................................................. 3 2.2梁的平衡理论一一梁的挠曲微分方程 ........................................................... 4 2.3按梁的平衡理论分析两端铰支的压杆临界压力 ................................................... 6 2.4按梁的平衡理论分析一端固定一端自由的压杆临界压力 ........................................... 8 2.5按梁的平衡理论分析一端固定一端铰支的压杆临界压力 .......................................... 10 2.6按梁的平衡理论分析两端固定的压杆临界压力 .................................................. 14 2.7将四种理想压杆模型的临界力公式及其推导分析图示的汇总 (18)1*问题的提出及其对策1.1问题的提出及其对策试计算长度为400mm ，宽度为10mm ，厚度为1mm 的钢锯条，在一端固定、一端铰支 的情况下，许用的轴向压力。
4PB应力计算公式
4PB应力计算公式
临界应力的计算公式就是欧拉公式：r+ v- e= 2。
具体情况介绍：
1、压杆处于临界平衡状态时(fp=fpcr )，其横截面上的正应力称为临界应力。
材料在力的作用下将发生变形。
通常把满足虎克定律规定的区域称弹性变形区。
把不满足虎克定律和过程不可逆的区域称塑性变形区。
由弹性变形区进入塑性变形区称之为屈服。
其转折点称为屈服点。
该点处的应力称为屈服应力或临界应力。
2、确定压杆的临界力是计算稳定问题的关键，临界力既不是外力，也不是内力。
它是压杆在一定条件下所具有的反映它承载能力的一个标志。
不同的压杆具有不同的临界力，它的大小与压杆的长度、截的形状和尺寸、两端的支承情况以及材料的性质有关。
细长杆（λ≥λ1）的临界力计算式——欧拉公式
长度系数μ：两端固定μ=0.5
一端固定，另一端铰支：μ=0.7
两铰支：μ=1
一端固定，另一端自由：μ=2
3、临界力计算的一般步骤：
①确定长度系数μ。
若压杆两端的支承情况在四周相同，则μ值相同。
若压杆的支承在两个形心主惯性平面内的约束条件不同，则应分别选用相应的长度系数μ（μx或μy）的值。
②计算柔度l。
根据压杆的实际尺寸，及两端的约束情况，分别计算出在两个形心主惯性平面内的柔度，从而得到lmax。
③确定临界力的计算式。
根据最大的柔度λmax，确定压杆的类型及临界力的计算公式。
工程力学28-压杆的临界应力
——重点
（1） P cr S时： cr 临界a应力总b图
cr
a b
s
a s b
s
s p称为中柔度杆，用经验公式求其临界应力。
（2） S 时： cr S
S 称为小柔度杆，其临界应力为屈服极限。
目录
4
总结：
•压杆柔度
l μ的四种取值情况
i
i
I A
•临界柔度
P
2E P
9-
与长度、截面性质、约束条件有关
目录
4
2
2.欧拉公式的适用范围 着眼点——临界应力在线弹性内（小于比例极限）
cr
2E 2
P
2E P
P
P 时称为大柔度杆（或长细杆），用欧拉公式求临界力；
P 时称为中、小柔度杆,不能用欧拉公式求临界力。
3 目录
3.经验公式、临界应力总图
直线型经验公式
32. 压杆的临界应力
1.临界应力和柔度
（1）临界应力：压杆处于临界状态时横截面上的平均应力
Fcr cr A （2）细长压杆的临界应力：
cr
Fcr A
2EI (E 2
即： cr
（3）柔度：
l i
2E 2
i I — 惯性半径
A
— —杆的柔度（或长细比）
P 比例极限
•临界应力
s
a s b
s 屈服极限
P
(大柔度杆) cr
2E 2
欧拉公式
S P (中柔度杆)cr a b直线公式
s (小柔度杆) cr s 强度问题
材料力学10压杆稳定_2经验公式
π 2 EI min
0.7l 2
870 kN
2）两端固定但可沿轴向相对移动
长度因数 = 0.5， 立柱柔度
3600
zz
s
l
imin
0.5 3600 24
75 p
此时，立柱为中柔度杆，应用直线公式计算其临界力
由表 10-2 查得 a = 304 MPa，b = 1.12 MPa
其中，直线公式适用的柔度的界限值 s = (a－s) / b，为材料常数
这类杆称为中长杆（或中柔度杆），亦即直线公式适用于中长杆 （或中柔度杆）
说明： 当 ≤ s，称为粗短杆，则应按强度问题处理。
三、临界应力总图
压杆的临界应力 cr 可视作压杆柔度 的分段函数，即
π2E 2
cr
查表得 a = 461 MPa、b = 2.567 MPa
临界应力 临界力
cr a b 461 2.567 64.7 294.9 MPa Fcr cr A 162.7 kN
3）由于连杆在 x-y、x-z 两个平面内的柔度 z = 64.7、y = 57.4 比
第四节 临界应力的经验公式
一、压杆临界应力的经验公式·直线公式
当 < p ，欧拉公式不再适用，但压杆仍会失稳。此时，可用经
验公式来计算压杆的临界应力：
cr a b
其中，a、b 为材料常数 上述经验公式也称为直线公式
cr a b
二、直线公式的适用范围
s p
较接近，故该连杆横截面的设计较为合理。
2
22 63 12
22 6152
压杆临界力的计算公式
压杆临界力的计算公式1.欧拉公式：欧拉公式是压杆稳定性分析中最常用的一种方法。
根据欧拉公式，压杆的临界力可以通过以下公式计算：Pcr = ((π^2)EI) / ((KL)^2)其中，Pcr表示压杆的临界力，E表示材料的弹性模量，I表示压杆的截面面积惯性矩，K表示杆的端部支座的系数，L表示杆的长度。
欧拉公式适用于较细长的压杆，在其它条件相同的情况下，杆的截面越大，临界力就越大；杆的长度越长，临界力就越小。
同时，欧拉公式适用于直线变形的杆，不能用于弯曲变形。
2.莱昂哈德公式：莱昂哈德公式是考虑了杆的端部支座的影响，在欧拉公式的基础上进行修正的公式。
该公式计算压杆的临界力如下：Pcr = ((KLEI) / (r + ((2L)/π)) ^ 2)其中，Pcr表示压杆的临界力，E表示材料的弹性模量，I表示压杆的截面面积惯性矩，K表示杆的端部支座的系数，L表示杆的长度，r表示杆的端部支座的半径。
3. Adomian分解法：Adomian分解法是一种近似求解非线性微分方程的方法，在压杆临界力的计算中也有应用。
该方法通过将非线性方程分解为无穷级数的形式，然后将其逐级近似求解。
Adomian分解法的具体步骤如下：-(1)将压杆的平衡方程进行分解：Mx''(x)+f(x)=0，其中，M表示压杆的弯矩，f(x)表示外力。
-(2)将平衡方程表示为无穷级数的形式：x''(x)=∑An(x)。
-(3)通过逐级近似求解无穷级数，得到压杆临界力。
Adomian分解法的优点是可以处理非线性问题，但是在具体应用中需要取不同级数的项进行求解，并选择适当的近似方法。
4.极限平衡法：极限平衡法是一种通过平衡条件来确定压杆临界力的方法，它适用于复杂的压杆分析问题。
该方法的基本思想是，在压杆失稳之前，杆的初始形状必须满足平衡条件。
具体步骤如下：-(1)假设杆的初始形状（如弯曲、扭转等）。
-(2)根据平衡条件计算外力和内力。
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怎样推导压杆的临界力和临界应力公式压杆（也称为压杆杆件或柱件）是一种承受压力的结构元素，常见于建筑、机械以及其他工程领域。
为了确定压杆在受力时的安全性，需要推导出压杆的临界力和临界应力公式。
首先，需要理解压杆在受力时的基本概念。
假设有一根长度为L、截面积为A的无限细长压杆，其两端受到等大反向的压力P。
压杆在受到压力时会发生弯曲，压杆的形状会发生改变。
当压力达到一定临界值时，压杆将完全失去稳定，从而发生屈曲（即压杆产生弯曲形变）。
临界力和临界应力是指当压力达到一定临界值时，压杆发生屈曲的压力和应力。
推导过程如下：
1. 经典欧拉公式（Euler公式）
欧拉公式是分析以柱轴为边界的理想无限长压杆屈曲的基本公式。
该公式基于以下假设：
-压杆是均质、各向同性的杆件；
-杆件的材料性质可用弹性线性理论描述；
-压杆长度远大于其最小截面尺寸，即L>>d(d为压杆的最小截面尺寸)。
欧拉公式表达式如下：
Pcr = (π²EI) / L²
其中，Pcr为压杆的临界力，E为杨氏模量，I为压杆截面的惯性矩，L为压杆长度。
2. 完整欧拉公式（Timoshenko-Bazant公式）
欧拉公式只适用于边界条件为完全铰接（即不受弯曲力矩）的压杆。
然而，在实际情况中，压杆的边界条件一般为受到端部弯曲力矩的约束。
在这种情况下，完整欧拉公式（Timoshenko-Bazant公式）需要被使用。
完整欧拉公式修正了边界条件的影响，并考虑到了剪切变形和截面的
非对称性。
完整欧拉公式的表达式如下：
Pcr = (π²EI) / [L²(1 + αL / r)^²]
其中，α为修正系数，考虑了压杆的边界条件，r为截面回转半径。
3.临界应力
临界应力的定义是在压杆屈曲时，杆件中最大的应力值。
根据杆件截面受到均匀分布的压力P，应力σ可以表示为：
σ=P/A
将欧拉公式（或完整欧拉公式）中的临界力Pcr代入上述表达式可得
到临界应力的表达式。
需要注意的是，以上推导过程基于了一些常见的假设和前提条件。
在
实际工程中，可能需要根据具体情况进行修正和改进，以保证分析结果的
准确性和可靠性。