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1、关于强度刚度稳定性关于强度刚度稳定性第1页，讲稿共63张，创作于星期六 梁的弯曲应力与强度计算1 1 梁弯曲时横截面上的正应力梁弯曲时横截面上的正应力 2 2 弯曲切应力弯曲切应力 3 3 梁的强度计算梁的强度计算 4 4 提高弯曲强度的措施提高弯曲强度的措施 第2页，讲稿共63张，创作于星期六 横弯曲和纯弯曲横弯曲和纯弯曲102平面弯曲时梁的横截面上有两个内平面弯曲时梁的横截面上有两个内力分量：弯矩和剪力。力分量：弯矩和剪力。例如：例如：AC和和DB段。段。梁在垂直梁轴梁在垂直梁轴线的横向力作用下，线的横向力作用下，横截面将同时横截面将同时产生弯矩和剪力产生弯矩和剪力。这种弯曲。这种弯曲称为
2、称为横力弯曲简称横弯曲横力弯曲简称横弯曲。例如：例如：CD段。段。梁在垂直梁轴线的梁在垂直梁轴线的横向力作用下，横向力作用下，横截面上只有弯横截面上只有弯矩没有剪力。矩没有剪力。称为称为纯弯曲。纯弯曲。梁弯曲时横截面上的正应力梁弯曲时横截面上的正应力 第3页，讲稿共63张，创作于星期六中性轴：中性轴：中性层与梁的横截面的交线。中性层与梁的横截面的交线。垂直于梁的纵向对称面。垂直于梁的纵向对称面。中性轴的概念中性轴的概念103设想梁由平行于轴线的众多纵向设想梁由平行于轴线的众多纵向纤维组成，弯曲时一侧纵向纤维纤维组成，弯曲时一侧纵向纤维伸长，一侧纵向纤维缩短，总有伸长，一侧纵向纤维缩短，总有一层
3、既不伸长也不缩短，称为一层既不伸长也不缩短，称为中中性层：性层：第4页，讲稿共63张，创作于星期六纯弯曲的基本假设：纯弯曲的基本假设：103纯弯曲的基本假设：纯弯曲的基本假设：平面假设：平面假设：梁的横截面在弯曲变形后仍然保持平面，且与变形后的轴线垂直，梁的横截面在弯曲变形后仍然保持平面，且与变形后的轴线垂直，只是绕截面的某一轴线转过了一个角度。只是绕截面的某一轴线转过了一个角度。单向受力假设：单向受力假设：各纵向纤维之间相互不挤压。各纵向纤维之间相互不挤压。横向线横向线(mm、nn):):仍保持为直线，发生仍保持为直线，发生了相对转动，仍与弧线垂直。了相对转动，仍与弧线垂直。实验观察变形实验
4、观察变形纵向线纵向线(aa、bb)：变为弧线，凹侧缩短，变为弧线，凹侧缩短，凸侧伸长。凸侧伸长。梁弯曲时横截面上的正应力梁弯曲时横截面上的正应力 第5页，讲稿共63张，创作于星期六直接导出弯曲正应力直接导出弯曲正应力梁横截面上的弯矩梁横截面上的弯矩弯曲正应力公式的推导弯曲正应力公式的推导103-105103-105 弯曲梁的横截面上正弯曲梁的横截面上正应力应力l变形的几何关系变形的几何关系l物理关系物理关系l静力关系静力关系第6页，讲稿共63张，创作于星期六 横力弯曲时横截面上的正应力横力弯曲时横截面上的正应力在工程实际中，一般都是横力弯曲，此时，梁的横截面上不但有正应在工程实际中，一般都是横
5、力弯曲，此时，梁的横截面上不但有正应力还有剪应力。因此，梁在纯弯曲时所作的平面假设和各纵向纤维之间无力还有剪应力。因此，梁在纯弯曲时所作的平面假设和各纵向纤维之间无挤压的假设都不成立。挤压的假设都不成立。虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异，但是应用纯弯曲时正应力计虽然横力弯曲与纯弯曲存在这些差异，但是应用纯弯曲时正应力计算公式来计算横力弯曲时的正应力，所得结果误差不大，算公式来计算横力弯曲时的正应力，所得结果误差不大，足以满足工程足以满足工程中的精度要求。且梁的跨高比中的精度要求。且梁的跨高比 l/h 越大，其误差越小。越大，其误差越小。第7页，讲稿共63张，创作于星期六 弯曲时横截面上的正应力
6、弯曲时横截面上的正应力105 MZ:横截面上的弯矩横截面上的弯矩y:所求应力点到中性轴的距离所求应力点到中性轴的距离IZ:截面对中性轴的惯性矩截面对中性轴的惯性矩第8页，讲稿共63张，创作于星期六Wz 称为称为抗弯截面系数。抗弯截面系数。它与它与截面的几何形状有关，单位为截面的几何形状有关，单位为m3。P105横力弯曲时，弯矩随截面位置变化。一般情况下，横力弯曲时，弯矩随截面位置变化。一般情况下，最大正应最大正应力力 发生在弯矩最大的截面上，且离中性轴最远处。发生在弯矩最大的截面上，且离中性轴最远处。即即 引用记号引用记号 则则 第9页，讲稿共63张，创作于星期六对于宽为对于宽为 b，高为，高
7、为 h 的矩形截面的矩形截面对于直径为对于直径为 D 的圆形截面的圆形截面对于内外径分别为对于内外径分别为 d、D 的空心圆截面的空心圆截面抗弯截面系数抗弯截面系数106第10页，讲稿共63张，创作于星期六 弯曲切应力弯曲切应力 1.矩形截面梁的弯曲切应力矩形截面梁的弯曲切应力109y=0，即中性轴上各点处：，即中性轴上各点处：即横截面上、下边缘各点处：即横截面上、下边缘各点处：第12页，讲稿共63张，创作于星期六2.工字形截面梁的弯曲切应力工字形截面梁的弯曲切应力111 腹板上的切应力腹板上的切应力 第14页，讲稿共63张，创作于星期六在在y=0处处，即中性轴上各点处：，即中性轴上各点处：3
8、.圆形截面梁的弯曲剪应力圆形截面梁的弯曲剪应力110第15页，讲稿共63张，创作于星期六4.薄壁圆环形截面梁的弯曲剪应力薄壁圆环形截面梁的弯曲剪应力110 因为薄壁圆环的壁厚因为薄壁圆环的壁厚 t 远小于平均半径远小于平均半径 R，故可以认为剪应力，故可以认为剪应力 沿壁沿壁厚均匀分布，方向与圆周相切。厚均匀分布，方向与圆周相切。最大剪应力仍发生在中性轴上，其值为最大剪应力仍发生在中性轴上，其值为 第16页，讲稿共63张，创作于星期六满足弯曲正应力强度条件的梁，一般都能满足剪应力的强度条件。满足弯曲正应力强度条件的梁，一般都能满足剪应力的强度条件。因而可不对切应力进行强度校核因而可不对切应力进
9、行强度校核 梁的强度条件梁的强度条件1151 1、梁的正应力强度条件：、梁的正应力强度条件：2 2、梁的切应力强度条件：、梁的切应力强度条件：第17页，讲稿共63张，创作于星期六必须进行剪应力的强度校核的情况：必须进行剪应力的强度校核的情况：(1)(1)梁的跨度较短，或在支座附近作用梁的跨度较短，或在支座附近作用较大的载荷较大的载荷；以致梁的弯矩较小，；以致梁的弯矩较小，而剪力很大。而剪力很大。(2)(2)焊接或铆接的焊接或铆接的工字梁工字梁，如果，如果腹板较薄而截面高度很大，以致厚腹板较薄而截面高度很大，以致厚度与高度的比值小于型钢的相应比值度与高度的比值小于型钢的相应比值，这时，对腹板应进
10、行剪应力强，这时，对腹板应进行剪应力强度校核。度校核。(3)(3)经焊接、铆接或胶合而成的组合梁经焊接、铆接或胶合而成的组合梁，一般，一般需对焊缝、铆钉或胶合需对焊缝、铆钉或胶合面面进行剪应力强度校核。进行剪应力强度校核。第18页，讲稿共63张，创作于星期六按强度条件设计梁时，强度条件按强度条件设计梁时，强度条件可解决三方面问题：可解决三方面问题：（1）强度校核强度校核；（2）设计截面尺寸设计截面尺寸；（3）计算许可载荷。计算许可载荷。第19页，讲稿共63张，创作于星期六按强度条件设计梁时，主要是根据梁的弯曲正应力强度条件按强度条件设计梁时，主要是根据梁的弯曲正应力强度条件由上式可见，要提高梁
11、的弯曲强度，即降低最大正应力，可以从两个方面由上式可见，要提高梁的弯曲强度，即降低最大正应力，可以从两个方面来考虑，来考虑，一是合理安排梁的受力情况，以降低最大弯矩一是合理安排梁的受力情况，以降低最大弯矩 Mmax 的数值；二是的数值；二是采用合理的截面形状，以提高抗弯截面系数采用合理的截面形状，以提高抗弯截面系数W 的数值。充分利用材料的的数值。充分利用材料的性能。性能。提高弯曲强度的措施提高弯曲强度的措施119119 第20页，讲稿共63张，创作于星期六提高弯曲强度的措施提高弯曲强度的措施 一、一、合理安排梁的受力情况合理安排梁的受力情况合理安排作用在梁上的荷载，可以降低梁的最大弯矩。从而
12、提高合理安排作用在梁上的荷载，可以降低梁的最大弯矩。从而提高梁的强度梁的强度 1、使集中力分散、使集中力分散第21页，讲稿共63张，创作于星期六2 2 2 2、减小跨度、减小跨度、减小跨度、减小跨度第22页，讲稿共63张，创作于星期六二、二、合理选择截面合理选择截面当弯矩值一定时，横截面上的最大正应力与弯曲截面系数成反比，即弯曲当弯矩值一定时，横截面上的最大正应力与弯曲截面系数成反比，即弯曲截面系数截面系数W，越大越好。另一方面，横截面面积越小，梁使用的材料越，越大越好。另一方面，横截面面积越小，梁使用的材料越少，自重越轻，即横截面面积少，自重越轻，即横截面面积A，越小越好。，越小越好。因此，
13、因此，合理的横截面形状应该是截面面积合理的横截面形状应该是截面面积 A 较小，而弯曲截较小，而弯曲截面系数面系数 W 较大。较大。我们可以我们可以用比值用比值 来衡量截面形状的合理性。来衡量截面形状的合理性。所以，在截面面积一定时，环形截面比圆形截面合理，矩形截面所以，在截面面积一定时，环形截面比圆形截面合理，矩形截面比圆形截面合理，矩形截面竖放比平放合理，工字形截面比矩形比圆形截面合理，矩形截面竖放比平放合理，工字形截面比矩形截面合理。截面合理。第23页，讲稿共63张，创作于星期六对抗拉和抗压强度相等的材料制成的梁，宜采用中性轴为其对称对抗拉和抗压强度相等的材料制成的梁，宜采用中性轴为其对称
14、轴的截面轴的截面，例如，工字形、矩形、圆形和环形截面等。，例如，工字形、矩形、圆形和环形截面等。另外，另外，截面是否合理，还应考虑材料的特性。截面是否合理，还应考虑材料的特性。第24页，讲稿共63张，创作于星期六对抗拉和抗压强度不相等的材料制成的梁，由于抗压能力强于抗对抗拉和抗压强度不相等的材料制成的梁，由于抗压能力强于抗拉能力，宜采用中性轴偏于受拉一侧的截面。拉能力，宜采用中性轴偏于受拉一侧的截面。对这类截面，应使最大拉应力和最大压应力同时接近材料的许用拉应对这类截面，应使最大拉应力和最大压应力同时接近材料的许用拉应力和许用压应力。力和许用压应力。第25页，讲稿共63张，创作于星期六三、合理
15、设计梁的外形三、合理设计梁的外形（等强度梁）（等强度梁）在一般情况下，梁的弯矩沿轴线是变化的。因此，在一般情况下，梁的弯矩沿轴线是变化的。因此，在按最大弯矩所设在按最大弯矩所设计的等截面梁中，除最大弯矩所在的截面外，其余截面的材料强度均未能计的等截面梁中，除最大弯矩所在的截面外，其余截面的材料强度均未能得到充分利用。得到充分利用。为了减轻梁的自重和节省材料，常常根据弯矩的变化情况，为了减轻梁的自重和节省材料，常常根据弯矩的变化情况，将梁设计将梁设计成变截面成变截面的。的。在弯矩较大处，采用较大的截面；在弯矩较小处，采用较在弯矩较大处，采用较大的截面；在弯矩较小处，采用较小的截面。小的截面。这种
16、截面沿轴线变化的梁，称为这种截面沿轴线变化的梁，称为变截面梁变截面梁。例如：阶梯轴、鱼腹梁等。例如：阶梯轴、鱼腹梁等。第26页，讲稿共63张，创作于星期六从弯曲强度考虑，理想的变截面梁应该使所有截面上的最大弯从弯曲强度考虑，理想的变截面梁应该使所有截面上的最大弯曲正应力均相同，且等于许用应力，即曲正应力均相同，且等于许用应力，即这种梁称为这种梁称为等强度梁等强度梁。第27页，讲稿共63张，创作于星期六2 2、梁的刚度计算、梁的刚度计算弯曲变形与刚度弯曲变形与刚度弯曲变形与刚度弯曲变形与刚度 1 1、弯曲变形的基本概念、弯曲变形的基本概念3 3、提高梁刚度的措施、提高梁刚度的措施第28页，讲稿共
17、63张，创作于星期六弯曲变形问题弯曲变形问题弯曲变形问题弯曲变形问题126126126126 1 1、弯曲变形的基本概念、弯曲变形的基本概念工程中梁的变形和位移都是弹性的，工程中梁的变形和位移都是弹性的，但设计中，对但设计中，对于结构或构件的弹性变形和位移变形都有一定的于结构或构件的弹性变形和位移变形都有一定的限制。限制。弹性变形和位移过大都会使结构或构件丧失正弹性变形和位移过大都会使结构或构件丧失正常功能，即发生刚度失效。常功能，即发生刚度失效。第29页，讲稿共63张，创作于星期六 弯曲构件除了要满足强弯曲构件除了要满足强度条件外度条件外,还需满足刚度条还需满足刚度条件。如车床主轴的变形过大
18、件。如车床主轴的变形过大会引起加工零件的误差。会引起加工零件的误差。车间内的吊车梁若变形车间内的吊车梁若变形过大，将使吊车梁上的小车过大，将使吊车梁上的小车行走困难，出现爬坡现象。行走困难，出现爬坡现象。第30页，讲稿共63张，创作于星期六弯曲变形问题弯曲变形问题弯曲变形问题弯曲变形问题 1 1、弯曲变形的基本概念、弯曲变形的基本概念工程设计中还会有另外一种变形问题，所考虑的不是限制构件的弹性变形和位移，而是希望在构件不发生强度失效的前提下，尽量产生较大的弹性变形。第31页，讲稿共63张，创作于星期六 汽车车架处的钢板弹簧应有较大的变形，汽车车架处的钢板弹簧应有较大的变形，才能更好地缓冲减振。
19、才能更好地缓冲减振。第32页，讲稿共63张，创作于星期六PAB梁的位移梁的位移yx挠曲线：挠曲线：挠曲线：挠曲线：在弹性范围内加载，梁的轴线在弯曲后将变成一连在弹性范围内加载，梁的轴线在弯曲后将变成一连在弹性范围内加载，梁的轴线在弯曲后将变成一连在弹性范围内加载，梁的轴线在弯曲后将变成一连续光滑曲线，这条光滑曲线叫做挠曲线变形后梁的轴线。梁续光滑曲线，这条光滑曲线叫做挠曲线变形后梁的轴线。梁续光滑曲线，这条光滑曲线叫做挠曲线变形后梁的轴线。梁续光滑曲线，这条光滑曲线叫做挠曲线变形后梁的轴线。梁在弯曲变形后，横截面位置发生改变，称为在弯曲变形后，横截面位置发生改变，称为在弯曲变形后，横截面位置发
20、生改变，称为在弯曲变形后，横截面位置发生改变，称为位移。位移。位移。位移。1、挠度、挠度：横截面形心沿垂直于轴横截面形心沿垂直于轴线方向的位移。线方向的位移。x2.转角转角：变形后的横截面相对于变形前位置绕中性轴转过的角度。：变形后的横截面相对于变形前位置绕中性轴转过的角度。w=w(x)称为挠度方程。称为挠度方程。3、轴向位移：、轴向位移：梁变形后，横截面形心将产生水平方向位移，称为梁变形后，横截面形心将产生水平方向位移，称为轴向位移或水平位移，用轴向位移或水平位移，用u表示。但在小变形条件下，表示。但在小变形条件下，通通常不考虑。常不考虑。挠曲线挠曲线126-127第33页，讲稿共63张，创
21、作于星期六34 梁的变形计算梁的变形计算-积分法积分法127挠曲线近似微分方程：挠曲线近似微分方程：C、D 积分常数；由积分常数；由边界条件边界条件和和连续性条件连续性条件确定。确定。若为等截面直梁若为等截面直梁,其抗弯刚度其抗弯刚度EI为一常量为一常量,上式可改写成：上式可改写成：上式积分一次得上式积分一次得转角方程：转角方程：再积分一次再积分一次,得得挠度方程：挠度方程：第34页，讲稿共63张，创作于星期六35条条件件：由由于于梁梁的的变变形形微微小小,梁梁变变形形后后其其跨跨长长的的改改变变可可略略去去不不计计,且且梁梁的的材材料料在在线线弹弹性性范范围围内内工工作作,因因而而梁梁的的挠
22、挠度度和和转转角角均均与与作作用用在在梁梁上上的的载载荷荷成成线线性性关系。关系。在这种情况下在这种情况下,梁在几项载荷梁在几项载荷 (如集中力、集中力如集中力、集中力偶或分布力偶或分布力)同时作用下某一横截面的挠度和转角同时作用下某一横截面的挠度和转角,就分别等于每项载荷单独作用下该截面的挠度和转角就分别等于每项载荷单独作用下该截面的挠度和转角的叠加的叠加，此即为，此即为叠加原理叠加原理。梁的变形计算梁的变形计算-叠加法叠加法P133第35页，讲稿共63张，创作于星期六 梁的刚度计算梁的刚度计算1362 设计截面设计截面3 确定许可载荷确定许可载荷 1 刚度校核刚度校核一、刚度条件：一、刚度
23、条件：二、应用三种刚度计算：二、应用三种刚度计算：第36页，讲稿共63张，创作于星期六提高梁的刚度的措施提高梁的刚度的措施138提高梁的刚度主要指减小梁的弹性位移。而弹性位移不仅和荷载提高梁的刚度主要指减小梁的弹性位移。而弹性位移不仅和荷载有关，还和杆长和梁的弯曲刚度有关，还和杆长和梁的弯曲刚度EI有关，以有关，以P132表表10-1中中2悬臂梁为例，悬臂梁为例，可以通过以下措施提高梁的刚度可以通过以下措施提高梁的刚度第37页，讲稿共63张，创作于星期六提高梁的刚度的措施提高梁的刚度的措施提高梁的刚度主要指减小梁的弹性位移。而弹性位移不仅和荷载提高梁的刚度主要指减小梁的弹性位移。而弹性位移不仅
24、和荷载有关，还和杆长和梁的弯曲刚度有关，还和杆长和梁的弯曲刚度EI有关，以有关，以P132表表10-1中中2悬臂梁为例，悬臂梁为例，可以通过以下措施提高梁的刚度可以通过以下措施提高梁的刚度第38页，讲稿共63张，创作于星期六提高梁的刚度的措施提高梁的刚度的措施1 1、减小梁的跨度，当梁的长度无法减小时，增加中间支座；、减小梁的跨度，当梁的长度无法减小时，增加中间支座；2 2、选择合理的截面增加惯性矩、选择合理的截面增加惯性矩I I3 3、选用弹性模量、选用弹性模量、选用弹性模量、选用弹性模量E E较高的材料。较高的材料。较高的材料。较高的材料。第39页，讲稿共63张，创作于星期六40 压杆稳定
25、压杆稳定182概念概念临界力和欧拉公式临界力和欧拉公式压杆的稳定计算提高压杆稳定性的措施提高压杆稳定性的措施第40页，讲稿共63张，创作于星期六41压杆稳定的概念压杆稳定的概念9-1目录构件的承载能力构件的承载能力强度强度刚度刚度稳定性稳定性 工程中有些构件具有足够的强度、刚度，却不一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。定能安全可靠地工作。第41页，讲稿共63张，创作于星期六 压杆稳定的概念压杆稳定的概念 当当F F小于某一临界值小于某一临界值F Fcrcr，撤去轴向力后，杆的轴线将恢复其原撤去轴向力后，杆的轴线将恢复其原来的直线平衡形态（图来的直线平衡形态（图 b
26、b），），则称原来的平衡状态的是则称原来的平衡状态的是稳定平衡稳定平衡稳定平衡稳定平衡。FFQ(a)(b)第42页，讲稿共63张，创作于星期六当当F F增大到一定的临界值增大到一定的临界值 F Fcrcr，撤去轴向力后，杆的轴线将保持弯曲撤去轴向力后，杆的轴线将保持弯曲的平衡形态，而不再恢复其原来的直线平衡形态（图的平衡形态，而不再恢复其原来的直线平衡形态（图 c c），），则称则称原来的平衡状态的是原来的平衡状态的是不稳定平衡不稳定平衡不稳定平衡不稳定平衡。FFQ(a)(b)(c)第43页，讲稿共63张，创作于星期六目录稳定的平衡状态和不稳定状态之间的分界点称为稳定的平衡状态和不稳定状态之间
27、的分界点称为临界点临界点，临界点对应的载荷称，临界点对应的载荷称为为临界荷载。用临界荷载。用FpFpcrcr表示表示。压杆从直线平衡状态转变为其他形式平衡状态压杆从直线平衡状态转变为其他形式平衡状态的过程称为的过程称为称为称为丧失稳定丧失稳定，简称，简称失稳失稳，也称，也称屈曲，屈曲失效具有突发性，在屈曲，屈曲失效具有突发性，在设计时需要认真考虑。设计时需要认真考虑。FFQ(a)(b)(c)第44页，讲稿共63张，创作于星期六1 1、两端铰支的压杆、两端铰支的压杆、两端铰支的压杆、两端铰支的压杆 图示坐标系，考察微弯状态下任意一段图示坐标系，考察微弯状态下任意一段图示坐标系，考察微弯状态下任意
28、一段图示坐标系，考察微弯状态下任意一段压杆的平衡（图压杆的平衡（图压杆的平衡（图压杆的平衡（图b b），杆件横截面上的弯矩），杆件横截面上的弯矩），杆件横截面上的弯矩），杆件横截面上的弯矩为为为为:根据挠曲线近似微分方程，有根据挠曲线近似微分方程，有根据挠曲线近似微分方程，有根据挠曲线近似微分方程，有 取取取取临界荷载临界荷载第45页，讲稿共63张，创作于星期六解微分方程得到通解为解微分方程得到通解为解微分方程得到通解为解微分方程得到通解为 C C1 1和和和和C C2 2为待定常数，根据压杆的约束边界为待定常数，根据压杆的约束边界为待定常数，根据压杆的约束边界为待定常数，根据压杆的约束边界条
29、件来确定，在两端铰支的情况下，边界条件来确定，在两端铰支的情况下，边界条件来确定，在两端铰支的情况下，边界条件来确定，在两端铰支的情况下，边界条件为条件为条件为条件为第46页，讲稿共63张，创作于星期六 若若若若C C1 1=0=0，表明杆为直线，这与压杆处于微弯，表明杆为直线，这与压杆处于微弯，表明杆为直线，这与压杆处于微弯，表明杆为直线，这与压杆处于微弯平衡状态不符。平衡状态不符。平衡状态不符。平衡状态不符。第47页，讲稿共63张，创作于星期六 上式表明，使杆件保持为曲线平衡的上式表明，使杆件保持为曲线平衡的上式表明，使杆件保持为曲线平衡的上式表明，使杆件保持为曲线平衡的压力，理论上是多值
30、的。在这些压力中，压力，理论上是多值的。在这些压力中，压力，理论上是多值的。在这些压力中，压力，理论上是多值的。在这些压力中，使杆件保持为曲线平衡的最小压力，才是使杆件保持为曲线平衡的最小压力，才是使杆件保持为曲线平衡的最小压力，才是使杆件保持为曲线平衡的最小压力，才是临界压力。临界压力。临界压力。临界压力。取取取取n n=1=1 两端铰支压杆的欧拉公式两端铰支压杆的欧拉公式两端铰支压杆的欧拉公式两端铰支压杆的欧拉公式E E为压杆材料的弹性模量为压杆材料的弹性模量为压杆材料的弹性模量为压杆材料的弹性模量I I为压杆横截面的形心主惯性矩为压杆横截面的形心主惯性矩为压杆横截面的形心主惯性矩为压杆横
31、截面的形心主惯性矩 184184第48页，讲稿共63张，创作于星期六其它刚性支承情况下的压杆其它刚性支承情况下的压杆其它刚性支承情况下的压杆其它刚性支承情况下的压杆184184 l l为有效为有效为有效为有效长度长度长度长度，为为为为长度长度长度长度系数系数系数系数，与压杆两端的支与压杆两端的支与压杆两端的支与压杆两端的支承情况有关。其数值为承情况有关。其数值为承情况有关。其数值为承情况有关。其数值为欧拉公式欧拉公式第49页，讲稿共63张，创作于星期六一端自由，一端自由，一端自由，一端自由，一端固定一端固定一端固定一端固定 2.02.0两端固定两端固定两端固定两端固定 0.50.5一端铰支，一
32、一端铰支，一一端铰支，一一端铰支，一端固定端固定端固定端固定 0.70.7两端铰支两端铰支两端铰支两端铰支 1.01.0第50页，讲稿共63张，创作于星期六则则引入压杆引入压杆长细比长细比或或柔度柔度式中，式中，为为压压杆横截面杆横截面对对中性中性轴轴的的惯性半径惯性半径。压杆的临界应力及临界应力总图压杆的临界应力及临界应力总图一、细长压杆的一、细长压杆的临界应力临界应力185第51页，讲稿共63张，创作于星期六O p p cr欧拉临界应力曲线欧拉临界应力曲线 通常称通常称 p的压杆为的压杆为大柔度杆大柔度杆或或细长杆细长杆。欧拉公式的应用范围：欧拉公式的应用范围：欧拉公式欧拉公式欧拉公式欧拉
33、公式只有材料在线弹性范围内才成立，这就只有材料在线弹性范围内才成立，这就只有材料在线弹性范围内才成立，这就只有材料在线弹性范围内才成立，这就要求在临界荷载作用要求在临界荷载作用要求在临界荷载作用要求在临界荷载作用下，压杆在直线平衡状态时，其横截面上的正应力小于或等于比例极限，即下，压杆在直线平衡状态时，其横截面上的正应力小于或等于比例极限，即下，压杆在直线平衡状态时，其横截面上的正应力小于或等于比例极限，即下，压杆在直线平衡状态时，其横截面上的正应力小于或等于比例极限，即只有只有只有只有 crcr p p时，欧拉公式才能适用。时，欧拉公式才能适用。时，欧拉公式才能适用。时，欧拉公式才能适用。第
34、52页，讲稿共63张，创作于星期六 如如果压杆的柔度果压杆的柔度 p，则临界应力，则临界应力 cr大于材料的极限应力大于材料的极限应力 p，此时欧拉公式不再适用。此时欧拉公式不再适用。对于这类压杆，通常采用以试验对于这类压杆，通常采用以试验结果为基础的结果为基础的经验公式来计算其临界应力。经验公式来计算其临界应力。1）s p 中柔度杆或中长杆中柔度杆或中长杆公式公式 式中，式中，a和和b是与材料力学性能有关的常数，一些常用材料的是与材料力学性能有关的常数，一些常用材料的a和和b值见下表。值见下表。二、中长杆和粗短杆的临界应力计算二、中长杆和粗短杆的临界应力计算1862）s的压杆称为的压杆称为小
35、柔度杆小柔度杆或或短粗杆短粗杆，属强度，属强度 破坏，其临界应力为极限应力。破坏，其临界应力为极限应力。第53页，讲稿共63张，创作于星期六一些常用材料的一些常用材料的a、b、p、s值值第54页，讲稿共63张，创作于星期六压杆的临界应力总图压杆的临界应力总图187压杆的临界应力压杆的临界应力 cr与柔度与柔度 之间的关系曲线。之间的关系曲线。(1)大柔度杆大柔度杆，p，cr p，按欧拉公式计算。按欧拉公式计算。(2)中柔度杆中柔度杆，s p，按直线型经验公式计算。按直线型经验公式计算。(3)小柔度杆小柔度杆，s，cr=s，按强度问题处理。按强度问题处理。细长杆细长杆中长杆中长杆 粗短粗短杆杆第
36、55页，讲稿共63张，创作于星期六56 压杆的稳定性设计压杆的稳定性设计1891899-5目录压杆的稳定性设计包括压杆的稳定性设计包括压杆的稳定性设计包括压杆的稳定性设计包括1 1、确定临界载荷、确定临界载荷、确定临界载荷、确定临界载荷2 2、稳定性安全校核、稳定性安全校核、稳定性安全校核、稳定性安全校核一般采用安全因数法与折减因数法一般采用安全因数法与折减因数法一般采用安全因数法与折减因数法一般采用安全因数法与折减因数法一、安全因数法一、安全因数法一、安全因数法一、安全因数法稳定性条件表示为稳定性条件表示为稳定性条件表示为稳定性条件表示为第56页，讲稿共63张，创作于星期六57 压杆的稳定性
37、设计压杆的稳定性设计9-5目录压杆的稳定性设计包括压杆的稳定性设计包括压杆的稳定性设计包括压杆的稳定性设计包括1 1、确定临界载荷、确定临界载荷、确定临界载荷、确定临界载荷2 2、稳定性安全校核、稳定性安全校核、稳定性安全校核、稳定性安全校核一般采用安全因数法与折减因数法一般采用安全因数法与折减因数法一般采用安全因数法与折减因数法一般采用安全因数法与折减因数法二、折减因数法二、折减因数法二、折减因数法二、折减因数法稳定性设计准则表示为稳定性设计准则表示为稳定性设计准则表示为稳定性设计准则表示为第57页，讲稿共63张，创作于星期六 提高压杆稳定的措施提高压杆稳定的措施欧拉公式欧拉公式越大越稳定越大越稳定1 1）减小压杆长度）减小压杆长度l l2）减小长度系数）减小长度系数（增加支承刚性）（增加支承刚性）3 3）增大截面惯性矩）增大截面惯性矩 I I（合理选择截面形状）（合理选择截面形状）4 4）增大弹性模量）增大弹性模量 E E（合理选择材料）（合理选择材料）第58页，讲稿共63张，创作于星期六谢谢观看第59页，讲稿共63张，创作于星期六感感谢谢大大家家观观看看第63页，讲稿共63张，创作于星期六