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平衡稳定性的含义及作用

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:这种现象称为丧失稳定,简称失稳。这时称压杆原有直线形状的平衡是稳定平衡。由以上分析可知,压杆的稳定性问题,与轴向压力的大小有密切关系,即当P<Pcr时;压杆的直线形状平衡是稳定的;当P=Pcr时,它的直线形状平衡就变为不稳定。这个轴向压力的临界值Pcr,称为临界力,它是压杆原有直线形状的平衡由稳定过渡到不稳定的分界点。

平衡稳定性的含义及作用

研究构件的强度和刚度问题时,认为构件始终保持直线形状平衡,但事实上,这个结论只适用于短粗杆,对于细长杆却并非如此。研究表明,细长的受压构件,当压力达到一定值时,会突然发生侧向弯曲,丧失承载能力。但此时构件横截面上的应力还远小于材料的极限应力。因此,这种失效不是强度不足,而是由于压杆不能保持其原有直线形状平衡所致。这种现象称为丧失稳定,简称失稳。

如图2-6-2(a)所示,一长、宽均为30mm,厚5mm的松木杆,材料的抗压强度极限为σb=40MPa,则将杆压坏所需的压力为

若杆长为1m则只需30N的压力杆就会变弯,压力若再增大,杆则会失效,即失稳。

图2-6-2 失稳分析(www.xing528.com)

取一图2-6-3所示的两端铰支细长杆,设压杆为理想的匀质等直杆,压力与杆轴重合,当压力小于某一临界值,即P<Pcr时,压杆能保持直线形状平衡,即使施加微小横向干扰力使杆弯曲,但在干扰力去掉后,杆件仍能恢复到原来的直线形状,如图2-6-3(a)所示。这时称压杆原有直线形状的平衡是稳定平衡。当压力增大到某一临界值,即P=Pcr时,若无干扰,杆尚能保持直线形状,一旦有干扰杆便突然弯曲,且在干扰力消除后,杆件也不能恢复到原来的直线形状,即在微弯曲状态下保持平衡,如图2-6-3(b)所示。这时称压杆原有直线形状平衡是不稳定的;或称压杆处于失稳的临界状态。若继续加大压力使之超过临界值Pcr,杆将继续弯曲,甚至弯折,如图2-6-3(c)所示。

由以上分析可知,压杆的稳定性问题,与轴向压力的大小有密切关系,即当P<Pcr时;压杆的直线形状平衡是稳定的;当P=Pcr时,它的直线形状平衡就变为不稳定。这个轴向压力的临界值Pcr,称为临界力,它是压杆原有直线形状的平衡由稳定过渡到不稳定的分界点。

工程结构中有许多较细长的轴向受压杆件,设计这类压杆时,除了考虑强度问题外,更应考虑稳定问题。因为失稳往往是突然发生的,而且某些杆件的失稳可能会导致整个结构的破坏。

图2-6-3 两端铰支细长杆

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