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型杆压弯练习的轻量化设计

时间:2023-09-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:如练习图22-1所示的压杆带有弹性中间支座,须确定与弹簧刚度相关的临界压力。因此,临界压力对应于长度为LK=L/2的两端铰接叠加杆的欧拉压弯载荷为这里,用k=4求解问题的凸起值。由方程式和方程式可以得出刚度的极限值为对以上计算进行归纳总结可以确定,通过一个支座可将承受的压弯载荷最大增加到欧拉压弯载荷的四倍;之后,再提高支座刚度,也只是能得到另外一种压弯形式而已。

型杆压弯练习的轻量化设计

如练习图22-1所示的压杆带有弹性中间支座,须确定与弹簧刚度相关的临界压力

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练习图22-1 压杆的对称压弯与反对称压弯形式

在压杆失效的情形下,可根据中间支座的刚度情况,假设压杆的压弯形式为对称的或者反对称的。

在反对称压弯形式下,中间支座上没有产生载荷。因此,临界压力对应于长度LK=L/2的两端铰接叠加杆的欧拉压弯载荷为

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这里,用k=4求解问题的凸起值。

在对称的形式下,须求解微分方程[也可参见方程式(18.8)]:

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其中,

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对应的解法表达式为

wζ)=C1+C2·ζ+C3·cosμ·ζ+C4·sinμ·ζ (3)

在位置0≤ζ≤2处,又可以得出积分常数为

w(0)=0:C1+C3=0 (4)

w″(0)=0:C3=0→C1=0 (5)

w′ξ=1)=0:C1+μ·C4·cosμ=0 (6)

方程式(6)中,对应于两个未知量,只有一个方程式。如练习图22-2所示,通过释放弹簧,可以得到另外一个关系式,即:

2Q(1)=c·w(1) (7)

考虑到在梁弯曲情形下,还有:

M′=QQ=E·J·wx

则可以适当地推导出方程式(7)。

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练习图22-2 在弹簧 上的力平衡(www.xing528.com)

这首先要求有一个方程的插入微分,即:

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考虑到一半的桁梁长度,对方程式(7)可有:

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将其进一步代入方程,有:

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现在,对于依然未知的积分常量,通过方程式(6)和(9)可以生成一个方程组:

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在消除系数行列式的要求下,可得出特征值方程为

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其中,可引入刚度参数:

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在练习图22-3中,描述了将刚度参数作为特征值μ的函数的变化过程。

图中显示,当μ=π时,有最小特征值。这里,刚度参数为

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在这个值的基础上提高刚度参数,并不能增加承载能力,因为杆会发生反对称压弯。由方程式(13)和方程式(14)可以得出刚度的极限值为

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对以上计算进行归纳总结可以确定,通过一个支座可将承受的压弯载荷最大增加到欧拉压弯载荷的四倍;之后,再提高支座刚度,也只是能得到另外一种压弯形式而已。

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练习图22-3 特征值的表述

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