工程力学(下)chapt9.ppt

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第九章 压杆稳定 第一节 压杆稳定性的概念 第二节 两端铰支细长压杆的临界压力 第三节 其他支座条件下细长压杆的临界力 第五节 压杆的稳定校核 图示托架中杆DB的直径d=4cm,两端可视为铰支,材料是Q235钢试按杆DB的稳定性条件求托架的临界载荷. 例:油缸活塞直经 D = 65mm,油压 p =1.2MPa。活塞杆长度 L =1250mm,材料为35钢,?S =220MPa,E = 210GPa,[nst] = 6。试确定活塞杆的直经。 p D 活塞杆 活塞 d 解:活塞杆承受的轴向压力应为 活塞杆承受的临界压力应为 把活塞的两端简化为铰支座。 用试算法求直径 (1)先由 欧拉公式 求直径 求得 d = 24.6mm。 取 d = 25mm (2)用求得直径计算活塞杆柔度 由于 ? ?1,所以前面用欧拉公式进行试算是正确的。 例:AB的直径 d=40mm,长 l=800mm,两端可视为铰支。材料为Q235钢,弹性模量 E=200GPa。比例极限?P =200MPa,屈服极限 ?S =240MPa,由AB杆的稳定条件 求[F]。(若用直线公式 a = 304 MPa, b =1.12 MPa )。 A B C F 0.6 0.3 0.8 解:取 BC 研究 用直线公式 [F] =118kN 不能用欧拉公式 A B C F 0.6 0.3 0.8 例: 确定图示连杆的许用压力[Fcr]。已知连杆横截面面积A=720mm2,惯性矩Iz=6.5×104mm4,Iy=3.8×104mm4,sp=240MPa,E=2.1×105MPa。连杆用硅钢制成,稳定安全系数nst=2.5。 x x 580 700 y z P P z 580 P P L y 若在x-y面内失稳, m=1,柔度为: 解:(1)失稳形式判断: 若在x-z平面内失稳,m=0.5,柔度为: 所以连杆将在x—y平面内失稳,其许用压力应由lz决定。 (2)确定许用压力: 由表11-2查得硅钢:a=578MPa,b=3.744MPa, ss=353MPa,计算有关的l1和l2为: 可见连杆为中柔度杆。其临界载荷为: 由此得连杆的许用压力为: (3)讨论:在此连杆中:lz=73.7,ly=39.9,两者相差较大。最理想的设计是ly= lz,以达到材尽其用的目的。 例: 一根两端球形铰支的N020a工字钢压杆,长L=3m, 如杆承受轴向压力F=400 KN,设:[?]=160MPa,E=200GPa.试:计算该压杆是否安全. 解: 查表N020a: A =3.55×10-3 m2, i=21.2mm 强度方面: < [?] 稳定方面: 欧拉公式: <113MPa 压杆失稳破坏 * 构件稳定性的基本概念 构件的承载能力: ①强度 ②刚度 ③稳定性 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, 如在外界的微扰动下发生微弯, 外界扰动增加则弯曲变形会急剧增加甚至折断. 内燃机、空气压缩机的连杆 P 中国第一座弯梁桥 案例1、上世纪初,享有盛誉的美国桥梁学家库柏在圣劳伦斯河上建造魁比克大桥1907年8月29日,发生稳定性破坏,85位工人死亡,成为上世纪十大工程惨剧之一. 三、失稳破坏案例 案例2 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. 案例3 2000年10月25日上午10时南京电视台演播中心由于脚手架失稳,造成屋顶模板倒塌,死6人,伤34人. 研究压杆稳定性问题非常重要 知识点复习: B1 F x q q v y x 挠度:梁横截面形心的竖向位移v 转角:梁横截面绕中性轴转动的角度q 挠曲线近似微分方程: 一、稳定与失稳 1.压杆稳定性:压杆维持其自身平衡状态的能力; 2.压杆失稳:压杆丧失其自身平衡状态,不能稳定地工作。 3.压杆失稳原因: ①杆轴线本身不直(初曲率); ②加载偏心; ③压杆材质不均匀; ④外界干扰力。 二、中心受压直杆稳定性分析 1.临界状态:由稳定平衡向微弯平衡(不稳平衡)过渡的状态; 2.临界载荷Fcr:压杆的稳定能力,压杆临界状态所受到的轴向压力。 Q Q Q FFcr 干扰力去除,恢复直线 a)直线稳态 干扰力去除,保持微弯 干扰力去除,继续 变形,直至倒塌 c)失稳 F=Fcr Q b)微弯平衡 FFcr Q Q Q Q Q 两端铰支压杆的临界力 1.思路:求Fcr→临界状态(微弯)→弯曲变形→挠曲线微分方程; 2.推导:

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