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第二十五章 压杆的稳定计算
第一节 工程中压杆的稳定性问题
工程中把承受轴向压力的直杆称为压杆。以前,我们从强度观点出发,认为压杆在
其横截面上只产生压应力,当压应力超过材料的极限应力时,压杆才因抗压强度不足而
破坏。这种观点对于始终能够保持其原有直线形状的短粗压杆来说,可以认为是正确的,
这时对它只进行强度计算也是合
P P P P P
适的,但是,对于细长的压杆,在 lj lj
轴向力的作用下,往往在因强度不
足而破坏之前,就因它不再保持原
有直线状态下的平衡而骤然屈曲 干扰力 y
破坏,因而它不再是强度问题,而
是压杆能不能保持直线状态下的
平衡问题,在工程实践中把这类问 P P P = P
lj lj
P
题称为压杆的稳定性问题,为了说
明这个问题,让我们取一根细长的 (a ) (b ) (c )
直杆进行压缩试验。如图 25-1 所
图 25-1
示,当作用于压杆两端的轴向力 P
小于某一极限值时,压杆保持在直线状态下的平衡。如果给压杆任一可能的横向干扰使
压杆微弯[图25-1 (a )],然后再撤去这一干扰,压杆能够自动回复原有的直线形状[图
25-1 (b )] 。这时,我们称压杆在直线状态下的平衡是稳定的,或简称压杆是稳定的,
当继续增大轴向力P 至某一极限值时,压杆在直线状态下的平衡将由稳定变为不稳定。
其特点是如果压杆不受任何横向干扰,则压杆将在直线状态下平衡。但如果给压杆任一
横向干扰使其微弯,然后再撤去这一干扰时,压杆不再能回复原有的直线状态,而是在
微弯状态下建立新的平衡。这时在压杆的横截面上既有轴力,又有弯矩,其值为 M=P ·y ,
y 为杆的侧向挠度[图25-1 (c )] 。我们把压杆可能在直线状态下平衡同时又可能在微弯
状态下平衡的现象称为压杆由稳定到不稳定的临界状态;把相应的轴向力称为临界力,
并用Plj 表示。当实际作用的轴向力 P 超过临界力 Plj 时,就将引起杆件的骤然屈曲破坏。
这时,我们称压杆在直线状态下的平衡是不稳定的,或简称压杆失稳。
在工程实践中,常会遇到比较细长的压杆,如内燃机的气门挺杆,螺旋千斤顶丝杆,
液压油缸活塞杆,内燃机连杆和桁架及起重机机臂的压杆,等等。由于制成这些杆件的
材料不会绝对均匀;杆件的加工和安装不可能没有误差;作用在杆上的轴力不可能和杆
201
的轴线完全重合;而且在工作过程中不可能不受某种偶然因素的干扰。这就要求压杆必
须是稳定的,因为压杆一旦失稳,往往会造成严重事故。目前,高强度钢和超高强度钢
的广泛应用,使压杆稳定性问题更加突出。它已成为结构设计中极为重要的部分。
除了压杆外,其它弹性薄壁构件,只要壁内有压应力,就同样有可能出现失稳现象。
本章只限于讨论压杆的稳定性问题。
设计压杆时,除了强度以外,还必须考虑它的稳定性,假如能算出压杆的临界力P ,
lj
而且使压杆在工作中所受的轴向载荷小于临界力,那么就可不致发生失稳现象。
由此可见,为
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