Тема 2.10. Устойчивость сжатых стержней.
Основные положения
Иметь представление об устойчивых и неустойчивых формах равновесия, критической силе и коэффициенте запаса устойчивости, о критическом напряжении, гибкости стержня и предельной гибкости.
Знать условие устойчивости сжатых стержней, формулу Эйлера и эмпирические формулы для расчета критической силы и критического напряжения.
Понятие об устойчивом и неустойчивом равновесии
Относительно короткие и массивные стержни рассчитывают на сжатие, т. к. они выходят из строя в результате разрушения или остаточных деформаций. Длинные стержни небольшого поперечного сечения под действием осевых сжимающих сил изгибаются и теряют равновесие. Такие стержни работают на изгиб и сжатие.
Равновесие считают устойчивым, если за счет сил упругости после снятия внешней отклоняющей силы стержень восстановит первоначальную форму (рис. 36.1).
Если упругое тело после отклонения от равновесного положения не возвращается к исходному состоянию, то говорят, что произошла потеря устойчивости, а равновесие было неустойчивым.
Потерю устойчивости под действием центрально приложенной продольной сжимающей силы называют продольным изгибом.
На устойчивость равновесия влияет величина сжимающей силы.
Наибольшее значение сжимающей силы, при которой прямолинейная форма стержня сохраняет устойчивость, называют критической силой. Даже при небольшом превышении критического значения силы стержень недопустимо деформируется и разрушается.
|
|
|
Тема 2.10. Устойчивость сжатых стержней 291
Расчет на устойчивость
Расчет на устойчивость заключается в определении допускаемой сжимающей силы и в сравнении с ней силы действующей:
где F — действующая сжимающая сила;
[ F ] — допускаемая сжимающая сила, обеспечивает некоторый запас устойчивости;
Fкр — критическая сила;
[ s y ] — допускаемый коэффициент запаса устойчивости.
Обычно для сталей [ sy ] = 1,8 : 3; для чугуна [ sy ] = 5; для дерева [ sy ] ≈ 2,8.
Способы определения критической силы
Расчет по формуле Эйлера
Задачу определения критической силы математически решил Л.Эйлер в 1744 г.
Для шарнирно закрепленного с обеих сторон стержня (рис. 36.2) формула Эйлера имеет вид
где Е — модуль упругости;
Jmin — минимальный осевой момент инерции стержня;
l — длина стержня.
Потеря устойчивости происходит в плоскости наименьшей жесткости, поэтому в формулу входит минимальный из осевых моментов инерции сечения ( JX или Jy).
Формулу распространили на другие формы закрепления стержней, рассмотрев форму потери устойчивости в каждом случае.
|
|
|
Длина стержня заменяется ее приведенным значением, учитывающим форму потери устойчивости в каждом случае: lПрив = μ l, где μ — коэффициент приведения длины, зависящий от способа закрепления стержня (рис. 36.3).
292 Лекция 36
Формула для расчета критической силы для всех случаев
Критические напряжения.
Критическое напряжение — напряжение сжатия, соответствующее критической силе.
Напряжение от сжимающей силы определяется по формуле
где σкр — напряжение сжатия, при котором стержень еще устойчив. Корень квадратный из отношения минимального момента инерции сечения к площади поперечного сечения принято называть минимальным радиусом инерции imin:
Тогда формула для расчета критического напряжения перепишется в виде
Отношение μ l / imin носит название гибкости стержня λ.
Гибкость стержня — величина безразмерная, чем больше гибкость, тем меньше напряжение:
Тема 2.10. Устойчивость сжатых стержней 293
|
|
|
Заметим, что гибкость не зависит от материала, а определяется только геометрией стержня.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 1039; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!