压杆稳定欧拉公式

细长压杆临界压力欧拉公式的统一推导

第化曲线

期由图中可见,

冯贤桂

细长压杆临界压力欧拉公式的统一推导

当接近根部时二者有明显的分离

洁的优点

,

但在根部还有一定的误差

而且仅能求解均布载,

结

论材料力学解几时误差将超过。

荷问题级数解给出了完全满足边界条件的解而且适用于

在

时可用

,

当大于

沿长度任意变化的分布载荷

但缺点是级数收敛较慢

当轴较短时忽略几。,

,

几,与‘

。

将为同量级

,

材料力学解,,

参

考

文

献,

误差将非常大解作为对材料力学解的改进具有表达式简

王敏中王炜武际可弹性力学教程北京北京大学出版社

细长压杆临界压力欧拉公式的统一推导冯贤桂重庆大学工程力学系,

重庆

摘要利用细长压杆微小弯曲的平衡条件得到了压杆挠曲线近似微分方程,

,

将挠曲线的初参数解用于几种常见支承条

件的细长压杆

,

可以方便地求得相应的临界压力欧拉公式,

关键词细长压杆

临界压力

,

初参数解,

材料力学中对细长压杆临界压力欧拉公式的推导通常是分几种不同的支承条件,

列出各自的挠曲线近似微分方程,

来求解明

这种方法过程繁杂

教材中一般不可能全部推导证

图

对此微小弯曲压杆建立平衡方程文献【利用弯矩表示的弹性曲线近似微分方程和相,

应的力的边界条件对不同支承条件下的压杆临界压力欧拉公式作了统一推导

艺二

,

二

,

。

。

但是压杆稳定问题本质上是

压杆稳定

一、概念题

1．判断题：（以下结论对者画√，错者画×）

（1）直杆受压时的承载能力取决于它的强度是否足够。 （ ） （2）临界应力愈大，压杆愈容易失稳。 （ ） （3）压杆的柔度与压杆的材料无关。 （ ） （4）计算压杆临界力的公式是欧拉公式。 （ ） （5）压杆总是在?值大的纵向平面内失稳。 （6）两杆的材料、长度、截面积以及两端支撑均相同，它们的临界应力相同。 （7）细长压杆不易采用高强度钢来提高其稳定性。 （8）提高压杆稳定性的措施，实际上就是如何增大柔度的措施。 2．选择题：

（1）图示截面形状的压杆，设两端为铰链支承。失稳时（ ）

A、图（A）截面绕y轴转动； B、图（B）截面绕x轴转动； C、图（C）截面绕x轴转

第十章 压杆稳定

学时分配：共6学时

主要内容：两端铰支细长压杆的临界压力，杆端约束的影响，压杆的长度系数界应力欧拉公式的适用范围；临界应力总图、直线型经验公式法进行压杆稳定校核。

?，临

?cr?a?b?，使用安全系数

$10.1压杆稳定的概念

1．压杆稳定

若处于平衡的构件，当受到一微小的干扰力后，构件偏离原平衡位置，而干扰力解除以后，又能恢复到原平衡状态时，这种平衡称为稳P P

2．临界压力

当轴向压力大于一定数值时，杆件有一微小干扰力 弯曲，一侧加一微小干扰且有一变形。任一微小挠力去除后，杆件不能恢复到原直线平衡位置，则称原平衡位置是不稳定的，此压力的极限值为临界压力。

P P P 由稳定平衡过渡到不稳定平衡的压力 的临界值称为临界压力（或临界力），用

Pc?表示。

3．曲屈

受压杆在某一平衡位置受任意微小挠动，转变到其它平衡位置的过程叫屈曲或失稳。

$10.2细长压杆临界压力的欧拉公式

1．两端铰支压杆的临界力

选取如图所示坐标系xOy。距原点为x的任意截面的挠度为v。于是有

M??Pv

2．挠曲线近似微分方程：

将其代入弹性挠曲线近似微分方程，则得

?x lEIv''?M?x???Pv

k2?令 则有

PEI

v''?k2v'?0

第三章 压弯构件的失稳

轴力偏心作用的构件或同时受轴力和横向荷载作用的构件称为压弯构件。由于压弯构件兼有受压和受弯的功能，又普遍出现在框架结构中，因此又称为梁柱。

钢结构中的压弯构件多数是截面至少有一个对称轴，且偏心弯矩作用在对称平面的单向偏心情况。对单向偏心的压弯构件，有可能在弯矩平面内失稳，即发生弯曲失稳；也有可能在弯矩作用平面外失稳，即弯扭失稳。其弯曲失稳为第二类稳定问题，即极值点失稳；其弯扭失稳对理想的无缺陷的压弯构件属于第一类稳定问题，即分支点失稳，但对实际构件则是极值点失稳。

对理想的两端简支的双轴对称工形截面压弯构件，在两端作用有轴线压力P和使构件产生同向曲率变形的弯矩M，如果在其侧向有足够的支撑 (如图3.1（b）)，构件将发生平面内的弯曲失稳，其荷载―挠度曲线如图3.2（a）中曲线a，失稳的极限荷载为Pu，属于极值点失稳。

图3.1 两端简支理想压弯构件 图3.2 压弯构件荷载变形曲线

如果在侧向没有设置支撑（如图3.1（ｃ）），则构件在荷载P未达到平面内极限荷载Pu时，可能发生弯扭失稳，即在弯矩作用平面内产生挠度v，在平面外剪心产生位移ｕ，并绕纵

第1篇：欧拉函数公式及其证明

欧拉函数 ：

欧拉函数是数论中很重要的一个函数，欧拉函数是指：对于一个正整数 n ，小于 n 且和 n 互质的正整数（包括 1）的个数，记作 φ(n) 。

完全余数集合：

定义小于 n 且和 n 互质的数构成的集合为 Zn ，称呼这个集合为 n 的完全余数集合。 显然 |Zn| ＝φ(n) 。

有关性质：

对于素数 p ，φ(p) = p -1 。

对于两个不同素数 p， q ，它们的乘积 n = p * q 满足 φ(n) = (p -1) * (q -1) 。

这是因为 Zn = {1, 2, 3, ..., n{p, 2p, ..., (q{q, 2q, ..., (p1)1)1) = (p -1) * (q -1) ＝φ(p) * φ(q) 。

欧拉定理 ：

对于互质的正整数 a 和 n ，有 a

φ(n)

≡ 1 mod n

。

证明：

( 1 ) 令 Zn = {x1, x2, ..., xφ(n)} ， S = {a * x1 mod n, a * x2 mod n, ..., a * xφ(n) mod n} ，

则 Zn = S 。

① 因为 a 与 n 互质， xi (1 ≤ i ≤ φ(n)) 与 n 互质， 所以 a

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

(2l)2

图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

(2l)2

图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

(2l)2

图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径

《创新型力学实验》

压杆稳定临界载荷测定综合实验

一、实验目的

1. 2. 3. 4. 5. 6.

熟悉动态应变仪的使用方法； 掌握振动信号的测量方法；

测量受压细长杆件失稳时的临界力； 讨论不同杆端约束条件对临界力的影响；

将材料力学方法与振动法测量结果进行比较，讨论两种方法的优缺点； 计算临界力，验证欧拉公式，并分析产生误差的原因。

二、实验仪器设备

动态信号分析仪、压杆稳定综合实验装置、电阻应变片、电涡流传感器、力锤、力传感器读数器、电涡流读数器 矩形截面钢制细长杆件（弹性模量E=180GPa）

三、实验原理

细长杆作垂直轴线方向的振动时，其主要变形形式是弯曲变形，通常称为横向振动或弯曲振动，简称梁的振动。如果梁是直梁，而且具有对称面，振动中梁的轴线始终在对称面内。忽略剪切变形和截面绕中心轴转动的影响，即所谓的欧拉梁。它作横向振动时的偏微分方程为：

??2y?x,t???2y?x,t??EI?x??x2???A?x???t2?q?x,t? (4-6) ??EI(x)为弯曲刚度(E为纵向弹性模量，I(x)为截面惯性矩)，??x?为密度，

?2?x2A(x)为截面积，q(x,t)为分布干扰力，y(x,t)为挠度。若梁为均质、

第9章 压 杆 稳 定 习 题

(1) 如图9.12(a)和图9.12(b)所示的两细长杆均与基础刚性连接，但第一根杆(如图9.12(a)所示)的基础放在弹性地基上，第二根杆(如图9.12(b)所示)的基础放在刚性地基上。试问两?2EImin杆的临界力是否均为Fcr?？为什么？并由此判断压杆长度因数?是否可能大于2。

(2l)2

图9.12 习题(1)图

(2) 如图9.13所示各杆材料和截面均相同，试问杆能承受的压力哪根最大，哪根最小(如图9.13(f)所示的杆在中间支杆承处不能转动)？

图9.13 习题(2)图

(3) 压杆的A端固定，B端自由(如图9.14(a)所示)。为提高其稳定性，在中点增加铰支座C(如图9.14(b)所示)。试求加强后压杆的欧拉公式。

图9.14 习题(3)图

(4) 如图9.15所示正方形桁架，5根相同直径的圆截面杆，已知杆直径d=50mm，杆长a=1m，材料为Q235钢，弹性模量E=200GPa。试求桁架的临界力。若将荷载F方向反向，桁架的临界力又为何值？

FFa图9.15 习题(4)图

(5) 如图9.16所示两端固定的空心圆柱形压杆，材料为Q235钢，E=200GPa，?p=100，外径与内径