爲提高壓桿的穩定性
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爲提高壓桿的穩定性,壓桿的定義是一杆件因爲遭受了到了軸向力的影響而沿着軸線方向產生壓縮(或伸長),一般壓桿最重要的就是穩定,以下分享爲提高壓桿的穩定性的方法。
爲提高壓桿的穩定性1
如壓桿在各個縱向平面內相當長度ul相同,應使截面對任一形心軸的I相等或接近相等,使壓桿在任一縱向平面內有相等或接近相等的穩定性。如壓桿在不同的縱向平面內,相當長度ul不相同,這就要求在兩個主形心慣性平面內的柔度接近相等,這樣,在兩個過主形心慣性軸的縱向平面內仍有接近相等的穩定性。
減少壓桿的支承長度隨壓桿長度的增加,柔度也相應增加,臨界應力減小。因此在條件允許時,儘可能減小壓桿的長度,或在壓桿的中間增加支座,可以有效提高壓桿的穩定性。首先援引課本中的“壓桿穩定性的概念”:
“在第二章研究受壓直杆時,認爲其之所以破壞是由於強度不夠造成的,即當橫截面上的正應力達到材料的極限應力時,壓桿就發生破壞。實踐表明,這對於粗而短的壓桿是正確的,但對於細長的壓桿,情況並非如此。細長壓桿的破壞並不是由於強度不夠,而是由於荷載增大到一定數值後,不能保持其原有的直線平衡形式而失效。”
故“提高壓桿穩定性”即“令受壓桿件能夠更好地保持其原有的直線平衡形式”,表觀上體現爲“提高壓桿臨界力”。由臨界力公式
其中
π爲圓周率
E爲壓桿材料的彈性模量 I爲壓桿截面的形心主慣性矩
μ爲長度因數
L爲壓桿長度
杆件又分細長杆(大柔度杆)、中長杆(中柔度杆)、和短杆(小柔度杆)短杆實際上發生的是強度破壞。
故要使crF增大,可以採取以下措施:
①採用合理的材料製作壓桿(選擇合適的E)。選擇彈性模量高的材料,如優質鋼,各種複合材料等。但是由於各種鋼材的彈性模量相差不大,所以當細長壓桿要選用鋼材時,僅僅出於穩定性的要求而選用高強度鋼材製作細長壓桿是不經濟的;對於中長杆採用高強度材料才能夠比較明顯地提高穩定性。
②採用合理截面形式(使minI增大)。由於杆件一般處於空間受力狀態或雙向平面受力狀態,故壓桿穩定性總是受限於穩定性最差的一個方向,即決定於截面的minI。當截面面積不變時,可改變截面形狀,儘量使其形心主慣性矩相等或相近,這樣壓桿在各個方向就具有相近的穩定性,下面舉例說明:
由兩個槽型鋼組成的截面,左邊的截面形式若間距控制得不好,會使得
YZII,若將其換成右邊的形式則可使得YZII,更有利於維穩。
③減小相當長度和增強杆端約束(使L減小,μ減小)。壓桿的穩定性隨杆長的增加而降低,因此應儘量降低杆的相當長度,例如在杆中間設置中間支承。另,將杆端約束增強,可減小長度因數值,亦可增強杆件穩定性。例如在支座處焊接或鉚接支撐鋼板;將固定鉸支座增強爲固定端;在不同受力方向採用相同約束等。
爲提高壓桿的穩定性2
提高壓桿穩定性的措施之一是改善壓桿的約束條件,是對的。
提高壓桿穩定性的措施主要有:
(1)減小壓桿的支承長度。
隨壓桿長度的增加,柔度幾相應增加,臨界應力減小。因此在條件允許時,儘可能減小壓桿的長度,或在壓桿的中間增加支座,可提高壓桿的穩定性。
(2)選擇合理的截面形狀。
如壓桿在各個縱向平面內相當長度ul相同,應使截面對任一形心軸的I相等或接近相等,使壓桿在任一縱向平面內有相等或接近相等的穩定性。
如壓桿在不同的縱向平面內,相當長度ul不相同,這就要求在兩個主形心慣性平面內的柔度接近相等,這樣,在兩個過主形心慣性軸的縱向平面內仍有接近相等的穩定性。
(3)改善杆端的約束情況。
由壓桿柔度公式可知,如杆端約束剛性越強,則壓桿長度係數產越小,即柔度越小,可使臨界應力提高.因此,儘可能改善杆端約束情形,加強杆端約束的剛性,可提高壓桿的穩定性。
(4)合理選用材料等四種措施。
細長壓桿的臨界力由歐拉公式計算,臨界力的大小與材料的`彈性模量E有關。選擇E較大的材料,可提高細長壓桿的臨界力。
但應注意,由於各種鋼材的E值大致相同,選擇優質鋼材或低碳鋼並無很大差別。所以,對細長壓桿來說,選用高強度鋼製作壓桿是不必要的。
對中、小柔度壓桿,無論是根據經驗公式或理論分析,都說明臨界力與材料的強度有關,優質鋼材在一定程度上可提高臨界應力的數值。柔度很小的短粗杆,本來就是強度問題,優質鋼的強度高,其優越性自然是明顯的。
爲提高壓桿的穩定性3
什麼叫高壓桿的穩定性
細長的受壓桿當壓力達到一定值時,受壓桿可能突然彎曲而破壞,即產生失穩現象。由於受壓桿失穩後將喪失繼續承受原設計荷載的能力,而失穩現象又常是突然發生的,所以,結構中受壓桿件的失穩常造成嚴重的後果,甚至導致整個結構物的倒塌。
工程上出現較大的工程事故中,有相當一部分是因爲受壓構件失穩所致,因此對受壓桿的穩定問題絕不容忽視。所謂壓桿的穩定,是指受壓桿件其平衡狀態的穩定性。當壓力P小於某一值時,直線狀態的平衡爲穩定的,當P大於該值時,便是不穩定的,其界限值P↓(1j)稱爲臨界力。
當壓桿處於不穩定的平衡狀態時,就稱爲喪失穩定或簡稱失穩。顯然,承載結構中的受壓桿件絕對不允許失穩。由於杆端的支承對杆的變形起約束作用,且不同的支承形式對杆件變形的約束作用也不同,因此,同一受壓桿當兩端的支承情況不同時,其所能受到的臨界力值也必然不同。
工程中一般根據杆件支承條件用“計算長度”來反映壓桿穩定的因素。不同材料的壓桿,在不同支承條件下,其承載力的折減係數也不同,所用的名稱也不同,鋼壓桿叫長細比,鋼筋混凝土柱叫高寬比,砌體牆、柱叫高厚比,但這些都是考慮壓桿穩定問題。
當細長杆件受壓時,卻表現出與強度失效全然不同的性質。例如一根細長的竹片受壓時,開始軸線爲直線,接着必然是被壓彎,發生頗大的彎曲變形,最後折斷。與此類似,工程結構中也有很多受壓的細長 [2] 杆。例如內燃機配氣機構中的挺杆(圖一),在它推動搖臂打開氣閥時,就受壓力作用。
又如磨牀液壓裝置的活塞桿(圖二),當驅動工作臺向右移動時,油缸活塞上的壓力和工作臺的阻力使活塞桿受到壓縮。同樣,內燃機(圖三)、空氣壓縮機、蒸汽機的連桿也是受壓桿件。還有,桁架結構中的抗壓桿、建築物中的柱也都是壓桿。現以圖四所示兩端鉸支的細長壓桿來說明這類問題。
設壓力與杆件軸線重合,當壓力逐漸增加,但小於某一極限值時,杆件一直保持直線形狀的平衡,即使用微小的側向干擾力使其暫時發生輕微彎曲(圖四a),干擾力解除後,它仍將恢復直線形狀(圖四b)。這表明壓桿直線形狀的平衡是穩定的。當壓力逐漸增加到某一極限值時,壓桿的直線平衡變爲不穩定,將轉變爲曲線形狀的平衡。
這時如再用微小的側向干擾力使其發生輕微彎曲,干擾力解除後,它將保持曲線形狀的平衡(圖四c),不能恢復原有的直線形狀。上述壓力的極限值稱爲臨界壓力或臨界力,記爲Fcr。壓桿喪失其直線形狀的平衡而過渡爲曲線平衡,稱爲喪失穩定,簡稱失穩,也稱爲屈曲。
杆件失穩後,壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大,杆件已喪失了承載能力。這是因失穩造成的失效,可以導致整個機器或結構的損壞。但細長壓桿失穩時,應力並不一定很高,有時甚至低於比例極限。可見這種形式的失效,並非強度不足,而是穩定性不夠。
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