- •Техническая механика
- •Раздел 2
- •Теоретическая механика.
- •Сопротивление материалов.
- •Детали машин.
- •Раздел 1 Теоретическая механика
- •Тема 1.1 Основные понятия и аксиомы статики
- •Общие сведения
- •Связи и их реакции
- •Следствие 1
- •Определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил геометрическим способом
- •1.2.2 Определение равнодействующей плоской системы сходящихся сил методом проекций (аналитическим способом)
- •1.2.3 Условия равновесия плоской системы сходящихся сил
- •Решение задач
- •Реши самостоятельно
- •Тема 1.3 Пара сил и момент силы относительно точки
- •Момент силы относительно точки
- •Тема 1.4 Плоская система произвольно
- •Приведение силы к точке (теорема Пуансо)
- •Приведение плоской системы сил к данному центру
- •Свойства главного вектора и главного момента
- •Теорема Вариньона
- •Условие равновесия произвольной плоской системы сил
- •Уравнения равновесия
- •Балочные системы
- •Решение задач на равновесие плоской системы
- •Продолжение таблицы 9
- •Запомни!
- •Реши самостоятельно
- •Тема 1.5 Пространственные системы сил
- •Пространственная система сходящихся сил
- •Момент силы относительно оси
- •Произвольная пространственная система сил
- •Случаи пространственно нагруженных валов
- •Тема 1.6 Центр тяжести
- •Центр тяжести тела
- •Положение центра тяжести простых фигур
- •Методы нахождения центра тяжести
- •Тема 1.7 Кинематика
- •Основные понятия кинематики
- •Определение скорости и ускорения точки
- •Частные случаи движения точки
- •Поступательное движение
- •Вращательное движение
- •Частные случаи вращательного движения
- •Скорости V и ускорения а точек тела при
- •Сравнение формул кинематики для
- •Тема 1.8 Динамика
- •Основные понятия и аксиомы динамики
- •Силы инерции
- •Принцип Даламбера
- •Порядок решения задач динамики
- •Работа постоянной силы на прямолинейном
- •Мощность. Коэффициент полезного действия
- •Работа и мощность при вращательном движении
- •Раздел 2 Сопротивление материалов
- •Тема 2.1 Основные положения
- •Задачи сопромата
- •Элементы конструкций
- •Основные допущения сопромата
- •Материал:
- •Характер деформаций элементов конструкций:
- •Метод сечений. Внутренние силовые факторы (всф)
- •Напряжения
- •Тема 2.2 Растяжение и сжатие
- •Силы и напряжения в поперечных сечениях бруса
- •Эпюры продольных сил n и нормальных напряжений σ по длине бруса
- •Перемещения и деформации. Закон Гука
- •Статические испытания материалов.
- •Пластичные материалы
- •Хрупкие материалы
- •Предельные напряжения
- •Допускаемые напряжения. Расчеты на прочность
- •Расчеты на прочность при растяжении (сжатии)
- •Определение допускаемой нагрузки
- •Тема 2.3 Практические расчеты на срез и смятие
- •Растяжение
- •Виды расчетов на прочность при срезе и смятии
- •Тема 2.4 Геометрические характеристики
- •Определение моментов инерции сложных сечений,
- •Тема 2.5 Кручение
- •Чистый сдвиг. Закон Гука при сдвиге
- •Кручение. Крутящий момент. Построение эпюр
- •Деформации и напряжения при кручении
- •Расчеты на прочность и жесткость при кручении
- •Тема 2.6 Изгиб
- •Основные понятия и определения.
- •Правила вычисления значений qy и мх
- •Дифференциальные зависимости между
- •Правила построения и контроля эпюр
- •Порядок построения эпюр qy и мх
- •Построение эпюр qy и мх
- •Нормальные напряжения при изгибе
- •Расчеты на прочность при изгибе
- •Решаем вместе!
- •Запомни!
- •Перемещения при изгибе. Расчеты на жесткость
- •Тема 2.7 Сложное сопротивление.
- •Понятие о главных напряжениях
- •Назначение гипотез прочности
- •Виды гипотез прочности
- •Расчет бруса круглого поперечного сечения на изгиб с кручением
- •Тема 2.8 Устойчивость сжатых стержней
- •Понятие об устойчивости
- •Формула Эйлера
- •Формула Ясинского
- •Тема 2.9 Сопротивление усталости
- •Напряжения, переменные во времени
- •Предел выносливости
- •Факторы, влияющие на предел выносливости
- •Статика
- •Кинематика и динамика
- •Сопромат
- •Галина Федоровна Фефилова Техническая механика
- •4 32059, Г. Ульяновск, проспект Созидателей, 13.
Тема 2.8 Устойчивость сжатых стержней
назад в содержание
Понятие об устойчивости
Часто элементами конструкции служат стержни, у которых поперечные размеры значительно меньше продольных, т.е. стержни являются длинными и тонкими.
Такие стержни под действием осевой сжимающей нагрузки могут изгибаться и их необходимо рассчитывать на устойчивость (рисунок 206).
У
стойчивость
– это
способность конструкции (стержня)
сохранять первоначальную прямолинейную
форму упругого равновесия после снятия
нагрузки.
Максимальная сжимающая нагрузка Fкр, при которой прямолинейная форма устойчива называется критической силой Fкр.
Как только сжимающая сила станет чуть больше Fкр, стержень получит большие прогибы, а напряжения σ в поперечном сечении стержня скачком возрастут и станут выше предельных σт.
Во
многих конструкциях (стойка шасси
самолета) выход стержня из прямолинейного
равновесия равносилен выходу конструкции
из строя. Чтобы стержень был устойчив,
необходимо, чтобы
.
Рисунок 206
Расчет на устойчивость проводят по формуле
,
(110)
где
- допускаемая осевая нагрузка,
-
требуемый коэффициент запаса устойчивости.
Fкр определяют по формулам Эйлера или Ясинского.
Формула Эйлера
Формула
Л. Эйлера (1744 г.) применяется для расчета
стержней с большой гибкостью, в которых
при Fкр
возникают сжимающие напряжения
,
т.е. справедлива в пределах действия
закона Гука, когда деформации только
упругие.
-
формула Эйлера, (111)
где Е – модуль продольной упругости материала стержня;
Jmin – минимальный осевой момент инерции сечения (Jх или Jу), т.к. потеря устойчивости происходит в плоскости наименьшей жесткости;
l – длина стержня;
μ – коэффициент приведения длины, зависит от способа закрепления концов стержня рисунок (207).
К
ритические
напряжения
,
, (112)
где
- гибкость стержня.
Так как формула Эйлера применима при , то
Рисунок 207
,
откуда
.
(113)
-
гибкость
стержня, безразмерная
постоянная данного материала.
Таким
образом, формула Эйлера применима
для стержней с
.
Формула Ясинского
Многие
конструкции имеют стержни с
.
В этом случае применяется формула Ф.О.
Ясинского
;
, (114)
где а, b – коэффициенты, имеющие размерность МПа (таблица 22).
Таблица 22
Материал |
а, МПа |
b, МПа |
λ0 |
λпред |
Рисунок 208 |
Сталь Ст2 Сталь Ст3 Сталь 20, Ст4 Сталь 45 Дюралюмин Д16Т Сосна, ель |
264 310 328 449 405 29,3 |
0,70 1,14 1,15 1,67 1,83 0,194 |
60 60 60 52 30 - |
105 100 96 85 53 70 |
|
|
|
|
|
|
Зависимость критического напряжения от гибкости стержня представлена на рисунке 208.
Для стержней малой гибкости проводится расчет на сжатие
.Для стержней средней гибкости расчет проводят по формуле Ясинского .
Для стержней большой гибкости расчет проводят по формуле Эйлера .
Пример 36
Определить осевую допускаемую нагрузку для шарнирно-закрепленного на концах стержня (рисунок 209) диаметром d = 60 мм, изготовленного из стали 3 с λ0 = 60, λпред = 100, длина стержня l = 3 м, коэффициент запаса устойчивости = 2.
Решение
Для закрепления концов μ = 1.
Проверим применимость формулы Эйлера.
Для
круга
м4;
м2.
Гибкость
стержня
.
Так
как
,
то можно пользоваться формулой Эйлера.
Рисунок
209
Н
= 142 кН,
где Е = 2·105 Н/мм2 = 2·1011 Н/м2.
Допускаемая
нагрузка
кН.
Пример 37
Определить, при какой длине стержня предыдущего примера формулой Эйлера пользоваться нельзя.
Решение
Формулой
Эйлера нельзя пользоваться при гибкости
стержня
.
;
м.
Ответ: при длине l < 1,5 м.
