材料力学

赵彬

目录

  • 1 绪论
    • 1.1 教学目标
    • 1.2 材料力学的研究对象
    • 1.3 材料力学的任务
    • 1.4 变形固体的基本假设
    • 1.5 材料力学的基本概念
    • 1.6 杆件变形的基本形式
    • 1.7 材料力学研究问题的方法
    • 1.8 本章测验
  • 2 拉伸和压缩
    • 2.1 教学目标
    • 2.2 轴向拉压的概念及实例
    • 2.3 拉压时的内力、应力
    • 2.4 材料在拉伸和压缩时的力学性能
    • 2.5 拉压杆的强度条件
    • 2.6 拉压杆的变形
    • 2.7 拉压超静定问题
    • 2.8 拉压杆的弹性应变能
    • 2.9 应力集中的概念
    • 2.10 本章测验
  • 3 剪切
    • 3.1 教学目标
    • 3.2 剪切与挤压的实用计算
    • 3.3 薄壁圆筒的扭转
    • 3.4 切应力互等定理
    • 3.5 剪切应变能
    • 3.6 本章测试
  • 4 扭转
    • 4.1 教学目标
    • 4.2 扭转的概念和实例
    • 4.3 外力偶矩、扭矩和扭矩图
    • 4.4 圆轴扭转时的应力、强度条件
    • 4.5 圆轴扭转时的变形、刚度条件
    • 4.6 矩形截面杆扭转理论简介
    • 4.7 本章测验
  • 5 弯曲内力
    • 5.1 教学目标
    • 5.2 平面弯曲的概念及梁的计算简图
    • 5.3 梁的剪力和弯矩
    • 5.4 剪力方程和弯矩方程 ·剪力图和弯矩图
    • 5.5 剪力、弯矩与分布荷载集度间的关系及应用
    • 5.6 平面刚架和曲杆的内力图*
    • 5.7 本章测验
  • 6 弯曲应力
    • 6.1 教学目标
    • 6.2 平面弯曲时梁横截面上的正应力
    • 6.3 梁横截面上的切应力
    • 6.4 梁的正应力和切应力强度条件
    • 6.5 提高梁强度的措施
    • 6.6 本章测验
  • 7 弯曲变形
    • 7.1 教学目标
    • 7.2 梁的挠曲线近似微分方程
    • 7.3 积分法求梁的位移
    • 7.4 叠加法求梁的位移
    • 7.5 梁的刚度校核
    • 7.6 梁的弯曲应变能
    • 7.7 简单超静定梁的解法
    • 7.8 提高梁弯曲刚度的措施
    • 7.9 本章测验
  • 8 应力状态分析 强度理论
    • 8.1 教学目标
    • 8.2 应力状态的概念
    • 8.3 平面应力状态分析——解析法
    • 8.4 平面应力状态分析——应力圆法
    • 8.5 空间应力状态简介
    • 8.6 平面应变状态分析
    • 8.7 广义胡克定律
    • 8.8 复杂应力状态下的变形比能
    • 8.9 强度理论及应用
    • 8.10 本章测验
  • 9 组合变形
    • 9.1 教学目标
    • 9.2 组合变形与叠加原理
    • 9.3 斜弯曲
    • 9.4 拉(压)弯组合  偏心拉伸(压缩)
    • 9.5 弯曲与扭转组合
    • 9.6 本章测验
  • 10 压杆稳定
    • 10.1 教学目标
    • 10.2 压杆稳定的基本概念
    • 10.3 细长压杆的临界力
    • 10.4 压杆的临界应力
    • 10.5 压杆的稳定计算
    • 10.6 本章测验
  • 11 动载荷
    • 11.1 教学目标
    • 11.2 动载荷
    • 11.3 本章测验
  • 12 交变应力
    • 12.1 教学目标
    • 12.2 交变应力
    • 12.3 本章测验
  • 13 平面图形的几何性质
    • 13.1 教学目标
    • 13.2 静矩与形心
    • 13.3 惯性矩、极惯性矩、惯性积
    • 13.4 惯性矩的平行移轴公式
    • 13.5 本章测验
  • 14 材料力学实验
    • 14.1 教学目标
    • 14.2 金属材料的拉伸实验
    • 14.3 金属材料的压缩实验
    • 14.4 弯曲正应力实验
    • 14.5 实验报告
    • 14.6 本章测验
  • 15 附录
    • 15.1 参考教材(吕建国)
    • 15.2 123章测验题讲解
    • 15.3 材料力学总结
压杆的临界应力
  • 1 内容
  • 2 PPT
  • 3 视频

欧拉公式的适用范围

压杆处于临界状态时横截面上的平均应力称为压杆的临界应力,压杆的临界应力就是临界力除以原始横截面面积。

根据细长压杆临界压力的欧拉公式可求得临界应力为   

由截面的几何性质

 

i为截面惯性半径,引入参数 

λ称为压杆的柔度或压杆的长细比,它是一个无量钢量,集中反映了压杆的长度、约束条件、截面尺寸、形状对临界应力的影响。

因此临界应力可由下式计算


此式称为压杆临界应力的欧拉公式。欧拉公式导出利用了弯曲变形的微分方程,而材料服从胡克定律是微分方程的基础,因此公式的适用范围是临界应力小于等于材料的比例极限。

求出与比例极限对应的柔度λ1公式的适用范围可用下式表示。

满足此式的压杆称为细长杆或大柔度杆,这就是欧拉公式的适用范围。需要说明的是λ1也称为第一界限柔度,由公式可知它与材料性质有关,即不同的材料λ1不同。

中柔度杆(中长杆)

λ<λ1,临界应力σcr会大于材料的比例极限,欧拉公式已不能适用。属于超过比例极限σp的压杆稳定问题。一般采用直线形式的经验公式。

σcr=abλ

式中ab为与材料有关的常数。

经验公式的适用范围是:      

sp ss 

前面已经求出与比例极限对应的柔度,即第一界限柔度,下面计算与屈服强度对应的柔度,即第二界限柔度λ2

满足 λ2<λ≤λ1的压杆称为中柔杆或中长杆

小柔度杆(短粗杆)

当λ≥λ2时,压杆的临界应力已达到材料的屈服强度,这时压杆的失效实际为强度失效,因此 此时的临界应力就等于屈服强度。满足这一条件的压称为小柔度杆或短粗杆。

临界应力总图

综上所述,临界应力σcr随压杆柔度λ而不同,即不同的柔度,临界应力σcr应按相应的公式来计算。

临界应力σcr随柔度λ变化的图线称为临界应力总图。


需要说明的是,失稳是考虑杆的整体变形,局部削弱(如螺钉孔等)对整体变形影响很小,计算AI时可忽略削弱的尺寸。