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建筑力学第3版:压杆平衡与不稳定平衡的分析

【摘要】:图11-1上述现象表明,在轴向压力F由小逐渐增大的过程中,压杆由稳定的平衡转变为不稳定的平衡,这种现象称为压杆丧失稳定性或者压杆失稳。显然压杆是否失稳取决于轴向压力的数值,压杆由直线状态的稳定的平衡过渡到不稳定的平衡时所对应的轴向压力,称为压杆的临界压力或临界力,用Fcr表示。

为了说明压杆稳定性的概念,取细长的受压杆来研究。图11-1(a)所示的等直细长杆,在其两端施加轴向压力F,使杆在直线状态下处于平衡。此时,如果给杆以微小的侧向干扰力,使杆发生微小的弯曲,然后撤去干扰力,则当杆承受的轴向压力数值不同时,其结果也截然不同。

(1)当杆承受的轴向压力数值F小于某一数值Fcr时,在撤去干扰力以后,杆能自动恢复到原有的直线平衡状态而保持平衡,如图11-1(a)、(b)所示,这种原有的直线平衡状态称为稳定的平衡。

(2)当杆承受的轴向压力数值F逐渐增大到某一数值Fcr时,即使撤去干扰力,杆仍然处于微弯形状,不能自动恢复到原有的直线平衡状态,如图11-1(c)、(d)所示,则原有的直线平衡状态称为不稳定的平衡。如果力F继续增大,则杆继续弯曲,产生显著的变形,甚至发生突然破坏。

图11-1

上述现象表明,在轴向压力F由小逐渐增大的过程中,压杆由稳定的平衡转变为不稳定的平衡,这种现象称为压杆丧失稳定性或者压杆失稳。显然压杆是否失稳取决于轴向压力的数值,压杆由直线状态的稳定的平衡过渡到不稳定的平衡时所对应的轴向压力,称为压杆的临界压力或临界力,用Fcr表示。当压杆所受的轴向压力F小于Fcr时,杆件就能够保持稳定的平衡,这种性能称为压杆具有稳定性;而当压杆所受的轴向压力F等于或者大于Fcr时,杆件就不能保持稳定的平衡而失稳。