压杆稳定性的研究论文

提高压杆稳定性的方法

提高压杆稳定性的方法，当细长的受压杆当压力达到一定值时，受压杆可能突然弯曲而破坏就会产生失稳的现象，这时候就需要提高压杆的稳定性，那么提高压杆稳定性的方法有哪些呢？

①采用合理的材料制作压杆（选择合适的E）。

选择弹性模量高的材料，如优质钢，各种复合材料等。但是由于各种钢材的弹性模量相差不大，所以当细长压杆要选用钢材时，仅仅出于稳定性的要求而选用高强度钢材制作细长压杆是不经济的；对于中长杆采用高强度材料才能够比较明显地提高稳定性。

②采用合理截面形式（使minI增大）。

由于杆件一般处于空间受力状态或双向平面受力状态，故压杆稳定性总是受限于稳定性最差的一个方向，即决定于截面的minI。当截面面积不变时，可改变截面形状，尽量使其形心主惯性矩相等或相近，这样压杆在各个方向就具有相近的稳定性，下面举例说明：

由两个槽型钢组成的截面，左边的截面形式若间距控制得不好，会使得YZII，若将其换成右边的形式则可使得YZII，更有利于维稳。

③减小相当长度和增强杆端约束（使L减小，μ减小）。

压杆的稳定性随杆长的增加而降低，因此应尽量降低杆的相当长度，例如在杆中间设置中间支承。另，将杆端约束增强，可减小长度因数值，亦可增强杆件稳定性。例如在支座处焊接或铆接支撑钢板；将固定铰支座增强为固定端；在不同受力方向采用相同约束等。

压杆的稳定性

压杆稳定是指当细长的.受压杆当压力达到一定值时，受压杆可能突然弯曲而破坏，即产生失稳现象。

早在文艺复兴时期，伟大的艺术家、科学家和工程师达芬奇对压杆做了一些开拓性的研究工作。荷兰物理学教授穆申布罗克于1729年通过对于木杆的受压实验，得出“压曲载荷与杆长的平方成反比的重要结论”。

压杆的稳定性：当细长杆件受压时，却表现出与强度失效全然不同的性质。例如一根细长的竹片受压时，开始轴线为直线，接着必然是被压弯，发生颇大的弯曲变形，最后折断。与此类似，工程结构中也有很多受压的细长杆。

存在问题

除压杆外，其他构件也存在稳定失效问题。例如在内压作用下的圆柱形薄壳，壁内应力为拉应力，这就是一个强度问题。蒸汽锅炉、圆柱形薄壁容器就是这种情况；但如圆柱形薄壳在均匀外压作用下，壁内应力变为压应力(图五)，则当外压到达临界值时，薄壳的圆形平衡就变为不稳定，会突然变成由虚线表示的长圆形。与此相似，板条或工字梁在最大抗弯刚度平面内弯曲时，会因载荷达到临界值而发生侧向弯曲(图六)。薄壳在轴向压力或扭矩作用下，会出现局部折皱。这些都是稳定性问题。

压杆稳定性的概念

细长直杆两端受轴向压力作用，其平衡也有稳定性的问题。设有一等截面直杆，受有轴向压力作用，杆件处于直线形状下的平衡。为判断平衡的稳定性，一横向干扰力，使杆件发生微小的弯曲变形（图10–2a），然后撤消此横向干扰力。当轴向压力较小时，撤消横向干扰力后杆件能够恢复到原来的直线平衡状态（图10–2b），则原有的平衡状态是稳定平衡状态；当轴向压力增大到一定值时，撤消横向干扰力后杆件不能再恢复到原来的直线平衡状态（图10–2c），则原有的平衡状态是不稳定平衡状态。压杆由稳定平衡过度到不稳定平衡时所受轴向压力的临界值称为临界压力，或简称临界力，用Fcr表示。

当F=Fcr时，压杆处于稳定平衡与不稳定平衡的临界状态，称为临界平衡状态，这种状态的特点是：不受横向干扰时，压杆可在直线位置保持平衡；若受微小横向干扰并将干扰撤消后，压杆又可在微弯位置维持平衡，因此临界平衡状态具有两重性。

压杆处于不稳定平衡状态时，称为丧失稳定性，简称为失稳。显然结构中的受压杆件绝不允许失稳。

物理力学是力学的一个新分支，它从物质的微观结构及其运动规律出发，运用近代物理学、物理化学和量子化学等学科的成就，通过分析研究和数值计算，阐明介质和材料的宏观性质，并对介质和材料的宏观现象及其运动规律作出微观解释。主要包括静力学、动力学、流体力学、分析力学、运动学、固体力学、材料力学、复合材料力学、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学、磁流体力学、空气动力学、理性力学、物理力学、天体力学、生物力学、计算力学 物理力学主要研究平衡现象，如气体、液体、固体的状态方程，各种热力学平衡性质和化学平衡的研究等。对于这类问题，物理力学主要借助统计力学的方法。 物理力学对非平衡现象的研究包括四个方面：一是趋向于平衡的过程，如各种化学反应和弛豫现象的研究；二是偏离平衡状态较小的、稳定的非平衡过程，如物质的扩散、热传导、粘性以及热辐射等的研究；三是远离于衡态的问题，如开放系统中所遇到的各种能量耗散过程的研究；四是平衡和非平衡状态下所发生的突变过程，如相变等。解决这些问题要借助于非平衡统计力学和不可逆过程热力学理论。 物理力学的研究工作，目前主要集中三个方面：高温气体性质，研究气体在高温下的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质、辐射性质以及与各种动力学过程有关的弛豫现象；稠密流体性质，主要研究高压气体和各种液体的热力学平衡性质(包括状态方程)、输运性质以及相变行为等；固体材料性质，利用微观理论研究材料的弹性、塑性、强度以及本构关系等。 物质的性质及其随状态参量变化规律的知识，无论对科学研究还是工程应用都极为重要，力学本身的发展就一直离不开物性和对物性的研究。 近代工程技术和尖端科学技术迅猛发展，特别需要深入研究各种宏观状态下物体内部原子、分子所处的微观状态和相互作用过程，从而认识宏观状态参量扩大后物体的宏观性质和变化规律。因此，物理力学的建立和发展，不但可直接为工程技术提供所需介质和材科的物性，也将为力学和其他学科的发展创造条件。

目的：观察和了解两端铰支细长中心受压杆件将要丧失稳定时的现象。用电测法测定两端铰支压杆的临界载荷F，并与理论计算结果进行比较。意义：是压杆稳定实验对于塑性材料，无法测出压缩强度极限，但可以测量出弹性模量、比例极限和屈服强度等。与拉伸试验相似，通过压缩试验可以作出压缩曲线。由于受压杆失稳后将丧失继续承受原设计荷载的能力，而失稳现象又常是突然发生的，所以，结构中受压杆件的失稳常造成严重的后果，甚至导致整个结构物的倒塌。工程上出现较大的工程事故中，有相当一部分是因为受压构件失稳所致，因此对受压杆的稳定问题绝不容忽视。