提高压杆稳定性的措施
提高压杆稳定性的措施
王今艳
(承德旅游职业学院，河北 承德 067000)
摘 要: 提高压杆稳定性的中心问题，是提高杆件的临界力(临界应力)。可以从下列两方面考虑：一、适当降低压杆柔度二、合理选用材料。
关键字：压杆；临界力；临界应力；稳定性
中图分类号：TU311 文献标识码：A 文章编号：1811-8755(2004)0395
轴向受压杆的承载能力是依据强度条件σ=N/A≤ [σ]确定的，但在实际工程中发现许多细长的受压杆件的破坏是在满足了强度条件的情况下发生的。在工程史上曾发生过不少类似长杆的突然弯曲破坏导致整个结构的毁坏的事故。其中最有名的是1907年北美魁北克圣劳伦斯河上的大铁桥因桁架中一根受压后突然弯曲引起大桥的坍塌。
这种细长受压杆突然破坏，就其性质而言与强度问题完全不同，它是由于杆件丧失了保持直线形状的稳定性而造成的，这种破坏称丧失稳定。杆件招致丧失稳定破坏的压力要小的多。因此，对细长杆件必须进行稳定性的计算。
压杆直线形状平衡状态的稳定性与杆上受到的压力大小有关，当P
临界力,使杆件上压力不超过它,确保杆件不发生丧失稳定的破坏.
细长杆件保持直线形状的稳定性称为压杆稳定,而压杆的稳定是由欧拉公式来计算的,即压杆的临界力PCR= π2EI/(μl)2和杆件的临界应力 σcr=π2E/λ2 .而提高压杆的稳定性就是
提高压杆的临界力PCR或临界应力σcr,从压杆的临界应力公式可以看出,压杆的材料(E和σS)与柔度 λ是影响临界力大小的两个主要因素,下面分别讨论根据这些因素与达到提高压杆
稳定性的措施.
提高压杆稳定性的中心问题，是提高杆件的临界力（临界应力），可以从下列两方面考虑：
一、 适当降低压杆柔度
由于 σcr= π2E/λ2 中λ越小,临界应力越大,压杆的稳定性越好,而要降低柔度,可以
从以下四个方面加以考虑:
1、 选择合理的截面形状
柔度λ与惯性半径I成反比，因此，要提高压杆的稳定性，应尽量增大I。由于I= √i/A 所以在截面积一定的情况下，要尽量增大惯性矩I。例如，采用空心截面或组合截面尽量使截面材料远离中性轴。
当压杆在各个弯曲平面内的支撑情况相同时，为避免在最小刚度平面内先发生失稳，应尽量使各个方向的惯性矩相同。例如采用圆形、方形。
若压杆的两个弯曲平面支承情况不同，则采用两个方向惯性矩不同的截面，与相应的支承情况对应。例如采用矩形、工字形截面。在具体确定截面尺寸时，抗弯刚度大的方向的对应支承固结程度低的方向，抗弯刚度小的方向对应支承固结强的方向，尽可能使两个方向的柔度相等或接近，抗失稳的能力大体相同。
2、 改善支承条件
因压杆两端支承越牢固，长度系数 μ 就越小，则柔度也小，从而临界应力就越大。故采用 μ值小的支承形式可提高压杆的稳定性。
3、 减少杆的长度
压杆临界力的大小与杆长平方成反比，缩小杆件长度可以大大提高临界力，即提高抵抗失稳的能力。因此压杆应尽量避免细而长。在可能时，在压杆中间增加支承。也能起到有效作用。
4、 材料方面
在其它条件相同的情况下，选择高弹性模量的材料，可以提高压杆的稳定性。例如钢杆
的临界力大于铜、铁、木杆的临界力。但应注意，对细长杆，临界应力与材料的强度指标无关，各种钢材的E值又大致是相等的，所以采用高强度钢材是不能提高压杆的稳定性，反而造成浪费。对于中长杆，临界应力与材料强度有关，采用高强度钢材，提高了屈服极限 σN和比例极限 σP，在一定程度上可以提高临界应力。
二、 合理选用材料
对于大柔度杆，欧拉公式表明，PCR或σCR与材料的弹性模量E有关，在其它条件相同的情况下选用E值较大的材料即高弹性模量，可以提高压杆的临界力。但应注意，对细长的E值又大致是相等的，所以采用高强度钢材是不能提高压杆稳定性的，反而造成浪费。对于中长杆，临界应力与材料的强度有关，采用高强度钢材.提高了屈服极限σs和比例极限 σp，在一定程度上可以提高压杆的临界力。
(收稿日期：2004-11-18)