• 尤拉臨界負載

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    尤拉臨界負載

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    尤拉臨界載荷是細長柱突然彎曲或彎曲的壓縮載荷。

    在哪里

    • P c r {\displaystyle P_{cr}} , 尤拉臨界載荷(柱上的縱向壓縮載荷),
    • E {\displaystyle E} ,柱材料楊氏模量
    • I {\displaystyle I} ,柱橫截面的最小面積慣性矩(面積二階矩),
    • L {\displaystyle L} ,不支持的列長度,
    • K {\displaystyle K} , 列有效長度因子

    這個公式是由瑞士數學家萊昂哈德歐拉于1757年推導出來的。 對于小于臨界載荷的載荷,柱子將保持筆直。 臨界載荷是不會引起橫向變形(屈曲)的xxx載荷。 對于大于臨界載荷的載荷,柱將橫向偏斜。 臨界載荷使柱處于不穩定的平衡狀態。 超過臨界載荷的載荷會導致柱因屈曲而失效。 當載荷增加到超過臨界載荷時,橫向變形會增加,直到它可能以其他模式失效,例如材料屈服。 本文未討論超過臨界載荷的色譜柱載荷。

    1900 年左右,J. B. Johnson 表明,在長細比較低的情況下,應使用替代公式。

    模型假設

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    推導歐拉公式時作了如下假設:

    • 色譜柱的材料均質且各向同性。
    • 柱上的壓縮載荷僅為軸向。
    • 色譜柱沒有初始應力
    • 忽略列的重量。
    • 柱子最初是直的(軸向載荷沒有偏心)。
    • 銷接頭無摩擦(無力矩約束),固定端剛性好(無旋轉偏轉)。
    • 柱的橫截面在其整個長度上是均勻的。
    • 與彎曲應力相比,直接應力非常小(材料僅在彈性應變范圍內被壓縮)。
    • 與柱的橫截面尺寸相比,柱的長度非常大。
    • 該柱僅因屈曲而失效。

    對于細長柱,臨界屈曲應力通常低于屈服應力。 相比之下,粗壯的柱子可能具有高于屈服的臨界屈曲應力,即它在屈曲之前屈服。

    數學推導

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    固定結束列

    以下模型適用于兩端簡單支撐的列 ( K = 1 {\displaystyle K=1} )。

    首先,我們要注意鉸接端沒有反作用力,因此柱的任何橫截面也沒有剪力。 沒有反應的原因可以從對稱性(所以反應應該是同向的)和力矩平衡(所以反應應該是相反的方向)得到。

    使用圖 3 右側的自由體圖,對 x 點的力矩求和: Σ M = 0 ? M ( x ) + P w = 0 {\displaystyle \Sigma M=0\Rightarrow M(x)+Pw=0} 其中 w 是橫向偏轉。

    壓縮載荷

    我們得到一個經典的齊次二階常微分方程。

    • 左端固定:w ( 0 ) = 0 → A = 0 {\displaystyle w(0)=0\rightarrow A=0}
    • 右端固定:w ( ? ) = 0 → B sin ? ( λ ? ) = 0 {\displaystyle w(\ell )=0\rightarrow B\sin(\lambda \ell ) =0}

    如果 B = 0 {\displaystyle B=0} ,則沒有彎矩 e。

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