Теоретическое обоснование

Некоторые элементы конструкции, называемые стержнями, длина кото­рых гораздо больше их поперечных размеров, под действием сжимающих сил испытывают деформацию продольного изгиба.

Продольным изгибомназывается деформация стержня большой длины от сжимающей нагрузки в результате потери жесткости или потери упругости.

Нагрузка, при которой стержень теряет устойчивость, называется крити­ческой силой.Она определяется по формуле Эйлера:


где Е — модуль упругости первого рода (модуль Юнга);

Jmin — минимальный осевой момент инерции сечения;

μ — коэффициент приведения длины, который характеризует за­висимость

критической силы от способа закрепления концов стержня (рис. 1.14);

l — длина стержня.

 

Рисунок 6.1

 

Минимальный осевой момент инерции сечения Imin определяется по фор­мулам:

- для круга

JX =JY =πd4 /64≈0.05d4, мм4

- для кольца

JX =JY = 0,05 d4 н (1-α4),

где α = dвн /dн;

- для прямоугольника

JX =bh3 /12, JY =hb3 /12.

- для стандартных профилей сортового проката Imin определяет по соответствующим таблицам сортамента

Для того чтобы стержень сохранял устойчивую форму равновесия, вели­чина сжимающей силы должна быть меньше критической: Fсж < Fкр.

Величина, которая показывает, во сколько раз сжимающая сила должна быть меньше критической силы, называется рабочим коэффициентом устой­чивости:

sy = Fкр / Fсж.

Условие устойчивости сжатых стержней:рабочий коэффициент устойчи­вости должен быть больше или равен допускаемому коэффициенту устойчи­вости, т.е.

 

Допускаемый коэффициент устойчивости [nу] задает конструктор, учитывая при этом материал и способы закрепления концов стрежня, режим его работы и характер нагрузок.

Под действием критической силы в поперечных сечениях стержня возникает критическое напряжение, которое определяется по формуле

 

где i = - радиус инерции сечения;

λ = - геометрическая гибкость стержня.

Вторая форма условия устойчивости:критическое напряжение должно быть меньше или равно пределу пропорциональности, т.е.

 

где σпц — предел пропорциональности, который характеризует упругие свойства

материала, подчиняющиеся закону Гука.

Формула Эйлера справедлива только для стержней большой гибкости, т.е. для стержней, у которых геометрическая гибкость больше или равна пре­дельной гибкости:

 

где λпр — предельная гибкость, величина которой определена опытным путем для

различных материалов (для стали λпр = 100; для чугу­на λпр =80).