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强度刚度稳定性的区别

发布时间:2023-09-25 22:39:00

结构失效的三种模式:强度、刚度、稳定。

强度刚度稳定性的区别

1.强度因为直观,最好理解。强度问题通常表现为构件受力拉断/压溃了,定量描述就是某点应力大于了材料强度。

2.刚度问题表现为构件受力后变形大,定量描述就是变形大于变形允许值。刚度与强度不同,构件没坏,只是变形大,实质上体现的更多是功能性要求。像铁路桥梁,对梁的挠度,梁端相对转角都有限制,变形超过限制梁不会坏,但像轨道之类的设施可能会坏,或者导致火车行进危险,所以才对刚度有要求。

3.稳定性的理解比较难,表现为构件结构因非预期的受力模式而产生过大的力或变形,定量描述是考虑几何刚度的结构总刚度矩阵奇异。

上面比较术语化,以最常见的压杆稳定为例,杆件受轴压力,理想性况是杆件保持直线直到压坏。

但实际由于杆件存在初始的缺陷/轴力有偶然偏心/构件受垂直方向扰动力等情况,这些因素可以统称为扰动,均可能导致杆件轻微受变弯“外拱”。

强度刚度稳定性的区别

在不考虑材料破坏时(第一类稳定),稳定问题是随遇平衡的问题。即随轴压力增大,会存在若干种平衡分支,有相应的失稳轴力。(数学上就是结构刚度矩阵对几何刚度矩阵的特征值问题)半正弦对应于一阶,正弦对应二阶等等,实际上一阶最小是唯一有实际意义的力,通常叫(一阶)临界荷载。达到这个荷载时,杆件可以在直线和外拱两种可能的位形转换,扰动提供了向外拱转换的“初始推动”,一但形成外拱的位形,轴力产生的附加弯矩与变形产生的抵抗力矩相等,相当于力不变位移发散,产生破坏。

第一类稳定是理想情况,实际构件的材料都有其承载力,考虑这种因素是第二类稳定问题。这种情况通常考虑轴压力会在扰动外拱的位形上产生额外弯矩(P-delta效应)。因而杆件实际是压弯构件,当荷载大到一定程度,杆件某点应力超过材料强度,杆件破坏。所以第二类稳定实质是强度问题。

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