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26.2 : 销端柱的欧拉公式

在结构工程中,柱在轴向压缩载荷下的稳定性是一个关键的考虑因素,并将其称为屈曲。一个典型的例子是柱 PQ,它的两端都是用销钉来进行连接,其中的一端能够承受中心轴向荷载F,另一端则承受反作用力 F' = -F。在这里,我们必须要明白,当施加的荷载超过临界荷载时,系统就会变得不稳定,从而发生屈曲。

要计算临界载荷,则需要将 PQ 视为垂直梁。思考位于梁的弹性曲线上的 O 点,该点与自由端 P 之间的距离为 x。在施加载荷后,点 O 会从其原始的垂直位置偏转距离 y。此时,O 点的弯矩可以用其挠度 y 相对于 x 的二阶导数来进行表示,同时这象征着可以理解梁在应力下其行为的支点。

Equation 1

其中,f 的定义为,

Equation 2

该方程的解通常包含正弦项和余弦项。系统的边界值给出了解的系数。

Equation 3

使正弦项为零,从而能够得出临界载荷的表达式。该表达式被称为欧拉公式。

Equation 4

将欧拉公式代入到微分方程中,即可得出在发生屈曲后柱的弹性曲线表达式。

这里需要注意的是,欧拉公式是根据这样的假设得出的:在加载之前,柱是完全笔直的、均匀的、各向同性的,并且施加轴向荷载的方向会完全沿着垂直轴的方向。

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Euler s FormulaStructural EngineeringPin ended ColumnsBucklingCompressive Axial LoadsCritical LoadElastic CurveBending MomentDeflectionDifferential EquationHomogeneous MaterialIsotropic MaterialAxial Load Stability

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