结构稳定a.ppt
由于实际结构刚度都很大，变形和杆件尺寸相比十分微小，因此作受力分析列平衡方程时都忽略变形影响。因此线弹性材料力-位移成正比，叠加原理适用。,2.简单结构稳定分析,1稳定问题分析基本方法一静力法通过考虑失稳状态下的平衡关系，利用两类稳定问题的特征，确定临界荷载的方法静力法。,在作稳定分析时，必须考虑变形的影响，这时叠加原理不再适用。,,,2-1-1分析步骤设定约束所允许的可能失稳状态建立平衡方程用分支点稳定的平衡两重性（可在两状态平衡）建立特征方程，也称稳定方程求特征方程的非零解，从而得到临界荷载。,,,2-1分支点稳定静力法,2-1-2）例一试用静力法分析图示结构，求临界荷载。,,,,,稳定方程,,,,,,,按静力法，线性与非线性理论所得分支点临界荷载完全相同，但线性理论分析过程简单。,非线性理论结果表明，达临界荷载后，要使AB杆继续偏转（角增大），必须施加更大的荷载（增加）。而线性理论结果表明，不管转角多大，荷载均保持为临界荷载值，也即随遇平衡，前者与实验吻合，后者实际是一种虚假的现象。,小结,例二完善体系如图所示，试按线性理论求临界荷载FPcr。已知k1k,k23k。,设体系发生如下的变形,,,取B’C’为隔离体，由MB’0,得,或,再由整体平衡MA0,得,因为y1、y2不能全部为零，因此,,,将k1、k2代入（3）式，展开后得,由上式可求得,因此,代回式（1）或（2）的失稳形态为,,,,,2-1-3）材料力学中不同支承中心受压杆的FPcr为,,,求解的例子,,,如何转换成弹性支承中心受压柱k1,2-1-4）简单结构中心受压杆FPcr的分析方法,边界条件是什么,根据形常数,,,,如何转换成弹性支承中心受压柱k1,边界条件是什么,如何转换成弹性支承中心受压柱k,边界条件是什么,,,如何转换成弹性支承中心受压柱k1k2,边界条件是什么,,,可见简单结构中受压杆件的稳定分析，主要是要将杆件简化为相应的弹性支撑的单杆问题。,实际工程结构的稳定性分析复杂得多，一般进行计算机分析。,,,稳定平衡状态,不稳定平衡状态,随遇平衡状态,能量取极小值,,,,,,,,,,,,,,,,,,2-2分支点稳定能量法,2-2-1刚性小球的稳定能量准则,能量取极大值,能量取驻值,,,与材料力学压杆稳定问题一样，在结构分支点失稳问题中，临界状态的能量特征为,首先引入两个定义。,定义应变能Vε加外力（外荷载）势能VP为体系的总势能，记作V。,2-2-2弹性结构的稳定能量准则,定义从变形位置退回无变形位置过程中，外荷载所做的功，称为外力势能，记作VP。,体系总势能V取驻值。,下面讨论由此特征确定临界荷载的方法能量法。,,,2-2-3能量法分析步骤,1设定一种满足位移约束条件的可能失稳变形状态（也称失稳构位形）；,2计算体系的应变能Vε、外力势能VP，从而获得总势能VVεVP；,3从总势能的驻值条件建立稳定性分析的特征方程；,4由特征方程解得临界荷载。,,,例1.求图示有初偏离角体系的的临界荷载,2-2-4能量法举例,可能失稳,,,,,分析受力,FN如何求,变形能V,外力势能VP,体系的总势能VVVP,,,如何计算,应变能等于外力功.,根据定义可得,由体系的总势能的驻值条件得,则,如果0,,,令,,,To41,令,得,因此,,,为求极值,1,设,,跳转,当按线性理论计算时，是微量，,线性理论计算结果比非线性理论计算结果大，因而是偏于危险的。,,,To38,,不同的初偏角将影响临界荷载，初偏离增大时减小，这表明制造或安装误差对稳定性都是不利的。,非线性理论计算结果存在极值点失稳，这一结果与实际吻合。,小结,在线性理论（微小）前提下，是单调增加的，不存在极值点。,非完善体系的临界荷载只能由非线性理论确定。,,设,例2.求图示一端固定一端自由简支梁的临界荷载。,,,满足位移约束条件,变形能V,外力势能VP,体系的总势能VVVP,,,由体系的总势能的驻值条件得,因为a0则,,返回,,,以图示柱为例，取隔离体列弯矩方程得,利用边界条件,解方程可得,,,,稳定方程,,返回,可得,试总结中心压杆稳定分析的要点,
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