Типы выхода из работы конструкций, такие как потеря устойчивости при изгибе, продольном изгибе с кручением, местная потеря устойчивости, потеря устойчивости при сдвиге и устойчивость оболочки, отличаются по первопричинам, поведению и конструктивным элементам, на которые они влияют. Глубокое понимание и определение этих проблем устойчивости имеют решающее значение для проведения точного расчёта и проектирования надёжных конструкций. Наша статья поможет вам в этом, предлагая подробное объяснение каждого типа отказа, включая его характеристики, основные причины и ключевые особенности. Наконец, будет включена сравнительная таблица для обобщения различий между типами отказов, что облегчит их идентификацию и различение.
Не забывайте в этой статье, что все эти формы выхода из работы можно рассчитать с помощью аддона Устойчивость конструкции Dlubal. Используя этот инструмент, вы получаете уникальную возможность решить проблемы, связанные с этими типами отказов, с помощью расширенного расчёта по методу конечных элементов (МКЭ). Каждый обсуждаемый тип выхода из работы будет сопровождаться примером, позволяющим более подробно ознакомиться с данной темой. Кроме того, Dlubal предоставляет множество полезных ресурсов, таких как статьи из базы знаний, часто задаваемые вопросы, вебинары и многое другое.
потеря устойчивости при изгибе
Потеря устойчивости при изгибе - это форма общей нестабильности, которая возникает в элементе конструкции, подверженном осевому сжатию, и приводит к изгибу или «изгибу» стержня из-за сжимающей силы. Это явление возникает при превышении критической нагрузки, при превышении которой стержень теряет устойчивость при сжатии. Потеря устойчивости чаще всего встречается у тонких колонн или стержней с высоким отношением длины к радиусу инерции. Обычно такие свойства определяются формулой Эйлера для упругих материалов, но может включать в себя как упругую, так и неупругую потерю устойчивости, в зависимости от свойств материала и геометрии стержня.
потеря устойчивости
Потеря устойчивости плоской формы изгиба - это нестабильность, возникающая в балках, подверженных изгибу, которая приводит как к боковому смещению, так и к кручению. Основной причиной этого явления является сжатие в верхней полке в сочетании с недостаточной боковой опорой. Чаще всего это встречается у изгибаемых стержней, таких как балки и фермы, где значительную роль играет напряжение, вызванное моментом. Возникновение потери устойчивости плоской формы изгиба зависит от таких факторов, как свободная длина, форма сечения и градиент момента. Как правило, для расчета потери устойчивости плоской формы изгиба, используется упругий критический момент.
Местная потеря устойчивости
Местная потеря устойчивости связана с выходом из работы отдельных элементов пластины (например, полки, стенки) в сечении, не вызывая общей нестабильности всего стержня. Основной причиной местной потери устойчивости является локализованное сжимающее напряжение, которое превышает критическое напряжение потери устойчивости пластинчатого элемента. Этот тип потери устойчивости преобладает в тонкостенных сечениях, таких как двутавры, балки коробчатого сечения и холодногнутые стальные стержни. Это важно учитывать, потому что это влияет на прочность и жесткость стержней, что приводит к потенциальному снижению несущей способности.
Потеря устойчивости плиты
Потеря устойчивости при сдвиге - это тип нестабильности конструкции, который возникает в стержне, подверженном действию поперечных сил, что приводит к деформации материала или его боковому выпучиванию. Потеря устойчивости при сдвиге происходит, когда приложенная поперечная сила превышает критический предел, что вызывает боковую деформацию или деформацию вне плоскости. Это особенно вероятно, когда стержень тонкий и не имеет соответствующей боковой опоры, чтобы противостоять поперечной силе. Потому в таких элементах, как пластины, стенки двутавровых балок или другие тонкие конструкции, подверженные касательным напряжениям, часто возникает потеря устойчивости при сдвиге. Критическим параметром, определяющим потерю устойчивости при сдвиге, является напряжение потери устойчивости при сдвиге, на которое влияют такие факторы, как толщина элемента, соотношение сторон, граничные условия и свойства материала.
Потеря устойчивости оболочек
Потеря устойчивости оболочки - это потеря устойчивости тонких криволинейных конструкций (оболочек), таких как цилиндрические, сферические или конические формы (например, резервуары, силосы, трубопроводы), под действием сжимающих или боковых нагрузок. Это происходит, когда эти нагрузки вызывают деформацию оболочки, уменьшая ее способность нести дальнейшую нагрузку, что может привести к значительным деформациям или даже к разрушению. Основной причиной потери устойчивости оболочки является неравномерное распределение напряжений, которое обычно возникает в результате действия нормальных сил, касательных напряжений или внешнего давления.
Сравнительная таблица
Теперь, когда было задано для каждого типа отказа и его характеристик, основные различия между ними представлены в таблице 1. В данной таблице представлен краткий обзор каждого режима работы, с указанием основного затронутого элемента конструкции, основных условий нагружения, которые приводят к выходу из работы, а также результирующей деформации и критического коэффициента, определяющего данную программу.
| выравнивание=centerbgcolor=lightgray | выровнять=центр | выровнять=центр | ||
|---|---|---|---|---|
| Тип сбоя | Главный элемент конструкции | основная нагрузка | форма деформации | критический коэффициент |
| потеря устойчивости | Балки | Изгибающие моменты | Боковое перемещение + кручение | Свободная длина |
| Потеря устойчивости плиты | Плиты | Поперечные силы | Диагональная потеря устойчивости/сморщивание | Толщина плиты |
| Местная потеря устойчивости | Элементы плиты (например, полки) | Местные сжимающие напряжения | Деформация из плоскости | Гибкость плиты |
| Устойчивость оболочки | Криволинейные конструкции/оболочки | Осевые, давление или сдвиг | Сложные формы потери устойчивости | Несовершенства, кривизна |
Заключительные слова
При расчете конструкций может возникнуть несколько распространенных проблем устойчивости, особенно если они не учитываются должным образом. В нашей статье представлен обзор пяти таких проблем: потеря устойчивости плоской формы изгиба, местная потеря устойчивости, потеря устойчивости при сдвиге и устойчивость оболочки. Предоставленная информация направлена на то, чтобы помочь вам понять их первопричины, поведение и элементы конструкции, на которые они влияют. Эти знания позволят вам выявлять и различать проблемы устойчивости, давая вам прочную основу для их учета в ваших расчётах и проектирования устойчивых и надёжных конструкций.