压杆是工程力学中承受轴向压缩载荷的杆件,其外力作用线与杆轴线重合,导致沿轴线方向产生缩短变形。通过截面法可计算压杆轴力,并基于平面假设推导横截面均匀分布的压应力公式σ=FN/A。胡克定律描述了压杆的轴向弹性变形规律Δl=FNl/EA,同时横向变形与泊松比相关。材料压缩性能差异显著,如低碳钢呈现塑性流动而铸铁发生脆性断裂。强度计算采用安全系数法确定许用应力,应用于工程中的强度校核、截面设计与许可载荷计算。
定义与受力特征
压杆是指主要承受轴向压缩载荷的杆状构件,其外力合力的作用线与杆轴线完全重合,导致杆件沿轴线方向发生缩短变形。典型应用包括机械结构中的支撑柱、桁架斜杆等,如内燃机连杆在爆发冲程时承受周期性压缩载荷。
内力分析方法
采用截面法进行内力分析:
应力计算理论
基于平面假设(变形后横截面保持平面),压杆横截面上正应力呈均匀分布:
变形与材料性能
轴向变形量由胡克定律确定:Δl=FNl/(EA)式中E为弹性模量,l为杆长。横向应变ε'与轴向应变ε满足:ε'=-vεv为泊松比,典型值0.25-0.33。
材料压缩特性对比:
强度计算体系
采用安全系数法建立强度条件:σ_max ≤ [σ] = σ_lim/n其中σ_lim取材料的屈服极限(塑性材料)或强度极限(脆性材料),n为安全系数。工程应用包含三类计算:
典型工程应用
压杆理论广泛应用于: