5.1 受压杆件平衡状态的稳定性（课件）-《土木工程力学基础》同步精品课堂（高教版-第3版）

5.1 受压杆件平衡状态的稳定性 土木工程力学基础 同步精品课堂（中职专业课） 1 知识目标 掌握失稳的概念；掌握受压杆件平衡状态的三种情况。 能力目标 使学生能够独立辨别压杆的平衡状态。 情感目标 培养学生科学严谨的学习精神，提升学生的学习兴趣、自信心和合作意识。 三维目标 构施工图，掌握图 知识点复习与回顾 ？ 1.挠度和转角的概念； 2.最大挠度影响因素； 3.提高梁抗弯强度的措施。 你了解什么是建筑结构？生活中你见过哪些常见的结构？ 问题引入——学会观察和总结 情境引入 1）、以小组为单位回答问题。 2）、每组派出代表回答老师提问 3）、学生分组相互评价 4）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 用大小不同的打印纸卷成长短不同但粗细、厚薄相同的两个纸筒，然后用手掌用力在上端分别压这两个纸简。实验结果如何？哪个容易被“压坏”？说明什么问题？ 探索新知 一、失稳的概念 由实验结果可以看出，当两个纸筒受到相同的压力时，长纸筒容易向一方弯折而发生“破坏”。其破坏并非因强度不足，而是突然发生变形的改变，原来轴向压缩的变形变为弯曲变形了。 承受轴向拉伸、弯曲变形的杆件绝大多数情况下将发生强度破坏或刚度破坏；承受压缩变形的杆件，除强度和刚度破坏外，还可能失去稳定性。什么是受压杆件的稳定性？怎样才能保证受压杆件安全可靠地工作，这是工程中必须面对的问题。 在一定轴向压力作用下，细长直杆突然丧失其原有直线平衡状态的现象称为压杆丧失稳定性，简称失稳。 只有受压杆件才可能发生失稳破坏。 压杆：受轴向压力作用且轴线为直线的杆件。 探索新知 学习新知 二、受压杆件平衡状态的三种情况 为了说明得更形象些，先观察小球平衡的三种状态。 学习新知 如图5-2所示，小球在三种不同界面下处于各自平衡位置。由于外部总存在时有时无的、微小的干扰力，小球处于三种不同情况会产生怎样的结果呢？ 学习新知 图5-2a的界面上，小球处于稳定的平衡位置A，在任何干扰力作用下小球都会恢复原位置A，因此图5-2a为稳定平衡状态。 图5-2b的界面上，小球在平衡位置B遇任何干扰力，都会远离平衡位置B而永远不可能恢复，这种状况是不稳定平衡的状态。 学习新知 再观察图 5-2c 界面这上平衡在C位置的小球，因干扰力的存在就不一定会恢复到原平衡位置 C，而是处于随遇平衡状态。图 5-2c 所示的状态介于图5-2a 与图5-2b之间，称为临界平衡状态；但它是不稳定平衡状态的开始，因此仍属于不稳定平衡状态的范畴。 学习新知 压杆的平衡状态也可以分为三种。图5-3a中一根直线形状的压杆，当压力F不太大时（小于某种界限值Fcr时），用一个微小的横向力干扰它，压杆就微微弯曲。当横向力撤去后，压杆总能恢复到原来的直线平衡位置，此时压杆直线形状的平衡是稳定的平衡状态。 在图5-3b中，当压力F增大到某一界限值Fcr时，微小的横向干扰力撤去后，杆件维持干扰后的微弯曲状态不变，不再回到原来的直线位置，而在微弯状态下维持新的平衡。此时压杆直线形状的平衡是临界平衡状态，这个轴向压力的界限值Fcr，称为临界力。 学习新知 当压力F超过临界力Fcr时，如图5-3c所示，干扰力作用下的微弯曲会继续增大甚至使压杆弯断。此时压杆直线形状的平衡是不稳定平衡状态。图5-3b所示的状态介于图5-3a与图5-3c之间，属于临界平衡状态，它本身也归属于不稳定平衡状态。 学习新知 压杆的稳定性与轴向压力的大小有关：当轴向压力小于临界力Fcr时，压杆是稳定的；当轴向压力等于或大于临界力Fcr时，压杆是不稳定的。因此，压杆稳定的关键是确定各种压杆的临界力，要控制压杆承受的轴向压力小于临界力，保证受压杆件的稳定性。 学生再练习 以小组为单位回答问题： 压力的大小和临界值间存在什么样的关系，压力逐渐增大时，压杆的状态是如何变化的？ 课堂小结 一、失稳的概念 在一定轴向压力作用下，细长直杆突然丧失其原有直线平衡状态的现象称为压杆丧失稳定性，简称失稳。 二、稳定的平衡状态 当压力F不太大时（小于某种界限值Fcr时），用一个微小的横向力干扰它，压杆就微微弯曲。当横向力撤去后，压杆总能恢复到原来的直线平衡位置，此时压杆直线形状的平衡是稳定的平衡状态。 课堂小结 三、临界平衡状态 当压力F增大到某一界限值Fcr时，微小的横向干扰力撤去后，杆件维持干扰后的微弯曲状态不变，不再回到原来的直线位置，而在微弯状态下维持新的平衡。此时压杆直线形状的平衡是临界平衡状态。 四、不稳定平衡状态 当压力F超过临界力Fcr时，干扰力作用下的微弯曲会继续增大甚至使压杆弯断。此时压杆直线形状的平衡是不稳定平衡状态。 作业布置 建筑结构的概念和分类 地基与基础的概念 1.失稳的概念？ 2.如何区别压杆的稳定平衡和不稳定平衡？ 3.什么