则有
式中:λ是一个量纲为1的量,称为柔度或长细比。柔度集中反映了杆件杆长约束情况、截面形状和尺寸等对临界应力的综合影响。且由上式可知,柔度越大,临界应力越小,压杆越容易失稳。
欧拉公式的适用范围是只有当压杆中的应力不大于材料的比例极限σp,即
则只有当λ>λp时,欧拉公式才成立。
把λ>λp的杆称为大柔度杆或细长杆。λp取决于压杆材料的弹性模量E和比例极限σp。
欧拉公式只适用于大柔度杆。
若柔度较小的杆(λ≤λs),即长度短且截面尺寸大的杆,称为小柔度杆或粗短杆。由于柔度很小不致于失稳,所以它的破坏形式主要是强度不足,因此,临界应力为σcr=σs(塑性材料:屈服极限σs)或σcr=σb(脆性材料:强度极限σb)。
若柔度在λs≤λ≤λp的压杆,称为中柔度杆或中长杆。通常采用经验直线公式(雅辛斯基公式)计算。
式中:a和b是与材料性质有关的常数,参见下表。
常用材料的相关参数
材料
a/MPa
b/MPa
λp
λs
Q235钢
304
1.2或1.12
100
60
优质碳钢
461
2.57
100
60
铬锰钢
980
5.29
55
-
铸铁
332
1.45
80
-
硬铝
372
2.14
50
-
木材
28.7
0.19
110
-
由上式可知,当材料为塑性材料时,最大的应力为σs,所以可得