10.3.2. Сжатие

   Механизмы разрушения (потери несущей способности) сжатых элементов существенно отличаются от механизмов разрушения растянутых элементов. При сжатии межатомные расстояния под нагрузкой уменьшаются, межатомные силы отталкивания растут, и конструкция стремится освободиться от запасенной энергии, переведя ее в работу "выскальзывания" атомов из-под нагрузки куда-либо в боковом направлении. В результате разрушение различных конструктивных элементов происходит по-разному, что определяется материалом конструкции и, главное, формой и пропорциями конструктивных элементов.
   Короткие и "толстые" стержни (рис. 10.9) из пластичного материала при сжатии принимают бочкообразную форму ("сплющиваются"). Стержни из более упругого (хрупкого) материала (рис. 10.10) разрушаются с образованием трещины поперек стержня, и обе его части "проскальзывают" друг относительно друга.

Рис. 10.9. Упрощенная модель деформации при сжатии образца пластичного материала	Рис. 10.10. упрощенная модель деформации при сжатии образца хрупкого материала

   Совершенно  иначе теряют несущую способность при нагружении сжатием вдоль оси длинные и тонкие элементы конструкции, широко распространенные в самолетостроении.
   При сжатии упругое тело (длинный стержень, тонкая пластина, панель и т. п.) сохраняет начальную (неизогнутую) форму равновесия до некоторого значения сжимающей силы Р_кр, называемой критической (или эйлеровой, так как Л. Эйлер был первым, кто предложил способ вычисления этой силы).

Рис. 10.11. Oбщая потеря устойчивости стержнем	Рис. 10.12. Mестная потеря устойчивости тонкими стенками

   При небольшом превышении критической силы (и, соответственно, критических напряжений σ_кр) возникают значительные деформации стержня (см. рис. 10.11), который не разрушается, а только упруго изгибается и переходит к другой (изогнутой) форме упругого равновесия.
   Если при этом не был достигнут "предел упругости", т. е. напряжения в стержне меньше напряжений предела пропорциональности, то при снятии нагрузки стержень возвращается в исходное состояние.
   Л. Эйлер показал, что нагрузка, при которой стержень данной длины и площади поперечного сечения теряет устойчивость, не зависит от предела прочности материала, а зависит только от формы поперечного сечения, модуля упругости (жесткости) материала и условий закрепления концов стержня при нагружении.
   При дальнейшем увеличении нагрузки изогнутый стержень разрушается. Такой вид потери несущей способности называется общей потерей устойчивости.
   При отсутствии общей потери устойчивости (ось тонкостенного элемента конструкции прямолинейна, не деформирована) нагруженная сжатием конструкция может выйти из строя из-за местных деформаций отдельных участков. Такой вид (рис. 10.12) потери несущей способности называется местной потерей устойчивости.
   Эффективный способ повышения несущей способности тонкостенных конструкций при сжатии - придание им формы, увеличивающей критические напряжения общей потери устойчивости. Криволинейный и гофрированный листы (рис. 10.13) за счет изгибной жесткости (жесткости из плоскости листа, поперечной жесткости) обладают при сжатии большей несущей способностью, чем плоский лист, при одинаковой площади поперечного сечения. Профиль замкнутого сечения или профиль с местным утолщением - бульбом (от лат. bulbus - луковица) - эффективнее при сжатии, чем уголок.

Рис. 10.13. различные формы стержней, работающих на сжатие	Рис. 10.14. Продольное подкрепление тонких стенок

   Увеличение несущей способности плоских или слабоизогнутых стенок обеспечивается подкреплением их в продольном (вдоль действия сжимающих сил) и в поперечном направлении ребрами жесткости (рис. 10.14). Такое подкрепление стенки обеспечивает ей высокие критические напряжения как общей, так и местной потери устойчивости.