構造工学では、座屈と呼ばれる圧縮軸方向の荷重下での柱の安定性は重要な考慮事項です。典型的な例には、両端がピン接続され、一端に中心軸荷重 F が加えられ、もう一端に F' = -F の反力がかかる柱 PQ が含まれます。ここで、適用される荷重が臨界荷重を超えると、装置が不安定になり座屈が発生することを理解することが重要です。
臨界荷重を計算するには、柱 PQ を垂直梁として想定します。梁の弾性曲線上で、自由端 P から距離 x の位置にある点 O を考えます。荷重を加えると、点 O は元の垂直位置から距離 y だけたわみます。この時点で、点 O での曲げモーメントは、x に対するたわみ y の 二次導関数によって説明でき、応力下の梁の挙動を理解するための軸を象徴します。
ここで、f は次のように定義されます。
この方程式には、正弦項と余弦項を含む一般解があります。装置の境界値は、解の係数を与えます。
この解決策では、正弦項がゼロであることが必要であり、臨界荷重の式が得られます。この式はオイラーの公式として知られています。
オイラーの公式を微分方程式に再度代入すると、座屈後の柱の弾性曲線の式が得られます。
ここで、オイラーの公式は、荷重を受ける前は柱が完全に真っ直ぐで均質かつ等方性であり、軸荷重が垂直軸に沿って完全に適用されるという仮定に基づいて導出されていることに注意することが重要です。
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