4.Классификация сил, действующих на элемент конструкции.

Силы или нагрузки, действующие на сооружения и их элементы, называют внешними. Они представляют собой силы или пары сил (моменты), которые могут рассматриваться как сосредоточенные и распределенные силы.

Все реальные силы распределенные. Контакт двух упругих тел всегда осуществляется по некоторой площадке. Однако по принципу Сен-Венана действия большинства сил может быть заменено сосредоточенной нагрузкой, если площадка достаточно малая по сравнению с размерами тела.

Распределенные нагрузки можно подразделить на:

• Распределенные по длине или погонные нагрузки (вес балок, канатов)

• Поверхностные (давление ветра, воды)

• Объемные (сила тяжести тела, силы инерции).

Все нагрузки могут быть:

• Статическими, т.е. не меняющиеся во времени или меняющиеся столь медленно, что ускорением можно пренебречь

• Динамическими, т.к. изменяющиеся во времени с большой скоростью (ударные). Под действием этих нагрузок возникают колебания сооружений.

Динамические нагрузки в свою очередь подразделяются на периодические и случайные нагрузки. К случайным нагрузкам относятся нагрузки, действующие на детали автомобилей, тракторов, станков, а также нагрузки, действующие на сооружения (дома, мачты, краны и т. п.) от давления ветра, снега и т. п.

Более глубокое изучение таких нагрузок возможно лишь с помощью методов статистики и теории вероятности, которые применяются при изучении случайных велечин.

В машиностроении расчетные нагрузки определяются в зависимости от конкретных условий работы машины: по номинальным значениям мощности, угловой скорости отдельных ее деталей, силы тяжести, сил инерции и т. п. Например, при расчете деталей трехтонного автомобиля учитывают номинальный полезный груз, равный 3 тонны. Возможность же перегрузки автомобиля учитывают тем, что размеры сечения деталей назначают с некоторым запасом прочности.

Под действием внешних сил в деформируемых телах возникают внутренние силы. Такие силы являются непрерывно распределенными и в общем случае различны в разных точках тела.

Связь между внешними и внутренними нагрузками определяется уравнениями равновесия.

5.Внутренние силы.

В результате действия внешних нагрузок, между всеми смежными частицами тела возникают внутренние усилия.

Внутренние усилия могут быть выявлены методом сечений. Метод сечений заключается в следующем: тело или конструкция мысленно рассекаются на две части. Одна часть, неудобная для расчета, отбрасывается, а вторая рассматривается в равновесии под действием внешних нагрузок и внутренних усилий отброшенной части, равнодействующая которых представлена вектором R. (рис.1,2)

Рис.1

Вектор R неизвестен по трем параметрам: величине, точке приложения и направлению. Приведем R к центру тяжести сечения (рис. 2), получаем пару и силу.

Рис.2

Пару и силу раскладываем по осям координат и получаем шесть следующих внутренних усилий (рис.3):

N – продольная сила, приложена в центре тяжести сечения, действует нормально поперечному сечению, вызывает деформации растяжения или сжатия, измеряется в единицах измерения силы [H];

Q_x; Q_y – поперечные или перерезывающие силы, приложены в центре тяжести сечения, действуют в плоскости поперечного сечения по направлению

соответствующих осей, вызывают деформации сдвига, измеряются в единицах измерения силы [H];

M_x; M_y – изгибающие моменты, действуют относительно центральных осей поперечного сечения, вызывают деформации растяжения или сжатия, измеряются в единицах измерения моментов [H M];

M_z – (Т) – крутящий момент, действует относительно оси бруса, вызывает деформацию сдвига, измеряется в[H M];

Величину внутренних усилий определяем из условий равновесия отсеченной части, к примеру:

и

отсюда для внутренних усилий получаем:

Приведенные рассуждения относятся к пространственной задаче; в случае плоской задачи, количество возможных внутренних усилий уменьшается до трех: