Внешние силы

Если конструкция рассматривается изолированно от окружающих тел, то действие последних на конструкцию заменяется силами, которые называются внешними.

Различают:

Сосредоточенные силы – передаются на конструкцию через небольшую площадку, т.е. можно практически условно считать, что они приложены в точке (рис. 1.2). К числу таких сил можно отнести давление колеса на рельс и т.д. Из приведенного примера видно, что понятие сосредоточенной силы является условным. Одна и та же нагрузка в зависимости от поставленной задачи может быть схематизирована по-разному.

Рис. 1.2

Распределенная нагрузка – передается на сооружение через определенную площадь и измеряется в единицах силы, отнесенной к единице площади (кн/м², кн/см², н/мм²). К числу таких нагрузок относится давление сыпучих материалов и жидкости на стенки резервуаров (рис. 1.3, а), давление воды на пластину (рис. 1.3, б) и т.п.

Рис. 1.3

Для стержневых систем распределенную по площади нагрузку (рис. 1.4, а) – обычно заменяют погонной (рис. 1.4, б).

Рис. 1.4

где — погонная нагрузка, — нагрузка, распределенная по площади, — ширина балки.

По времени действия – нагрузки подразделяются:

а) статические – нагрузки, приложенные к сооружению довольно медленно, когда ускорениями масс сооружений, а, следовательно, и силами инерции можно пренебречь.

б) динамические – нагрузки изменяемые во времени: удар копра, несбалансированный двигатель. Эти нагрузки дают динамический эффект, когда ускорениями движения масс пренебречь нельзя, а, следовательно, должны учесть силу инерции.

Основные понятия и гипотезы (допущения)

Под действием внешних нагрузок отдельные частицы тела перемещаются относительно друг друга. Как следствие тело изменяет свои размеры и форму. Эти изменения и называется деформацией.

Если силы, вызвавшие деформацию уменьшать и затем полностью снять, то тело будет стремиться приобрести первоначальную форму. Деформации полностью или частично исчезнут. Свойство тел деформироваться под нагрузкой и затем после устранения сил восстанавливать свое первоначальное состояние называют упругостью. Часть деформации, которая исчезает после снятия нагрузок, называют упругой, а ту часть, которая остается, называют остаточной деформацией. Появление остаточной деформации связано с так называемой пластичностью.

У некоторых материалов упругие свойства одинаковы во всех направлениях. Такие тела называют изотропными. Наряду с этим встречаются анизотропные тела, у которых свойства в различных направлениях разные.

Сопротивление материалов рассматривает идеализированное тело (абстрактное) и наделяет определенными свойствами. Гипотеза о сплошном и однородном строении материала.

Под сплошным понимаем материал, который не имеет никаких пустот, что позволяет применять анализ бесконечно малых величин.

Под однородностью понимается то, что механические свойства тела в окрестностях точки не зависят от размеров рассматриваемого элемента.