Напряжение внутренних сил

Под растяжением (сжатием) понимают такой вид нагружения, при котором в поперечных сечениях стержня возникают только нормальные силы, а прочие силовые факторы равны нулю.

Между частицами твердого тела до приложении внешних нагрузок действуют внутренние силы, обеспечивающие неизменность его формы.

Под влиянием приложенных нагрузок силы взаимодеиствии получают приращения, между частицами тела нестолько изменяются расстояния и тело деформируется.

В сопротивлении материалов под внутренними силами будем nонuмаm приращение сил взаимодействия между частицами, возникающих при его нагружении.

В условном материале (сплошном и однородном) внутренние силы передаются сплошным потоком от одной части тела к другой через разделяющую эти части воображаемую поверхность. При этом в общем случае внутренние силы непрерывно и неравномерно распределены по этой повер­хности. На каждой малой площадке, принадлежащей упомянутой поверхности, поток внутренних сил характеризуется значением и направлением вектора интенсивности внутренних сил. Введем количественную меру интенсивности потока внутренних сил в деформируемом теле.

40. Виды многопролётных балок

Неразрезные балки. Неразрезные двух- или многопролетные балки позволяют использовать более экономичные поперечные сечения, чем однопролетные балки такого же пролета, потому что в большинстве случаев при подборе сечений прогиб не является определяющим. Кроме того, при расчете на опорные моменты, являющиеся почти всегда решающими, напряжения изгиба разрешается повышать на 10%. У неразрезных балок, перекрывающих более чем два одинаковых пролета, моменты, по которым определяются размеры сечений (опорные изгибающие моменты), меньше, чем пролетные моменты однопролетных балок.

Цепные балки. Особый вид неразрезных балок представляют собой цепные балки, применяющиеся, главным образом, как кровельные прогоны. Они представляют собой брусья, уложенные горизонтально на стропильные фермы и несущие кровлю. Выступающие концы балок стыкуются внахлест над средними опорами так, что изгибающему моменту на каждой опоре, который больше пролетного момента, противостоит двойное поперечное сечение балки, чтобы обеспечить необходимую несущую способность балки, концы нахлеста следует соединять соответствующими конструктивными связями.

Балки Гербера. Расположение шарниров в пролетах многопролетных балок может оказать такое воздействие на эпюру моментов, что изгибающие моменты на опоре и в пролете при равномерной нагрузке станут одинаковыми. Нулевые точки моментов соответствуют шарнирам. Число шарниров должно быть равно числу внутренних опор. Обычно пролеты с шарнирами чередуются с пролетами без шарниров.

41. Дать определение науке «Сопротивление материалов», определить основную задачу предмета и характеризовать основные понятия (прочность, жесткость, устойчивость)

Наука, рассматривающая вопросы расчета элементов конструкции на прочность, жесткость и устойчивость, называется сопротивлением материалов.

Основная задача сопротивления материалов – разработка расчетных методов, позволяющих подбирать рациональную форму и размеры поперечных сечений элементов конструкций на основе знаний свойств материала, из которого конструкция будет изготовлена. Кроме того, часто приходится решать и обратную задачу – проверять, удовлетворяют ли принятые размеры элементов конструкции заданным требованиям, т. е. проверять их на прочность, жесткость и устойчивость.

Под прочностью понимается способность элементов конструкции или деталей машин сопротивляться вншнему воздействию, не разрушаясь.

Расчеты на прочность позволяют определить форму и размеры деталей при заданных нагрузках с наименьшей затратой материала.

Под жесткостью понимается способность элементов конструкции или деталей машин противостоять образованию деформации. Расчеты на жесткость показывают, в каких пределах возможно изменение формы и размеров конструкции и ее элементов при внешнем воздействии.

Устойчивостью называется способность элемента конструкции сохранять определенную начальную форму упругого равновесия.

Расчеты на устойчивость предотвращают возможность искривления и внезапной потери устойчивости длинных и тонких деталей.

42. Характеризовать понятие «сила, нагрузка», назвать единицы измерения и классифицировать основные виды нагрузок

Все рабочие элементы конструкций и деталей машин воспринимают внешние нагрузки и передают их действие друг другу. Внешние силы делятся на объемные и поверхностные.

Объемные силы (отнесенные к единице объема) или массовые (отнесенные к единице массы) приложены в каждой точке объема и, следовательно, непрерывно распределены по объему тела. К ним относятся собственный вес, магнитные силы, силы инерции, центробежные силы и др.

Поверхностные силы – это силы контактного взаимодействия между элементами тела или между элементом и прилегающей средой (вода, воздух, пар и др.). Они могут быть:

- непрерывно распределенными по поверхности (давление газа в цилиндре двигателя, ветровые либо снежные нагрузки и др.). Интенсивность измеряется нагрузкой, приходящейся на единицу площади, Па;

- непрерывно распределенные по линии (собственный вес балки какого-либо перекрытия и др.). Их интенсивность измеряется нагрузкой, приходящейся на единицу длины, Н/м;

- сосредоточенные силы – те, которые передаются на элемент конструкции через бесконечно малые площадки (действие веса тепловоза на рельсы и др.). Их размерность, Н.

По времени действия сил бывают постоянные и временные нагрузки. Постоянные нагрузки действуют на протяжении всего времени работы конструкции или машины (собственный вес). Временные нагрузки действуют лишь некоторое время (вес автомобиля, проезжающего по мосту, весс нега, ветровая нагрузка и др.).

По характеру приложения сил во времени различают статические и динамические нагрузки. Статические нагрузки прикладываются к конструкции постепенно, ускорения элементов конструкций или деталей машин при этом отсутствуют, они не меняются или меняются незначительно. Такие нагрузки преобладают в гражданских и гтдротехнических сооружениях.

Динамические нагрузки вызывают ускорения в элементах конструкций или машин. Они подразделяются на:

- внезапно приложенные (воспламенение горючей смеси в двигателе, действие железнодорожного состава, проходящего через мост);

- ударные (действие силы удара молота на его фундамент, гидравлический удар в гидросистеме, забивка свай);

- повторно-переменные и циклические нагрузки, многократно действующие на элементы контсрукций или детали машин (нагрузка на шатун в двигателе внутреннего сгорания, повторные давления в цилиндре, нагрузка на зубья зубчатых колес).

К внешним силам, действующим на элементы конструкций или детали машин, кроме нагрузок – активных сил, относятся также реакции связей – реактивные силы.

При действии внешних сил на элемент конструкций или деталь машины в сечениях последних возникают противодействующие силы, получившие название внутренних сил.

43. Назвать основные виды строительных конструкций, привести примеры и упрощённые схемы

При всем разнообразии видов элементов конструкций их можно свести к сравнительно небольшому числу основных форм.

Стержень или брус – тело, у которого один размер (длина) значительно превышает два других (поперечных) размера (рис. 1).

В машиностроении встречаются стержни как прямолинейные (рис. 1, а), так и криволинейные (рис. 1, б), как постоянного (рис. 1, а), так и переменного (рис. 1, в) сечения.

Стержни, у которых толщина стенки значительно меньше габаритных размеров поперечного сечения, называют тонкостенными (рис. 1, г). В настоящее время они широко применяются в строительных конструкциях, судо- и особенно в авиастроении.

Рис. 1

Оболочка представляет собой тело, ограниченное криволинейными поверхностями, расположенными на близком расстоянии друг от друга.

Поверхность, которая делит толщину оболочки на равные части, называется срединной. По форме срединной поверхности различают оболочки цилиндрические (рис. 2, а), конические (рис. 2, б), сферические (рис. 2, в ) и др. К оболочкам относятся неплоские стенки тонкостенных резервуаров, котлов, купола зданий, обшивки фюзеляжа, крыла и других частей летательных аппаратов, корпуса подводных лодок и т. д.

Если срединная поверхность представляет собой плоскость, то расчетный объект называют пластинкой (рис. 2, г ). Встречаются пластинки круглые (рис. 2, д ), прямоугольные (рис. 2, г) и других очертаний. К пластинкам могут быть отнесены плоские днища и крышки резервуаров, перекрытия инженерных сооружений, диски турбомашин и т. п.

Рис. 2

Тела, у которых все три размера одного порядка, называют массивными телами. К ним относятся фундаменты сооружений, подпорные стенки и т. п.