6 . Классификация внешних сил

Нагрузки, действующие на элементы конструкции, представляют собой силы или пары сил (моменты), которые можно рассматривать как:

а) сосредоточенные силы, т.е силы, действующие в одной точке (обозначим их F или P) (Рис. 2а). Принимая во внимание теорию относительности, можно отметить, что в природе таких сил не существует. Единица измерения силы – ньютон (Н), а её производные – килоньютон – кН (1кН = 1 • 10³ Н) и меганьютон – МН (1МН = 1 • 10⁶ Н = 1 • 10³ кН).

б) распределенные силы, т.е. силы, действующие по определённой длине (линейно распределённая нагрузка, Рис. 2б), площади (поверхностно распределённая нагрузка, например, давление ветра на стекло), объёму (объёмно распределённая нагрузка, например, сила тяжести тела, сила инерции, давление газа). Распределённые силы характеризуются интенсивностью, обозначаемой q и измеряемой для линейно распределённой нагрузки в Н/м и кН/м, для поверхностно распределённой нагрузки в Н/м² и кН/м², для объёмно распределённой в Н/м³ и кН/м³, и соответственно длиной – l, площадью (S), объёмом (V).

q

F

R = q l

l

а. б.

Рис.2. Внешние силы

Очень часто для удобства расчёта распределённую силу заменяют равнодействующей R = q • l (R = q • S ; R = q • V).

в) статические нагрузки – возрастающие от 0 до max значения медленно и остающиеся постоянными или меняющиеся во времени очень мало (центробежные силы ротора).

г) динамические нагрузки – действуют в малый промежуток времени и сообщающие телу ускорение (ударная нагрузка – например, удар по мячу, удар молотка по шляпке гвоздя и т.д.).

7. Деформации и перемещения

Под деформацией понимают свойство тела изменять свою форму и размеры под действием внешних сил (F). Кроме деформации в теле возникают силы, которые сопротивляются деформации и стремятся вернуть частицы тела в первоначальное положение. Это внутренние силы или силы упругости (F_у , Рис. 3).

F

F

F

Рис. 3. Внешние и внутренние силы

Свойство тел устранять вызванную внешними силами деформацию называется упругостью. Мерой упругости является напряжение. Различают абсолютно упругое тело – тело, которое полностью восстанавливает первоначальную форму после снятия нагрузки (т.е. в теле возникает упругая деформация, например, резиновый мяч, воздушный шар). Совершенно неупругое тело – тело, полностью сохраняющее вызванную в нем деформацию после снятия внешней нагрузки (деформация остаточная или пластическая, пластилин пластилин, парафин).

Под действием внешних сил тела испытывают линейную деформацию, которая проявляется в изменении линейных размеров тела (удлинение, укорочение -  l) или угловую, вызывающую изменение угловых размеров (φ, γ). Зная деформации тела во всех его точках и условия закрепления, можно определить перемещения всех точек тела после деформации. Для нормальной эксплуатации элементов конструкции деформации должны быть упругими, а вызванные ими перемещения не должны превосходить допустимых значений. Эти условия, выраженные в форме уравнений называются условиями жесткости:

 l_max   l ; φ_max  φ ; γ_max  γ

Типы деформаций

1. Растяжение или сжатие (работа цепей, канатов, стержней, колонн)

2. Срез, смятие (болты, заклепки)

3. Кручение (работа валов)

4. Изгиб (работа балок)

5. Сложные виды деформаций (совместное действие изгиба и кручения - работа вала).