Понятие расчетной схемы. Внешние и внутренние силы.

Понятие расчетной схемы. Внешние и внутренние силы.


Понятие расчетной схемы. Под расчетной схемой понимают упрощенное изображение (схематизация) объекта, где не учитывается ряд второстепенных факторов, оказывающих не существенное влияние на результат расчета. Например, расчетная схема вагонной оси может быть принята как шарнирно – опертая балка (рис. В.4). Рис. В.4 В сопротивлении материалов исследование вопроса о прочности реального элемента конструкции начинается с выбора расчетной схемы. На расчетной схеме (рис. В.4) вместо бруса изображается его ось, но учитываются фактические размеры его поперечных сечений и характер действующих на брус нагрузок. При составлении расчетной схемы важное место занимает установление расчетной нагрузки на конструкцию. При этом неизбежна схематизация нагрузок. Например, нагрузки, приложенные к небольшим площадкам поверхности бруса, заменяют сосредоточенными силами, приложенными в точках, и переносятся к оси бруса. Внешние и внутренние силы Внешними силами называются приложенные к телу силы, которые вызываются действием других тел. Внешние силы можно рассматривать как нагрузки, действующие на конструкцию или её части. Эти силы можно подразделить на два вида: а) поверхностные силы, т. е. приложенные к поверхности тела (нагрузка, лежащая на балке, опорные реакции, вес груза, подвешенного к тросу и т.д.). 9 б) объемные силы, т. е. приложенные ко всем внутренним точкам тела (вес тела, силы инерции и т. д.). Поверхностные силы (нагрузки) делятся на сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенными считаются силы, действующие на весьма малые площадки поверхности тела. Они измеряются в ньютонах (Н) при использовании международной системы единиц измерения (СИ). Распределенными нагрузками являются нагрузки, приложенные непрерывно на протяжении некоторой площади или длины. Величина распределенной нагрузки, приходящейся на единицу площади или длины тела, называется интенсивностью нагрузки и обозначается (q). В случае нагрузки, распределенной по поверхности (давление ветра на стену здания, давление жидкости на стенки резервуара), интенсивность измеряется в Н/м2, кН/м2 и т. д. При нагрузке, распределенной по длине (вес балки перекрытия, вес троса кабель- крана), интенсивность измеряется в Н/м, кН/м, МН/м. Объемные нагрузки измеряются в, Н/м3, кН/м3 и т. д. Нагрузки могут быть постоянными и временными. Постоянные действуют всегда и в течение достаточно длительного времени, например, собственный вес конструкции. Временные нагрузки действуют эпизодически, например, давление ветра, вес поезда. Различают нагрузки статические и динамические. Статические нагружают конструкцию постепенно, нарастая от нуля до конечного значения достаточно медленно. По достижению своего конечного значения они не меняются или меняются незначительно. Примером такой нагрузки может служить собственный вес конструкции, давление снега на кровлю, жидкости на стенки резервуара, центробежные силы при равномерном вращении ротора. Динамические нагрузки меняют свою величину в течение малого промежутка времени и сопровождаются появлением ускорений элементов конструкций. К динамическим относятся, например, ударные нагрузки. Встречаются также повторно-переменные нагрузки, которые многократно меняют свою величину или направление. Нагрузки, меняющиеся по определенному, повторяющемуся закону, называются циклическими. Существует особый класс нагрузок – сейсмические. Он связан с природными катаклизмами и другими явлениями. Внутренними силами называют силы, вызванные действием тела внешних сил. Внутренние силы действуют в теле и при отсутствии внешних нагрузок (силы взаимодействия между частицами тела). При действии на тело внешних сил возникают дополнительные внутренние силы, сопровождающие деформацию. Эти силы сопротивляются стремлению внешних сил изменить форму тела, отделить одну его часть от другой. В сопротивлении материалов изучаются только дополнительные внутренние силы, возникающие в результате деформации, вызванной внешними силами. Для определения внутренних сил, возникающих в стержне от действия внешних нагрузок, применяется метод сечений (метод РОЗУ).