Схематизация внешних нагрузок
В сопротивлении материалов при моделировании нагруже-ния внешние нагрузки считаются известными или заданными. Сам процесс определения нагрузок весьма непрост. Нагрузки определяют либо экспериментально, либо рассчитывают. Определение и нормирование расчетных нагрузок в машиностроении, судостроении и строительстве различны. По характеру действия нагрузки условно разделяют на статические и динамические. Статические нагрузки прикладываются к исследуемому объекту медленно настолько, что вызванными ими ускорениями частиц можно пренебречь. Динамические нагрузки прикладываются настолько быстро, что частицы тела исследуемой конструкции получают ускорения, которыми при прочностном расчете пренебречь нельзя. Анализируемая конструкция при этом начинает двигаться (например, колебаться). К разновидностям динамических нагрузок в сопротивлении материалов относят ударные, повторно-пе- ; ременные и другие. Внешние нагрузки по способу приложения подразделяют на сосредоточенные и распределенные. Сосредоточенная сила действует на части поверхности тела, размеры которых существенно малы по сравнению с общими размерами конструкции (рис. 1.2а). Вектор сосредоточенной силы обычно обозначается прописной буквой латинского алфавита и стрелкой, направленной к точке приложения. Сосредоточенный момент или момент пары сил является силовым фактором при идеализации конструктивных особенностей изучаемого объекта. В конструкциях его обычно обозначают дугой со стрелкой (рис. 1.2 б). Распределенные нагрузки подразделяются на линейные, поверхностные и объемные. На рис. 1.2в приведен пример линейно распределенной нагрузки. Линейно распределенные нагрузки характеризуются интенсивностью q, т.е. нагрузкой, приходящейся на единицу длины (так называемая погонная нагрузка). Интенсивность нагрузки при ее моделировании может приниматься постоянной, линейной или изменяющейся по какому-то закону на данном участке нагружения конструкции. Рис. 1.3. Взаимосвязь поверхностной р и погонной q нагрузок Рис. 1.4. Замена действий опор на балку реакциями Поверхностно распределенные нагрузки распределены по какой-либо зоне поверхности пластины, оболочки, тела. Они также характеризуются интенсивностью q, но это уже нагрузка, приходящаяся на единицу площади А = b ? I конструкции (рис. 1.3). Объемно распределенные нагрузки распределены по объему изучаемого тела. Они характеризуются интенсивностью нагрузки, приходящейся на единицу объема тела. Примерами объемной нагрузки являются массовые силы: сила тяжести, сила инерции. Действующие на анализируемую конструкцию силы подразделяются также на активные и реактивные (или реакции связей). Проиллюстрируем это на примере моделирования закрепления балки под нагрузкой (рис. 1.4). Под действием силы F (весом самой балки в первом приближении при моделировании можно пренебречь) балка должна была бы упасть вниз, но опоры препятствуют этому. Действие опор заменяется силами RA, RB, которые подлежат определению из условия равновесия системы сил F, RA, RB.