4 Расчетная схема. Силы внешние и внутренние. Общий и частные случаи нагружения деталей
Реальный объект, освобожденный от несущественных особенностей, носит название р а с ч е т н о й схемы. С геометрической точки зрения все объекты рассматривают как комбинацию брусьев (стержней), оболочек и массивных тел.
Элемент конструкции, длина которого значительно больше его поперечных размеров, называется б р у с о м.
Элемент конструкции, длина и ширина которого значительно больше его толщины, называется о б о л о ч к о й.
Элемент конструкции, все размеры которого соизмеримы, называется м а с с и в н ы м телом.
Нагрузки, действующие на конструкцию, являются по отношению к ней в н е ш н и м и силами. Эти силы приложены к тому или иному элементу конструкции по некоторым участкам его поверхности или распределены по его объему.
При составлении расчетных схем нагрузку, приложенную к участку, размеры которого значительно меньше размеров объекта, заменяют с о с р е д о т о ч е н н о й силой Р, H/м.
Пара сил, приложенная к объекту, рассматривается как с о с р е д о т о ч е н н ы й момент m, Hм.
Нагрузки, приложенные к участкам, размеры которых соизмеримы с размерами объекта, считаются р а с п р е д е л е н н ы м и по длине – q, Н/м.
К внешним силам, действующим на элементы конструкции, кроме нагрузок – активных сил – относятся также реакции связей – реактивные силы.
Нагрузки различаются не только по способу их приложения (распределенные и сосредоточенные), но также по длительности действия (постоянные и временные) и характеру воздействия на конструкцию (статические и динамические).
Под в н у т р е н н и м и силами (или внутренними усилиями) в сопротивлении материалов обычно понимают силы взаимодействия между отдельными элементами сооружения или между отдельными частями элемента, возникающие под действием внешних сил.
Рассмотрим общий прием определения внутренних усилий, называемый методом сечений. Пусть дан брус, который под действием внешних нагрузок находится в равновесии. Рассечем его плоскостью совпадающей с поперечным сечением стержня и рассмотрим левую отсеченную часть. Поскольку весь брус находился в равновесии, любая из отсеченных частей также должна находится в равновесии. Это возможно лишь в том случае, когда в поперечном сечении возникают внутренние усилия, уравновешивающие внешние нагрузки. В общем случае могут возникнуть шесть внутренних усилий: продольная сила N; поперечные силы Qx и Qy; крутящий момент Mz; изгибающие моменты Mx и М. (см. рис. 1.1).
Внутренние усилия в каком-либо поперечном сечении определяют по внешним силам. Численные значения внутренних усилий определяются с помощью у р а в н е н и й равновесия:
1. для плоской системы сил: F:(x)=0; F:(y)=0; Mo(Fi)=0.
2. для пространственной системы сил: F:(x)=0; F:(y)=0; F:(z)=0; Mx(Fi)=0; My(Fi)=0; Mz(Fi)=0.