Силы, действующие на конструкцию
Силы взаимодействия данного тела с другими телами называются внешними силами. Внешние силы могут проявляться при непосредственном прикосновении и на расстоянии. В первом случае они называются поверхностными силами (например, различные силы давления), во втором случае объемными или массовыми силами (сила тяжести, инерционные силы, магнитные силы и т.д.).
Под сосредоточенной силой будем понимать поверхностную силу, приложенную на участке малом по сравнению с размерами тела.
Внешние силы (или нагрузки), приложенные к конструкции, подразделяют на статические, прикладываемые таким образом, что ускорениями тех частей конструкции, где они действуют можно пренебречь, и динамические, когда это условие не выполняется.
Различают также нагрузки постоянные, которые неотделимы от конструкции (например, сила тяжести) и временные (нагрузки от поднимаемого груза, ветровая нагрузка и т.д.).
Внутренние силы
Внутренние силы это силы взаимодействия между частицами тела. Связность тела в недеформированном состоянии обусловлена тем, что между его атомами существуют силы взаимодействия, и каждый атом находится под действием приложенных к нему сил. При действии внешних сил тело деформируется, меняются межатомные расстояния и взаимное расположение атомов, следовательно, меняются силы взаимодействия между атомами. Именно эти приращения межатомных сил (добавочные внутренние силы) представляют для нас интерес.
Однако, введя гипотезу сплошного однородного тела, мы отказа-лись от представления об атомном строении тела и меру внутренних
сил введем формальным путем.
Метод сечений
Сплошное тело не имеет частиц, что обуславливается внутренними связями, распределенными сплошным образом. Рассечем тело некоторой поверхности на две части. Согласно аксиоме связей, можно действие связей, нарушенных при рассекании, заменить их реакциями. Эти силы и будут внутренними силами. Из принципа отвердевания следует, что условия равновесия в данном случае будут теми же, что и для тела абсолютно твердого. Составляя уравнение статики для оставшейся части, обнаруживаем внутренние силы.
П
усть
на тело действуют система уравновешивающих
друг друга сил:
Рассечем
тело на две части и рассмотрим равновесие
левой части. Тогда условия равновесия
будут выглядеть
1)
2)
,
где
и
- главный вектор и главный момент
относительно некоторой точки внешних
сил, приложенных к левой части;
- главный вектор
и главный момент внутренних сил,
действующих в данном сечении.
Внутренние силы можно было бы определить из условия равновесия правой части.
Обратим внимание на то, что используя метод сечений мы определяем некоторые интегральные характеристики (главный вектор сил, главный момент), но не устанавливаем закон распределения сил по сечению.
Внутренние силовые факторы.
Обратимся теперь к случаю стержня.
Используем метод
сечений и приведем внутренние силы к
центру тяжести поперечного сечения
стержня. В результате приведения мы
получим результирующую силу
,
равную главному вектору и пару
сил
с моментом
,
равным главному моменту системы.
Проектируя
и на координатные оси, получаем в общем случае 6 алгебраических величин - 6 внутренних силовых факторов.
- нормальная сила;
и
- поперечные силы;
и
- изгибающие моменты;
- крутящий момент.
Очевидно, что, так как внутренние силы уравновешивают внешние силы, приложенные к отсеченной части, то внутренние силовые фак-
торы можно определить следующим образом:
Нормальные и поперечные силы равняются по величине сумме проекций всех внешних сил, лежащих по одну сторону от сечения, на соответствующую ось.
Изгибающие и крутящий момент определяются как суммы момен-тов всех сил, расположенных по одну сторону от сечения относитель-но соответствующих осей.