- •Временные нагрузки
- •Длительные нагрузки
- •Кратковременные нагрузки
- •Статические нагрузки
- •Динамические нагрузки
- •Подвижные нагрузки
- •Ударные нагрузки
- •Сосредоточенные нагрузки
- •Распределенные нагрузки
- •Объем, масса, плотность, пористость
- •Плотность
- •Пористость
- •Адгезия
- •1. Виды напряженного состояния
- •2. Плоское напряженное состояние
- •3. Объемное напряженное состояние
- •4. Расчёты на прочность при сложном напряженном состоянии
1. Виды напряженного состояния
Выделим
вокруг некоторой точки К тела параллелепипед
с рёбрами бесконечно малой длины. На
гранях этого элементарного параллелепипеда
в общем случае могут действовать
нормальные и касательные напряжения.
Совокупность напряжений на всевозможных
площадках, проходящих через точку,
называется напряженным
состоянием материала в точке.
Доказано, что можно так расположить в
пространстве параллелепипед, что на
его гранях останутся только нормальные
напряжения. Такие грани называются главными
площадками,
а напряжения на них – главными
напряжениями.
Наибольшее главное напряжение обозначается
σ1,
наименьшее – σ3,
а промежуточное – σ2,
поэтому
.
Различают три вида напряженного состояния: линейное, плоское и объёмное (рис. 3.1).

Рис.1. Виды напряженного состояния в точке: а – линейное; б – плоское; в – объемное
2. Плоское напряженное состояние
Рассмотрим более подробно плоское напряженное состояние. Выделим из тонкой пластинки толщиной t бесконечно малый элемент, по боковым граням которого действуют нормальные и касательные напряжения (рис. 2, а). Принимаем, что напряжения по толщине пластинки распределены равномерно, поэтому конкретный размер t не влияет на дальнейший анализ. Будем смотреть на элемент с острия оси z, а напряжения на боковых гранях элемента считать положительными (рис. 2, б).

Рис. 2. Плоское напряженное состояние
Согласно закону
парности касательных напряжений
,
т. е. касательные напряжения на
взаимно-перпендикулярных площадках
равны по величине и направлены так,
что стремятся вращать элемент в
противоположных направлениях.
Главные площадки (рис. 3) составляют угол a0 с исходными площадками, величину которого определяют из выражения


Рис. 3. Главные площадки и главные напряжения
Главные
напряжения, обозначаемые как
и
,
вычисляют по формуле
.
Экстремальные касательные напряжения равны полуразности главных напряжений и действуют на площадках, наклоненных к главным площадкам под углом 45°

Деформации бесконечно малого элемента при плоском напряженном состоянии заключаются в изменении линейных размеров элемента и в изменении формы элемента. Если в общем случае на гранях элемента действуют нормальные и касательные напряжения, то в точке тела возникают относительные линейные деформации

и
угловая деформация (относительный
сдвиг)
в виде угла сдвига
(рис.
4,б).

Рис.4. Плоское напряженное состояние: а – напряжения; б – деформации
Между относительными линейными деформациями и напряжениями в точке упругого тела существуют зависимости в виде закона Гука:

Здесь
–
модуль продольной упругости (модуль
упругости первого рода);
–
коэффициент Пуассона.
Частным случаем плоского напряженного состояния является такой, при котором на взаимно-перпендикулярных площадках действуют только касательные напряжения (рис. 5).

Рис. 5. Напряжения и деформации при чистом сдвиге
Такой
случай называется чистым
сдвигом,
а исходные площадки называются площадками
чистого сдвига. Главные площадки
оказываются наклоненными к площадкам
чистого сдвига под углом 45°, а главные
напряжения численно равны касательным
напряжениям, причем одно из главных
напряжений – растягивающее, а другое
– сжимающее. Согласно принятому правилу
обозначения главных напряжений
;![]()
Деформации
бесконечно малого элемента при чистом
сдвиге заключаются в искажении прямых
углов на величину
,
которая называетсяуглом
сдвига (рис.
4 и 5).
Между углом сдвига и касательными напряжениями существует пропорциональная зависимость, называемая законом Гука при чистом сдвиге
,
где коэффициент пропорциональности G – модуль сдвига (модуль упругости второго рода), измеряемый в тех же единицах, что и напряжения, МПа, кН/см2.
Три характеристики упругих свойств изотропного материала оказываются связанными между собой зависимостью, которую наиболее часто записывают в следующей форме:

