- •1.2. Реальный объект и расчетная схема
- •Задачи и методы сопротивления материалов
- •Реальный объект и расчетная схема
- •Напряжения
- •Перемещения и деформации
- •Закон Гука и принцип независимости действия сил
- •Допущения, применяемые в сопротивлении материалов
- •Виды испытаний материалов
- •Испытание на растяжение-сжатие. Диаграммы испытаний
- •Общие принципы расчета конструкции
- •Вопросы для самопроверки
Перемещения и деформации
Под
действием внешних сил твердые тела
изменяют свою геометрическую форму,
то есть деформируются. Если в теоретической
механике тела считаются абсолютно
жесткими, то в сопротивлении материалов
тела обладают способностью деформироваться,
т.е. под действием внешней нагрузки
изменять свои начальные размеры и форму.
Точки тела при этом неодинаково
перемещаются в пространстве. Вектор
,
имеющий свое начало в точке Анедеформированного
состояния, а конец в т.
деформированного
состояния, называется вектором
полного перемещения т. А (рис. 1.8, а).
Его проекции на оси xyz называются
осевыми перемещениями и обозначаются u, v и w,
соответственно.
Для
того, чтобы охарактеризовать интенсивность
изменения формы и размеров тела,
рассмотрим точки А и В его
недеформированного состояния,
расположенные на расстоянии
друг
от друга (рис. 1.8, б).
Рис. 1.8
Пусть
в результате изменения формы тела эти
точки переместились в
положение
и
, соответственно,
а расстояние между ними увеличилось на
величину S и
составило S + S.
Величина
(1.9)
называется линейной
деформацией в
точке А по
направлению АВ.
Если рассматривать деформации по
направлениям координатных осей
,
то в обозначения соответствующих
проекций линейной деформации вводятся
индексы
,
,
.
Линейные
деформации
,
,
характеризуют
изменения объема тела в процессе
деформирования, а формоизменения
тела угловыми
деформациями. Для их определения
рассмотрим прямой угол, образованный
в недеформированном состоянии двумя
отрезками ОD и ОС (рис. 1.8, б).
При действии внешних сил указанный
угол DOC изменится
и примет новое значение
. Величина
(1.10)
называется угловой
деформацией,
или сдвигом в точке О в
плоскости СОD.
Относительно координатных осей деформации
сдвига обозначаются
,
,
.
Совокупность линейных и угловых деформаций по различным направлениям и плоскостям в данной точке образует деформированное состояние в точке.
Закон Гука и принцип независимости действия сил
Многочисленные экспериментальные наблюдения за поведением деформируемых тел показывают, что в определенных диапазонах перемещения точек тела пропорциональны действующим на него нагрузкам. Впервые указанная закономерность была высказана в 1776 году английским ученым Р.Гуком и носит название закона Гука.
В соответствии с этим законом перемещение произвольно взятой точки А (рис. 1.8, а) нагруженного тела по некоторому направлению, например, по оси x, а может быть выражено следующим образом:
, (1.11)
где Р - сила,
под действием которой происходит
перемещение u;
-
коэффициент пропорциональности между
силой и перемещением.
Очевидно, что коэффициент зависит от физико-механических свойств материала, взаимного расположения точки А и точки приложения и направления силы Р, а также от геометрических особенностей системы. Таким образом, последнее выражение следует рассматривать как закон Гука для данной системы.
В современной трактовке закон Гука определяет линейную зависимость между напряжениями и деформациями, а не между силой и перемещением.
, (1.12)
. (1.13)
Параметры
и
,
входящие в эти формулы, называют модулями
упругости материала соответственно
первого и второго рода. Они характеризуют
его сопротивляемость деформированию,
или жесткость в упругой стадии деформации.
Численные значения
и
для
каждого конструктивного материала
определяются экспериментально. Они
имеют размерности напряжений. На практике
удобно использовать единицы, кратные
паскалю: мегапаскаль (1
МПа=106 Па)
и гигапаскаль (1
ГПа=109 Па).
Системы, для которых соблюдается условие пропорциональности между напряжениями и деформациями, подчиняются принципу суперпозиции, или принципу независимости действия сил.
В соответствии с этим принципом перемещения и внутренние силы, возникающие в упругом теле, считаются независящими от порядка приложения внешних сил. То есть, если к системе приложено несколько сил, то можно определить внутренние силы, напряжения, перемещения и деформации от каждой силы в отдельности, а затем результат действия всех сил получить как сумму действий каждой силы в отдельности. Принцип независимости действия сил является одним из основных способов при решении большинства задач механики линейных систем.
