Класифікація сил. Сили зовнішні та внутрішні

Сила – це механічна міра взаємодії тіл чи фізичних полів. Сили підрозділяються на зовнішні та внутрішні.

Зовнішні сили. Зовнішні сили підрозділяються на активні і реактивні (реакції зв'язків). Активні навантаження, у свою чергу, підрозділяються на поверхневі - це результат взаємодії двох тіл за допомогою контакту, та об'ємні - результат дії на тіло полів різної природи (сили ваги, інерції, електромагнітні).

За характером навантаження стержнів поверхневі сили розділяються на зосереджені (зосереджена сила F, [H]; зосереджений момент M, [H×м]) і розподілені (рівномірно чи нерівномірно розподілене навантаження q, [H/м] та розподілений момент m, [ ]).

За характером дії зовнішні сили розділяються на статичні та д инамічні. При статичному навантаженні прискореннями часток деформованого тіла можна зневажити, при динамічному навантаженні виникають значні прискорення часток деформованого тіла і, як наслідок, з'являються значні сили інерції, якими зневажати не можна.

Внутрішні сили (зусилля) виникають між суміжними частинами тіла в результаті їхньої взаємодії при його навантаженні. Для визначення внутрішніх зусиль в опорі матеріалів використовується метод перерізів, що складається в послідовному виконанні наступних операцій (див. рис.1.2).

Будемо вважати, що стержень навантажений статично урівноваженою системою зовнішніх сил, яка включає активні та реактивні.

Рис.1.2.

1.Внутрішні зусилля виявляються, якщо у деякому поперечному перерізі А-А уявно розділимо стержень площиною, що збігається з перерізом А-А (рис. 1.2а). Внутрішні зусилля визначають взаємодіі між частками стержня, розташованого з обох сторін уявного перерізу А-А, причому за принципом дії та протидії ліворуч і праворуч від перерізу А-А є взаємними: рівними по величині та протилежними по напрямку, і кожна з частин знаходиться в рівновазі.

2.Далі відкидаємо одну з частин (рис. 1.2б).

3.Дію відкинутої частини, що залишилася, заміняємо внутрішніми зусиллями, які визначаються за принципом дії та протидії. Вони взаємні за принципом дії та протидії. Закон неперервного розподілу внутрішніх зусиль у перерізі А-А невідомий. Внутрішні зусилля у перерізі розподіляються складним образом і довільно орієнтованими в декартовій системі координатних осей X,Y,Z, початок якої міститься в центрі ваги перерізу А-А.

4.Відповідно до теореми про приведення сил до довільної точки простору в загальному випадку внутрішні зусилля приводяться в центр ваги перерізу до головного вектора і головного моменту (рис.1.2в), приведеного до центру ваги перерізу. Розкладаючи головні вектори і по трьом напрямкам X,Y,Z, одержуємо, що результат дії внутрішніх зусиль приводиться до поперечних сил Q_x і Q_y, поздовжньої сили N, згинальним моментам M_x і M_y і крутильному моменту Мк (рис.1.2г). Складові і мають загальну назву внутрішніх силових факторів.

Для частини, що залишилась і знаходиться під дією зовнішніх і внутрішніх сил, складаємо рівняння рівноваги, з яких відповідно знаходимо внутрішні силові фактори Qx, Qy, N, Mx, My, Мк в поперечному перерізі:

де SF_ix,y,z і SM_ix,y,z відповідно суми проекцій усіх зовнішніх сил на осі X,Y,Z та суми моментів усіх зовнішніх сил щодо осей X,Y,Z. Внутрішні силові фактори Q_x, Q_y, N, M_x, M_y, M_к є інтегральними рівнодіючими силами і моментами внутрішніх зусиль, що насправді складним образом розподіляються по поперечному перерізу.

По виникаючим у перерізі внутрішнім силовим факторам проводиться класифікація типів навантаження стержня (видів деформування). Так, якщо із шести внутрішніх силових факторів у перерізі відмінною від нуля є тільки поздовжня сила N ¹ 0, то в стержні реалізується розтягання-стискання; при M_к ¹ 0 - кручення і т.д.

Дата добавления: 2015-06-28