План лекции. Тема 1. Основные понятия и аксиомы статики

Тема 1. Основные понятия и аксиомы статики.

Конспект лекций

Связи и их реакции – 1 час.

1. Предмет и задачи курса «Инженерная механика».

2. Основные понятия статики.

3. Аксиомы статики.

4. Связи и их реакции.

Краткое содержание лекции

При действии внешних сил тела перемещаются по определенной (заданной) траектории с определенными скоростями и ускорениями или могут не перемещаться вовсе, то есть находиться в состоянии покоя (равновесия). Наука об общих законах движения и равновесия материальных тел и о возникающих при этом взаимодействиях между телами называется теоретической механикой.

По характеру рассматриваемых задач теоретическую механику принято делить на статику, кинематику и динамику. В статике излагается учения о силах и условиях равновесия тел под действием сил. В кинематике рассматриваются общие геометрические свойства движения тел. В динамике изучаются законы движения материальных тел под действием сил.

Каждая создаваемая машина или конструкция, проектируемая деталь должна быть работоспособной. Работоспособность – это такое состояние конструкции, при котором она работает с сохранением свойств прочности, жесткости и устойчивости.

Прочность – это способность тела воспринимать нагрузки без разрушения.

Жесткость – это способность тела воспринимать нагрузки без заметного изменения форм и размеров.

Устойчивость – это способность тела воспринимать нагрузки с сохранением первоначальной формы равновесия.

Для проектирования работоспособных строительных конструкции и их рациональной эксплуатации важно знать основы теоретической механики и сопромата, содержание которых объединены в курс Инженерная механика.

Эта дисциплина включает раздел статики (кинематика, динамика) из теормеха и введение в сопромат.

Статика – это раздел теоретической механики, в которой изучаются методы эквивалентных преобразований систем сил и определяются условия равновесия сил, приложенных к твердому телу.

При изучении равновесия применяют принцип неизменности геометрических форм и размеров твердых тел, поскольку их изменение под действием сил обычно мало по сравнению с первоначальными размерами. Поэтому в статике материальные тела считают абсолютно твердыми.

Понятие «сила» в механике является одним из важнейших. Силой называется векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия одного материального тела на другое. Векторная сила характеризуется числовым значением, или модулем, и направлением действия. Единицей измерения силы является 1 ньютон (1Н). Прямая линия, вдоль которой направлена сила, называется линией действия силы.

Системой сил называется совокупность сил, действующих на твердое тело. Если систему сил, действующих на свободное твердое тело, можно заменить другой системой, не изменяя при этом механического состояния тела, то такие две системы сил называются эквивалентными. Система сил, под действием которой свободное тело может находиться в покое, называется уравновешенной, или эквивалентной нулю. Если система сил эквивалентна одной силе, то эта сила называется равнодействующей данной системы сил.

Силы, действующие на данное тело или систему тел, можно разделить на внешние – силы, силы, действующие на данную систему со стороны других тел, не входящих в рассматриваемую систему, и внутренние – силы, с которыми действуют друг на друга тела, входящие в рассматриваемую систему.

Статика базируется на основных законах, принимаемых без математических доказательств и называемых аксиомами статики.

Аксиома 1. Если на свободное твердое тело действуют две силы, то тело может находиться в равновесии только тогда, когда эти силы равны по модулю, действуют по одной прямой в противоположные стороны.

Аксиома 2. Действие данной системы сил на абсолютно твердое тело не изменяется, если к ней добавить или от нее отнять уравновешенную систему сил.

Аксиома 3. При всяком действии одного материального тела на другое со стороны другого тела имеется противодействие, такое же по величине, но противоположное по направлению.

Аксиома 4. Две силы, приложенные к твердому телу в одной точке, имеют равнодействующую, приложенную в той же точке и изображаемую диагональю параллелограмма, построенного на этих силах как на сторонах.

Аксиома 5. Механическое состояние не изменится, если освободить ее от связей, приложив к точкам системы силы, равные реакциям связей. Эту аксиому называют аксиомой о связях.

Материальные тела, ограничивающие перемещение данного тела в пространстве, называют связями. Сила, с которой связь действует на тело, препятствуя его перемещениям, называется силой реакцией связи, или просто реакцией связи.

1. Гладкая поверхность (плоскость). Реакция в случае гладкой поверхности направлена по общей нормали к поверхностям связи и тела в точке их контакта и приложена к телу. На рис.1.1 показаны некоторые примеры направления реакций.

2. Подвижный шарнир (каток) – ограничивает движение тела в направлении перпендикулярном плоскости опирания (рис.1.2). Поэтому реакция будет всегда направлена перпендикулярно плоскости опирания.

3. Невесомый стержень с шарнирами на концах (рис. 1.3). Реакция прямолинейного невесомого стержня с шарнирами на концах направлена вдоль оси стержня.

В отличие от нити такой стержень может передавать как силы растяжения, так и силы сжатия. Если связью является криволинейный стержень, то его реакция будет направлена по прямой АВ, соединяющий шарниры А и В.

4. Цилиндрический шарнир (подшипник). Цилиндрический шарнир представляет собой цилиндрическую втулку, в которой находится ось вращения (рис.4). Он не воспринимает осевой силы, его реакция находится в плоскости Axy, перпендикулярной оси шарнира. Реакция может быть направлена по любому радиусу шарнира в плоскости Axy.

5. Подпятник. Он отличается от цилиндрического шарнира тем, что кроме радиальных сил может воспринимать и осевую силу (рис.1.4). Реакция подпятника, как и реакция сферического шарнира, может иметь любое направление в пространстве.

6. Гибкие связи. Этим термином обозначают цепи, тросы, канаты, которые могут воспринимать только силы растяжения. Их реакции направлены вдоль этих связей.

7. Сферический шарнир. Он позволяет телу поворачиваться, но не разрешает линейные перемещения. Реакция шарнира приложена к его центру и может быть направлена по любому радиусу шарнира (рис.1.5)

При решении задач статики реакции связей обычно являются неизвестными и подлежат определению, а, зная силы реакций связей, можно определить внутренние силы в телах, необходимые для расчета на прочность.

Рекомендуемая литература – [1÷8, 16÷18].

Контрольные задания для СРС – изучить самостоятельно тему «Сжатие и растяжение сил»

Тема 2. Момент сил. Действие с силами и моментами – 1 час

Дата добавления: 2014-01-07