4.2.4. Модели времени действия сил

По времени действия внешние нагрузки (силы) могут быть постоянными и временными. Собственный вес зданий – это постоянно действующая нагрузка; поезд, идущий через мост, - это нагрузка временная.

По характеру изменения силы во времени различают нагрузки статические и динамические.

С татические нагрузки (постоянные) - такие, которые изменяют свою величину или точку приложения (направление) с очень небольшой скоростью, так что возникающими при этом ускорениями (силами инерции) можно пренебречь. График изменения статической нагрузки от времени приведен на рис.4.4,а.

Динамические нагрузки - изменяются во времени с большой скоростью и поэтому необходимо учитывать силы инерции, так как они оказывают существенное влияние на конструкцию. График изменения динамической нагрузки от времени приведен на рис.4.4,б. Динамические нагрузки делятся на внезапно приложенные, повторно-переменные и ударные.

Примером внезапно приложенной нагрузки может служить действие веса железнодорожного состава, проходящего через мост;

повторно-переменной – нагрузка на шатун в двигателе внутреннего сгорания;

ударной – действие силы удара молота на его фундамент или гидравлический удар в водопроводе. Ударные нагрузки возникают также в случае плохой пригонки или износа сопряженных деталей, когда зазоры превышают величину, допустимую по конструктивным и технологическим условиям. Например, при износе зубьев шестерен или деталей шариковых подшипников в машине возникают характерные стуки, свидетельствующие о возникновении ударных нагрузок, быстро приводящих к выходу конструкции из строя.

4.2.5. Модели разрушения.

Разрушение детали – изменение ее формы, включая разделение на части (разрушение).

Скорость роста усилий при динамических нагрузках не обеспечивает равновесия процессов, протекающих в материале, в результате чего возникают многочисленные нарушения внутренней структуры материала. При систематическом чередовании нагрузки и разгрузки накопление дефектов структуры ведет к возникновению микроскопических трещин, слияние которых приводит к усталостному разрушению.

Взаимодействие между частями рассматриваемого тела характе­ризуется внутренними силами, которые возникают внутри тела под действием внешних нагрузок и определяются силами межмоле­кулярного воздействия. Эти силы сопротивляются стремлению внешних сил разрушить элемент конструкции, изменить его форму, отделить одну часть от другой.

Изменение формы и разделение на части произойдет тогда, когда внутренние силы превысят силы сцепления отдельных частей материала.

При оценке прочности конструкции сравнивают внутренние силы с пределами прочности.

4.3. Связи и опорные устройства

Для соединения отдельных частей конструкции между собой и передачи внешней нагрузки на основание на нее накладываются связи, ограничивающие перемещения тех точек сооружения, к ко­торым они приложены. Связи могут ограничивать либо повороты точек сооружения, либо их линейные смещения, либо и то и дру­гое.

Основным видом связей в расчетной схеме механизма является шарнирная связь.

Простой шарнир (подвижное соединение двух стержней) накладывает две связи.

В расчетную схему входит основание, служащее опорой конструкции и считающееся неподвижным.

Неподвижность расчетной схемы относительно основания обеспечивается опорными связями (опорами).

Все опорные связи условно делятся на три основных типа:

- подвижная шарнирная опора (рис.4.5,а). Такая опора не препятствует вращению конца бруса и его перемещению вдоль плоскости качения. В ней может возникать только одна реакция, которая перпендикулярна плоскости качения и проходит через ось катка (R);

- неподвижная шарнирная опора (рис.4.5,б). Такая опора допускает вращение конца бруса, но устраняет поступательное движение ее в любом направлении. Возникающую в ней реакцию можно разложить на две составляющие, одна из которых направлена вдоль оси бруса (Н), другая - перпендикулярно к оси бруса (R);

- жесткая заделка или защемление (рис.6.5,в). Такое закрепление не допускает ни линейных, ни угловых перемещений опорного сечения. В этой опоре в общем случае может возникать реакция, которую обычно раскладывают на две составляющие (H и R) и момент защемления (М).

При рассмотрении реального объекта в число внешних сил включаются не только заданные нагрузки, но и реакции связей (опор), дополняющие систему сил до равновесного состояния.