Классификация внешних сил

Внешние силы, воспринимаемые конструкцией, называют нагрузками. Нагрузки классифицируются по нескольким признакам. Различают поверхностные нагрузки, приложенные к точкам поверхности и объемные нагрузки, действующие на все точки объема, занимаемого конструкцией. К объемным нагрузкам относятся сила тяжести, сила инерции, сила магнитного притяжения. К поверхностным относятся аэродинамические нагрузки.

Поверхностные нагрузки характеризуются интенсивностью, т.е. силой приходящейся на единицу площади поверхности конструкции. Когда площадка действия нагрузки имеет вид вытянутого прямоугольника, высота которого значительно больше основания, интенсивность нагрузки рассчитывают на единицу длины и называют погонной нагрузкой, и обозначают q. Если размеры площадки действия нагрузки значительно меньше размеров поверхности конструкции, то такие поверхностные нагрузки заменяют их равнодействующей и называют сосредоточенной нагрузкой P. Поверхностные нагрузки могут также прикладываться в виде пар сил. При этом различают погонные моменты, характеризуемые интенсивностью m и сосредоточенные моменты M.

По характеру приложения нагрузки разделяют на статические и динамические. Нагрузки, медленно возрастающие от нуля до своего конечного значения, при достижении которого их величина не изменяется, называют статическими. Нагрузки, которые быстро достигают своего конечного значения и вызывают заметные ускорения частиц конструкции, называют динамическими. Динамические нагрузки подразделяют на ударные и вибрационные. Нагрузки, периодически изменяющиеся во времени без заметного ускорения частиц конструкции, называют циклическими.

В сопротивлении материалов изучают действие только уравновешенных систем внешних и внутренних сил. Поэтому при рассмотрении вопросов равновесия деформируемого тела применимы все законы статики и динамики твердого тела. Можно перемещать силы вдоль линии их действия, заменять системы сил статически эквивалентными системами и т.д. При определении деформаций, энергий деформаций и других величин, связанных с перемещениями, указанные действия производить нельзя.

Рассмотрим схематизацию системы внешних сил, действующих на элемент конструкции на примере бруса с прямолинейной осью (рис. 1.4).

Рисунок 1.4

Вместо бруса изображается его ось, представляющая собой геометрическое место центров тяжестей поперечных сечений. Все действующие на брус нагрузки сводятся к оси. При этом нагрузки, приложенные к участкам небольших размеров по сравнению с размерами бруса, заменяются сосредоточенными силами. В противном случае нагрузка остается распределенной по линии.