14. Деформируемые тела. Прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций.

Деформируемыми телами называются тела, которые под действием внешних сил меняют свою форму.

Обеспечить надежное сопротивление элемента или конструкции в целом - означает обеспечить их прочность, жесткость, устойчивость и выносливость.

Прочность - способность тела сопротивляться внешним нагрузкам.

Жесткость - способность тела сопротивляться изменению своих размеров и формы под воздействием внешних нагрузок.

Устойчивость - способность тела под нагрузкой сохранять первоначальную форму устойчивого равновесия.

Выносливость - способность материала сопротивляться переменным силовым воздействиям длительное время.

2. Понятие о деформации.

Все реальные элементы конструкций (тела) под действием внешних сил изменяют формы и размеры – деформируются. Способность деформироваться – одно из основных свойств всех твердых тел. Приложение внешних сил изменяет расстояние между молекулами, и тело деформируется. При этом изменяется межмолекулярное взаимодействие и внутри тела возникают силы, которые противодействуют деформации и стремятся вернуть частицы тела в прежнее положение. Эти внутренние силы называют силами упругости.

При малых значениях внешних сил твердое тело после разгрузки обычно восстанавливает свои первоначальные размеры. Такое свойство твердых тел называется упругостью. Если тело после снятия нагрузки полностью восстанавливает свою первоначальную формы и размеры, его называют абсолютно упругим, а исчезающие после снятия нагрузки деформации – упругими деформациями.

Опыты показывают, что упругая деформация наблюдается, пока действующие на тело силы не превысят определенного для каждого тела предела; при действии большей нагрузки тело наряду с упругой всегда получает и остаточную деформацию.

Нарушением прочности конструкции считают не только ее разрушение в буквальном смысле слова или появление трещин, но и возникновение остаточных деформаций.

Нагрузка – силовое воздействие, вызывающее изменение внутренних сил и деформации узлов и деталей. Поверхностные нагрузки бывают сосредоточенными и распределенными. Сосредоточенная нагрузка – нагрузка в точке. Распределенная – распределена по линии, объему или поверхности.

В зависимости от характера действия нагрузки подразделяются на статические и динамические. Статическими называются нагрузки, числовое значение, направление и место приложения которых остаются постоянными или меняются медленно или незначительно. Динамическими называются нагрузки, характеризующиеся быстрым изменением во времени их значения, направления или места приложения. К динамическим относят ударные, внезапно приложенные, повторно-переменные, инерционные нагрузки.

Основные деформации: Растяжение - Вид деформации, при котором в поперечном сечении возникает только одна продольная сила, а остальные силовые факторы равны 0. (канаты, тросы, цепи, шток протяжного станка.) Сжатие – опоры машин, пуансоны штампов. При растяжении растягивающая сила считается положительной и направлена от сечения. При сжатии возникающая нагрузка направлена к сечению и считается отрицательною. Сдвиг – заклепки, болты, шпонки, швы сварных соединений. Деформацию сдвига, доведенную до разрушения материала называют срезом. Например при резке ножницами или штамповке деталей из листового материала. Срез (сдвиг) – вид деформации когда в поперечном сечении деформируемого элемента действует один силовой фактор – перерезывающая сила. Кручение – вид деформации, когда в поперечном сечении деформируемого элемента возникает один силовой фактор – внутренний крутящий момент (валы, передающие мощность при вращательном движении). Внешний скручивающий момент вращающий сечение против часовой стрелки считается положительным и наоборот. Изгиб – вид деформации, при котором в поперечном сечении возникает только изгибающий момент (балки, оси, зубья зубчатых колес и другие элементы конструкций). Упругие деформации исчезают после окончания действия приложенных сил, а необратимые — остаются. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе необратимых — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия. Пластические деформации — это необратимые деформации, вызванные изменением напряжений. Деформации ползучести — это необратимые деформации, происходящие с течением времени. Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластической деформации металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств — в частности, при холодном деформировании повышается прочность.