Виды опор

 

При решении плоской задачи считается, что всякий элемент имеет 3 степени свободы (3 возможных перемещения, однозначно определяющих положение тела в пространстве): вращение вокруг точки и 2 линейных перемещения вдоль 2-х осей). Всякая реакция возникает в местах наложения связен. Если наложено ограничение на одно из указанных выше перемещений (чаше всего перемещение полагается равным нулю), то в этом направлении возникает реакция опоры: сосредоточенная сила при ограничении линейного перемещения и пара сил при ограничении углового перемещения. В зависимости от налагаемых ограничений на перемещение тела различают следующие виды опор:

Заделка — нет перемещений (жесткое закрепление тела, например, сварка), возникают реакция неизвестной величины и направления R и реактивный момент M_R.  Неизвестную реакцию удобно представить в виде ее проекций на оси координат любого направления,  например,  для  плоской  системы  горизонтальное и вертикальное. Итого: в плоской заделке возникают 3 неизвестные реакции — 2  силы и одна пара сил (рис. 1.11, а);

Неподвижная шарнирная опора — возможно вращение вокруг опоры, линейных перемещений нет, поэтому возникает реакция неизвестной величины и направления R, которую заменяют ее проекциями на оси координат. Для плоской системы возникают 2 неизвестные реакции: R₁ и R₂(рис. 1.11, б). Примером шарнирной опоры можно считать подшипниковую опору. Внутреннее кольцо шарикового или роликового подшипника может поворачиваться относительно наружного на угол 2°. Этого достаточно, чтобы считать подшипник шарнирной опорой.

Подвижная шарнирная опора — возможно вращение вокруг опоры и перемещение вдоль одной из осей, например, плавающая подшипниковая опора, возникает одна реакция R:  сила в направлении ограничения движения (перпендикулярно направлению движения вдоль оси) (рис. 1.11, в).

Внешние силы

Внешняя сила — это мера взаимодействия между телами. В задачах сопротивления материалов внешние силы считаются всегда заданными. К внешним силам относятся также реакции опор (связей).

Внешние силы делятся на объемные и поверхностные. Объемные силы при­ложены к каждой частице тела по всему его объему. Примером объемных сил являются силы веса и силы инерции. Часто задают простой закон изменения этих сил по объему. Объемные силы определяются их интенсивностью, как предел отношения равнодействующей сил в рассматриваемом элементарном объеме к величине этого объема, стремящего к нулю:lim V 0 F V и измеряются в Н/м³.

Поверхностные силы делятся на сосредоточенные и распределенные. Сосре­доточенными считаются силы, приложенные к малой поверхности, размеры которой малы по сравнению с размерами тела. Однако при расчете напряжений вблизи зоны приложения силы нагрузку следует считать распределенной. К сосредоточенным нагрузкам относят не только сосредоточенные силы, но и пары сил, примером которых можно счи­тать нагрузку, создаваемую гаечным ключом при закручивании гайки. Сосредоточенные усилия измеряются в кН. Распределенные нагрузки бывают распределенными по длине и по площади . К распределенным нагрузкам относят давление жидкости, газа или другого тела. Распределенные силы измеряются, как правило, в кН/м(распределенные по длине) и кН/м² (распределенные по площади).

Все внешние нагрузки можно разделить на статические и динамические. Статическими считаются нагрузки, в процессе приложения которых возникающие силы инерции малы и ими можно пренебречь.  Если силы инерции велики (к примеру – землетрясение) – нагрузки считаются динамическими. Примерами таких нагрузок также могут служить внезапно приложенные нагрузки, ударные и повторно-переменные. Внезапно приложенные нагрузки передаются на сооружение сразу полной своей величиной (к примеру давление колес локомотива, входящего на мост). Ударные нагрузки возникают при быстром изменении скорости соприкасающихся элементов конструкции, например» при ударе бабы копра о сваю при ее забивке. Повторно-переменные нагрузки действуют на элементы конструкции, повторяясь значительное число раз. Таковы, например, повторные давления пара, попеременно растягивающие и сжимающие шток поршня и шатун паровой машины. Во многих случаях нагрузка представляет собой комбинацию нескольких видов динамических воздействий.