1.4 Классификация внешних сил

Под внешними силами понимаются силы, возникающие в результате взаимодействия рассматриваемого тела с окружающими телами, они классифицируются:

1. По месту расположения точек приложения различают объемные и поверхностные силы.

Объемные силы непрерывно распределены по всему объему, занятому телом (вес, силы инерции, магнитные силы и т.п.). Их размерность Н/м³.

Поверхностные силы приложены к поверхности тела (давление). Интенсивность поверхностной силы имеет размерность Н/м².

2. По области приложения различают сосредоточенные силы и распределенные.

Соприкосновение тел всегда происходит не в точке, а по некоторой площадке, так как тела деформируются. Поэтому сосредоточенных сил в природе не существует, и все поверхностные силы являются распределенными. Но в тех случаях, когда площадка, на которой действует нагрузка, очень мала по сравнению с размерами тела, будем говорить о сосредоточенной силе, как о равнодействующей сил, (размерность Н).

Иногда тела соприкасаются по очень узкой, но длинной площадке (например, рельс и опорная плоскость). В этом случае можно считать, что поверхностная нагрузка действует по линии или распределена по линии и называется погонная распределенная нагрузка, (размерность Н/м). Эти допущения позволяют значительно упростить расчет при незначительной погрешности.

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

Статические 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.

Динамические нагрузки (переменные)  изменяются во времени с большой скоростью, при этом силы инерции должны быть учтены, так как оказывают существенное влияние на конструкцию (например, ударные или повторно-переменные).

1.5 Опоры и реакции

Балку для простоты чертежей изображают в виде прямой линии, т.е. изображают как бы одну ее ось, по отношению к точкам которой вычисляют перечные силы и по изменению формы которой судят об изгибе балки.

Концы балки покоятся на опорах, воспринимающих действие нагрузок.

1) Неподвижной шарнирной опорой называют такую, которая, не позволяя концу балки перемещаться в плоскости, дает ему возможность поворачиваться. Она состоит обыкновенно из двух деталей, называемых балансирами (рис. 1.7), между которыми помещается шарнир, представляющий хорошо пригнанный к балансирам цилиндр. Нижний балансир укрепляется к стенке, а к верхнему присоединяется конец балки. Балка, действуя на опору, вызывает в ней реакцию. Очевидно, такая опора, допуская поворот верхнего балансира и связанного с ней конца балки, не допускает горизонтального и вертикального перемещения, поэтому на такой опоре возможно существование двух составляющих полной реакции, о направлении которой заранее, ничего сказать нельзя. Такую опору изображают, условно, как показано на рис. 1.7.

Рисунок 1.7

Рисунок 1.8

2) Подвижная шарнирная опора (рис. 1.8) отличается от предыдущей тем, что нижний балансир может перекатываться вправо и влево на подложенных цилиндрических катках. Конец балки может поворачиваться около шарнира и перемещаться вдоль опорной подушки, но опора не допускает перемещения, перпендикулярного к опорной подушке. Поэтому реакция может возникнуть только в направлении, перпендикулярном к опорной подушке. Условное изображение такой опоры показано на рис. 1.8.

3

Рисунок 1.9

) Защемление или жесткая заделка. Конец балки укреплен так (рис. 1.9), что не может поворачиваться в плоскости, перемещаться вдоль оси балки и перпендикулярно к ней. Очевидно, в защемлении, возможно существование реактивного момента т, называемого иногда моментом защемления, и двух составляющих полной реакции, направление которой заранее, можно указать только в некоторых частных случаях. Условное изображение защемления дано на рис. 1.9.

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