5. Внешние силы и их классификация

Нагрузки, действующие на сооружения и их элементы, представляют собой силы или пары сил (моменты), которые могут быть сосредоточенными или распределенными.

Сосредоточенная нагрузка – это сила, действующая на относительно небольшой площадке. Например, давление колеса вагона па рельс.

Распределенные нагрузки могут быть поверхностными (например, давление воды или пара на стенки сосуда) и объемными (например, сила тяжести, сила инерции).

И сосредоточенные и распределенные нагрузки могут быть статическими и динамическими. Статической называют нагрузку, которая медленно изменяется во времени, так что возникающими при этом ускорениями можно пренебречь. При действии статических нагрузок колебания сооружений пренебрежимо малы.

Динамическими называют нагрузки, изменяющиеся во времени с большой скоростью (например, ударные нагрузки). Действие таких нагрузок сопровождается возникновением колебаний сооружений. При колебании же вследствие изменения скорости колеблющихся масс возникают силы инерции, величина которых может во много раз превосходить те же нагрузки, приложенные статически. Поэтому динамические нагрузки значительно опасней с точки зрения прочности конструкций чем статические.

Некоторые динамические нагрузки могут многократно повторяться во времени по какому-то закону. Например, зуб зубчатого колеса испытывает нагрузку лишь находясь в зацеплении, а при выходе из зацепления нагрузка исчезает, и это происходит с каждым новым поворотом колеса. Такие нагрузки называют повторно-периодическими или циклическими. Это самый опасный для материала вид нагрузки, так как разрушение происходит при относительно меньших напряжениях из-за образования трещины усталости.

Нагрузки, кроме того, могут быть постоянными (например, собственный вес сооружения) и временными (например, поезд на мосту).

6. Деформации

Все тела под действием приложенных к ним внешних сил деформируются, т.е. изменяют свои размеры или форму, либо то и другое одновременно.

Изменение линейных размеров тела называют линейной деформацией (например, диаметра и длины бруса). Она вызывается нормальными напряжениями. Изменение угловых размеров называют угловой деформацией. Она вызывается касательными напряжениями.

Деформации могут после снятия нагрузки или полностью исчезнуть или исчезнуть лишь частично.

Деформации, исчезающие после снятия нагрузки, называют упругими, а свойство тел принимать после разгрузки свою первоначальную форму называют упругостью.

Деформации, остающиеся в теле и после снятия нагрузки, называют остаточными или пластическими, а свойство материалов давать остаточные деформации называется пластичностью.