1.4. Место курса "Сопротивление материалов" в общем цикле дисциплин о механике деформирования упругих тел и образованных из них структур
В сопротивлении материалов, как правило, задачи решаются простыми математическими методами с привлечением ряда упрощающих гипотез (кинематических или статических) и использованием данных эксперимента. Решение при этом доводится до расчетных формул, пригодных для использования в инженерной практике. Полученные в сопротивлении материалов на основе гипотезы плоских сечений формулы оправдываются с приемлемой для практики точностью лишь в таких телах, именуемых брусьями, у которых два размера малы (не менее чем в 6-8 раз) по сравнению с третьим. Если же тело имеет форму пластинки, оболочки или массива и некоторых других форм, то классические методы сопротивления материалов не позволяют определить напряженное и деформированное состояние объекта. В лучшем случае сопротивление материалов способно решать такие задачи только в частных случаях или в мало удовлетворительном для инженерной практики виде.
Более сложные расчетные схемы изучаются в теории стержневых систем, теории пластин и оболочек, теории упругости и пластичности.
В частности, в теории упругости и пластичности решаются задачи, которые не могут быть решены методами сопротивления материалов. Кроме того, методы теории упругости и пластичности позволяют дать оценку точности решения задач, рассматриваемых методами сопротивления материалов. Основные предпосылки теории упругости и пластичности отличаются достаточной широтой и для формулировки этих методов используется более строгий математический аппарат, чем в сопротивлении материалов.
1.5. Нагрузки и их классификация
Внешние силы, действующие на конструкцию во время эксплуатации, могут быть классифицированы по следующим признакам.
1. В зависимости от характера изменения нагрузок во времени в процессе их приложения их разделяют на:
а) статические нагрузки, которые плавно возрастают от нуля до конечного значения; такие нагрузки прикладываются во времени настолько медленно, что ускорениями точек конструкции при их перемещениях, а следовательно, и силами инерции, которые возникают при движении, можно пренебречь;
б) динамическиенагрузки, которые в отличие от статических меняют свою величину или положение (движущаяся нагрузка) в сравнительно короткий промежуток времени по произвольному закону; эти нагрузки вызывают в элементах конструкций значительные ускорения, причем, если изменение скорости их происходит за очень малый промежуток времени, они называются ударными.
Встречаются динамические нагрузки, характеризующиеся периодическим изменением внешней силы во времени, в частности по гармоническому закону. Под влиянием переменной силы могут возникнуть колебания (вибрация) тела.
2. По месту расположения и величине области приложения нагрузки к телу нагрузки подразделяют на:
а) сосредоточенныесилы размерностью
и моменты размерностью
;
участок, на котором они действуют,
существенно меньше длины
бруса, и поэтому, они считаются
приложенными в точке;
б) распределенныенагрузки; это
нагрузки, приложенные к участкам
больших размеров. Такие нагрузки на
расчетной схеме могут быть
распределенными по поверхности
и имеют размерность
или приводятся к распределенным
по линии и имеют размерность
.
Распределенные нагрузки
характеризуются
интенсивностьюq.
Графическое представление
распределенной нагрузки
называется эпюрой нагрузки.
Равнодействующая распределенной нагрузки численно равна площади ее эпюры и приложена в ее центре тяжести.
Нагрузки, распределенные по объему тела
(вес сооружения, силы инерции),
имеют размерность
и называются объемными силами.
3. По продолжительности воздействия на конструкцию нагрузки подразделяют на:
а) постоянные, действующие на конструкцию непрерывно (например, собственный вес конструкции);
б) временные, действующие лишь в некоторые отрезки времени.