2. Внешние силы.

Существует несколько классификаций внешних сил: по месту приложения (поверхностные и объемные), по времени действия (постоянные и временные), по характеру действия (статические и динамические, случайные и детерминированные). Поверхностные нагрузки возникают как результат взаимодействия твердого тела с другими телами (рис.2.1.а).

Рис.2.1

Действие тела 1 на тело 2 представляется в виде распределенной нагрузки (рис.2.1.б). Если поверхность площадки контакта тел 1 и 2 во много раз меньше поверхности тела 2, то часто распределенную нагрузку заменяют сосредоточенной силой (рис.2.1.в).

В инженерных расчетах применяется распределенная погонная нагрузка, имеющая размерность Н/м.

Объемные силы, имеющие размерность Н/м³, непрерывно распределены по всему объему.

Постоянные нагрузки неизменны по интенсивности действия на протяжении длительного периода времени (например, вес конструкции). Действие временных нагрузок ограничено во времени (движение транспорта по мосту).

Случайные нагрузки не определены ни по месту действия, ни по времени и интенсивности действия в отличие от детерминированных нагрузок.

Нагрузка считается статической, если возникающие силы инерции малы по сравнению с внешним воздействием; нагрузка является динамической, если силы инерции соизмеримы с внешней нагрузкой.

Нагрузки, действующие на конструкцию, уравновешиваются реакциями связей, которые ограничивают перемещение конструкции как жесткого целого. Для определения реакций связей используются уравнения статики (равновесия). Если уравнений статики недостаточно для определения реакций, то задача является статически неопределимой. Для решения таких задач дополнительно составляются уравнения, в которые входят величины деформаций отдельных элементов конструкции. Такие уравнения называются уравнениями совместности деформаций.

3. Механическое напряжение

В теоретической механике известна аксиома связей, согласно которой замена связей силами, равными реакциям связей, не нарушает равновесия твердого тела. В сопротивлении материалов вводится понятие внутренних связей, объединяющих множество структурных элементов в единое твердое тело. Применение аксиомы связей в сопротивлении материалов основано на методе сечений. Пусть имеется нагруженный прямоосный призматический стержень (рис.2.2.а). В стержне мысленно проводится сечение и рассматривается одна (любая) отсеченная часть. Если в проведенном сечении вместо связей приложить силы, равные реакциям связей, то отсеченная часть будет находиться в равновесии. Выделим в проведенном сечении площадку конечных размеров (рис.2.2.б). Равнодействующую реакций связей, действующих в пределах выделенной площадки, обозначим . Тогда интенсивность внутренних сил, действующих в пределах площадки , определяет напряжение:

,

где ‑ среднее напряжение;

‑ истинное напряжение.

а)	б)
Рис.2.2

Принято вектор полного напряжения раскладывать на составляющие по координатным осям:

,

где ‑ нормальное напряжение,

- касательные напряжения (рис.2.3.а),

- единичные вектора.

Напряжения непрерывно распределяются по сечению и вместе с действующими внешними силами обеспечивают равновесие отсеченной части.