Главная > Физика > Сопротивление материалов (Биргер И.А.)
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

Модели нагружения.

Внешние силы, действующие на элемент конструкции, подразделяют на три группы: 1) сосредоточенные силы, 2) распределенные силы, 3) объёмные или массовые силы.

Сосредоточенные силы — силы, действующие на небольших участках поверхности детали (например, давление шарика шарикоподшипника на вал, давление колеса на рельсы и т. п.).

Распределенные силы приложены к значительным участкам поверхности (например, давление воздуха на крыло самолета, давление жидкости или газа на стенки сосуда).

Объемные или массовые силы приложены к каждой частице материала (например, силы тяжести, инерционные усилия).

При построении модели нагружения внешние нагрузки схематизируются в виде одной из указанных групп, причем принимаемая модель зависит также от задач описания.

Рис. 1.20. Различные модели нагружения для расчета вала и шарика шарикоподшипника

Например, для расчета вала шестерни реакция усилия на. опоре может рассматриваться как сосредоточенная нагрузка (рис. 1.20, а); для расчета долговечности шарика то же усилие взаимодействия схематизируется в виде распределенного контактного давления (рис. 1.20, б).

Важным моментом при разработке модели нагружения является учет величин внешних нагрузок и характера их изменения по времени. Величины нагрузок определяются в основном параметрами рабочего процесса изделия (например, мощностью, грузоподъемностью, давлением среды, числом оборотов вращающихся деталей и т. п.).

Для приближенных моделей учитываются только наибольшие, опасные для прочности нагрузки. При построении уточненных моделей принимается во внимание вся «история нагружения».

Довольно часто величины нагрузок имеют случайный характер, и для их оценки применяют вероятностные методы. Нагрузки разделяют на стационарные (постоянные, статические) и нестационарные (переменные).

Статическая нагрузка возрастает от нуля до своей номинальной величины и остается постоянной во всем процессе нагружения. Примеры статической нагрузки — нагружение строительных конструкций (каркаса жилого дома) весом здания, нагружение корпуса ракеты одноразового действия внутренним давлением и т. п. В действительности представление о статической нагрузке дает упрощенную модель нагружения. На реальные конструкции действуют дополнительные силы (например, динамические и др.). Однако модель статического нагружения приводит к простым и полезным методам анализа, широко используемым в моделях прочностной надежности.

Переменное нагружение — нагружение, изменяющееся во времени. Наиболее важный класс нестационарных нагружений — циклические нагружения. Если циклы образуются за счет запуска и остановки машины, то нагружение обычно не превышает циклов и такое нагружение называется малоцикловым. При нагружении, связанном с упругими колебаниями элементов конструкций, число циклов нагружения часто превышает (многоцикловое нагружение). Обычно частота кодебаний нагрузки при многоцикловом нагружении составляет в секунду.

Нередко многоцикловое нагружение имеет случайный характер. Тогда модель нагружения, должна содержать распределение плотности вероятности нагрузок или другие статистические модели нагружения. Часто встречается динамическое ударное нагружение (соударения элементов конструкций, взрывное нагружение и т. п.). Ударное нагружение характеризуется очень высокой скоростью возрастания нагрузки, что влияет на характеристики деформирования материала.

Модели нагружения должны учитывать воздействие полей и сред. Наиболее часто встречается в современной технике воздействие температурного поля. Это воздействие проявляется двояким образом. Пониженная и повышенная температуры влияют на механическую прочность материала. При неравномерном нагреве тела создаются температурные напряжения, величина которых часто оказывается соизмеримой с напряжениями от внешних сил. В некоторых случаях приходится учитывать влияние нейтронного излучения на свойства материала, влияние электромагнитного поля и др.

Прочностная надежность существенно зависит от воздействия коррозионных сред.

Итак, модели нагружения содержат схематизацию внешних нагрузок по величине, по распределению, во времени, а также по воздействию внешних полей и сред.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление