Схематизация внешних нагрузок

В реальных расчетах часто оказывается весьма затруднительным точно определить действующие на систему силы. Поэтому при создании расчетной схемы, как правило, проводится схематизация сил. Используются понятия сосредоточенная ша, сосредоточенный моменту распределенная нагрузка. Распределенная нагрузка может быть распределена по линии [Н/м], поверхности [Н/м²] или объему [Н/м³]. Наличие распределенной нагрузки, как правило, приводит к необходимости решать континуальную задачу. Чтобы перейти к дискретной задаче, необходимо заменить распределенную нагрузку сосредоточенными нагрузками (силами или моментами). Такой прием используется в методе конечных элементов.

Если допустимо предположить, что размеры пятен контакта шин с настилом моста малы, нагрузку от веса автомобиля (рис. 1.5, а) можно схематично описать с помощью четырех сосредоточенных сил (рис. 1.5, б). А в случае если общие размеры автомобиля во много раз меньше характерных размеров моста (длины и ширины), то нагрузку на мост можно описать с помощью одной сосредоточенной силы (рис. 1.5, в).

По характеру своего действия приложенные к системе нагрузки подразделяют на статические и динамические. Статическая нагрузка неизменна во.

Рис. 1.5. Пример схематизация внешних нагрузок времени, или ее изменение во времени настолько медленное, что позволяет считать обусловленные ее действием силы инерции незначительными. Расчет при статическом приложении нагрузки называют статическим расчетом.

Действие динамических нагрузок, наоборот, характеризуется необходимостью учета сил инерции. Поэтому при схематизации приложенных сил должен быть учтен закон изменения нагрузки в течение периода ее действия. Расчет с учетом возникающего движения, в том числе колебаний конструкции, называют динамическим расчетом.

Эффект приложения нагрузки в большой степени зависит от закона изменения нагрузки во времени. Известно, что ударное нагружение для ряда конструкций, особенно хрупких, приводит к разрушению. Действие периодической нагрузки может привести к нежелательному явлению резонанса. Известны случаи, когда такие конструкции, как мосты, разрушались по причине воздействия, производимого шагающей в ногу ротой солдат или порывами ветра.

Решение о том, считать нагрузку динамической или статической, в конечном счете остается за расчетчиком. В данном учебнике рассматривается в основном статическое приложение нагрузки, но в гл. 16 будут рассмотрены отдельные характерные задачи динамического нагружения.