Чи можете ви чітко розрізняти поняття та відмінності між внутрішньою силою, напругою та деформацією? Приходьте побачити все сьогодні.
1. Поняття внутрішньої сили
1. Означення
Внутрішня сила – це сила взаємодії (додаткова внутрішня сила) між суміжними частинами об’єкта, викликана зовнішньою силою. Сила, яка діє на стрижень з боку зовнішнього світу, називається зовнішньою силою.
Будь-який об’єкт складається з нескінченної кількості частинок, між будь-якими двома сусідніми частинками в компоненті існує сила взаємодії, і величина сили пов’язана з взаємним розташуванням частинок. Коли на об’єкт діє зовнішня сила, об’єкт деформується, змінюється взаємне розташування його внутрішніх частинок і відповідно змінюється сила взаємодії між ними. Ми називаємо зміну сили, створюваної зовнішньою силою, додатковою внутрішньою силою, або скорочено внутрішньою силою.
2. Метод розрахунку внутрішньої сили — метод перетину
Очевидно, що внутрішня сила знаходиться всередині компонента. Якщо ви хочете розв’язати внутрішню силу, ви повинні розкрити внутрішню силу. Таким чином, ми використовуємо метод поперечного перерізу для визначення положення внутрішньої сили поперечного перерізу відповідно до потреб. Гіпотетично вирізавши секцію, вихідний елемент збалансований, і будь-яка частина після розрізання також збалансована, тобто будь-яка частина з обох сторін перерізу знаходиться в збалансованому стані під дією зовнішньої сили та внутрішньої сили на секцію. Тому можна взяти будь-яку сторону перерізу, вивчити умови її рівноваги, скласти рівняння рівноваги та розв’язати внутрішню силу перерізу. Конкретні кроки для вирішення розділу такі.
Гіпотетичний розріз: у поперечному перерізі, де шукається внутрішня сила (зазвичай це поперечний переріз), стрижень уявно ділиться надвоє поперечним перерізом.
Заміна: Візьміть частину довільно, і вплив відкинутої частини на частину, що залишилася, замініть відповідною внутрішньою силою (силою або силовою парою), що діє на перетин.
Баланс: Створіть рівняння балансу для частини, що залишилася, і обчисліть невідому внутрішню силу стрижня на поверхні зрізу на основі відомої зовнішньої сили, що діє на нього (наразі внутрішня сила на поверхні зрізу є зовнішня сила для решти частини). Відповідно до основного припущення рівномірності та безперервності, довільна сила повинна бути безперервно розподілена на перерізі після різання, і існують внутрішні сили в кожній точці перетину, але існує лише шість умов рівноваги для довільної системи сил у просторі, і ми не можемо вирішити їх усі. Внутрішня сила кожної точки. Відповідно до спрощення системи сил, ми спрощуємо будь-яку систему сил цієї внутрішньої сили до точки перетину, зазвичай до центроїда перетину, і отримуємо головний вектор і головний момент, як показано на малюнку нижче.
Взявши центроїд перерізу за початок координат, установіть декартову систему координат, як показано на малюнку, вісь x перпендикулярна до поперечного перерізу, тобто вздовж осі стрижня, а вісь y та z -осі знаходяться в площині перетину. Розкладаючи головний вектор на три координатні осі, можна отримати три компоненти: осьову силу вздовж осі x і поперечну силу вздовж осей y і z.
картина
Розкладання головних моментів уздовж трьох координатних осей дає три компоненти: крутний момент уздовж осі x, згинальні моменти вздовж осі y та осі z.
Ми також називаємо ці шість компонентів внутрішніми силами, але слід зазначити, що ці шість компонентів є результуючою силою або моментом внутрішніх сил. Вивчення внутрішньої сили стержня пізніше полягає в тому, щоб знайти осьову силу, силу зсуву, крутний момент і момент згину, оскільки ці внутрішні сили відповідають основній деформації стержня: деформації розтягування та стиснення, деформації зсуву, деформації кручення, деформації згину.
2. Поняття про стрес
Напруга - це концентрація розподілу внутрішньої сили (напруга стосується певної "точки", коли ми хочемо описати напругу точки, ми повинні вказати положення цієї точки та орієнтацію площини, що проходить через цю точку), щоб описати напругу точки на перерізі, візьміть мікрообласть DA навколо цієї точки, як показано на малюнку. Результуюча сила системи внутрішніх сил на цю мікрообласть дорівнює DF. Оскільки ця площа досить мала, ми припускаємо, що внутрішня сила рівномірно розподілена, тоді ми можемо отримати середнє напруження, а потім беремо межу середнього напруження, щоб отримати загальне напруження або загальне напруження цієї точки, напрямок загальна напруга змінюється з положенням вибраної точки. Очевидно, що загальне напруження є вектором, а зв’язок між його напрямком і перерізом довільний. Потім ми розкладаємо загальну напругу на дві складові: одну називають нормальним напруженням, перпендикулярним до перетину, а іншу — дотичним до перетину.
означає стрес
загальний стрес (загальний стрес)
Загальна напруга розкладається на: напруга, перпендикулярна до перерізу, називається "нормальним напругою", а напруга всередині перерізу називається "напругою зсуву".
Одиниця напруги: Па, зазвичай використовується: МПа, ГПа.
3. Переміщення, деформація та деформація
1. Переміщення
Зміна положення точки в об'єкті до і після деформації, переміщення в механіці матеріалу має лінійне зміщення і кутове зміщення. Як показано на малюнку нижче, зосереджена сила прикладена до вільного кінця консольної балки, і балка згинається та деформується. Якщо ми досліджуємо зміщення певної ділянки, наприклад, зміщення вільного кінця, очевидно, що центроїд ділянки буде зміщено вниз, що призведе до лінійного зміщення, і в той же час нормальний напрямок перетин також зміниться, тобто перетин буде повертатися, в результаті чого відбудеться кутове зміщення. переміщення.
2. Деформація
Зміни розмірів і форми предмета під дією зовнішньої сили.
3. Процідити
Щоб виміряти ступінь деформації в точці компонента, деформація також є для певної «точки».
(1) Лінійна деформація (вимірює ступінь зміни розміру точки в об’єкті).
Як показано на малюнку, ми розглядаємо будь-яку точку A в компоненті та беремо будь-яку точку B поблизу точки A. Довжина AB дорівнює Dx. Компонент деформується під дією зовнішньої сили, і обидві точки A і B зміщуються в нові положення. Відстань між ними стає Dx плюс Ds, припускаючи, що деформація рівномірна в діапазоні Dx, можна отримати середню лінійну деформацію
Ми беремо межу наведеної вище формули, щоб отримати деформацію лінії в точці A
Для задач на площині на малюнку зображено маленький прямокутник, а лінія дії зовнішньої сили стає прямокутником, показаним пунктиром (розмір змінюється). Якщо деформація рівномірна в діапазоні Dx і Dy, існує середня лінія деформації вздовж напрямків x і y.
картина
Візьміть обмеження відповідно, щоб отримати лінійну деформацію в напрямках x і y
картина
(2) Кутова деформація (вимірює ступінь зміни форми точки в об’єкті) також називається деформацією зсуву або деформацією зсуву.
Визначається як зміна прямого кута.
