При растяжении-сжатии в поперечном сечении стержня возникает лишь один силовой
фактор
– продольная сила N. В соответствии с методом сечений величина и направление продольной силы может быть найдены из
уравнения равновесия в проекции на ось, совпадающую с осью стержня, составленного для оставленной части:
Продольная сила считается положительной, если она вызывает растяжение, т.е. направлена от сечения (в сторону внешней нормали), и отрицательной, если она вызывает сжатие, т.е. направлено к сечению.
■ Определение внутренних усилий – Внутренние усилия определяются методом сечений в совокупности точек по длине бруса с целью
обнаружения их максимальных значений. График изменения внутреннего усилия по оси бруса называется эпюрой.
Общий порядок построения эпюр внутренних усилий:
Если необходимо, то определяются опорные реакции так, как это делается в курсе теоретической механики (выбрать объект, отбросить
связи, заменить отброшенные связи реакциями, составить уравнения равновесия). Реакции можно не находить, если они не входят в число
внешних сил, приложенных по одну сторону от рассматриваемых сечений.
Определяется число участков по длине бруса, на которых нагрузка или геометрия бруса не изменяется. Границей участка является любой
фактор, влияющий на резкое (скачкообразное) изменение рассматриваемого внутреннего усилия (начало или конец бруса, перелом оси бруса,
место расположения опоры, точка приложения внешней сосредоточенной силы или другого фактора, например, сосредоточенного момента,
начало или конец распределенной нагрузки).
На каждом из участков проводится сечение, отстоящее от начала участка на некотором произвольном (переменном) расстоянии. Для
каждого сечения указывается текущая координата (z) от начала участка или от начала бруса и записываются пределы изменения координаты.
При выборе начала локальных координат в начале участка нижний предел всегда равен нулю.
Для рассматриваемого сечения определяется выражение внутреннего усилия в функции от координаты z рассмотрением равновесия
оставленной части или используя установленные определения для вычисления внутреннего усилия по внешним силам, расположенным по одну
сторону от сечения.
По полученным выражениям строится эпюра изменения усилия подстановкой верхнего и нижнего пределов, и если необходимо,
других значений координат в разрешенном интервале, обычно в середине интервала.
Пусть прямолинейный брус нагружен продольными силами F1, F2:
Реакции левой опоры можно не определять, т.к. в этом примере можно ограничиться рассмотрением
лишь сил, приложенных к правым оставленным частям (справа от сечений).
2. Число участков - 3
3. Проведем сечение I-I на первом участке и определим текущую координату сечения и пределы ее
изменения: 0 z1 a.
4. Отбросим левую часть, заменим ее действие продольной силой NI-I
и составим уравнение равновесия в проекции на ось z :
NI-I
Из уравнения равновесия получаем выражение для продольной силы на участке 1 :
Повторяем шаги 3 и 4 для следующих участков:
3. Проведем сечение II-II на втором участке и определим текущую координату сечения и пределы ее
изменения: 0 z2 b.
4. Отбросим левую часть, заменим ее действие продольной силой NII-II
и составим уравнение равновесия в проекции на ось z :
NII-II
Из уравнения равновесия получаем выражение для продольной силы на участке 2 :
Аналогично получаем для участка 3 (0 z3 c):
Полученные выражения показывают, что продольная сила в сечении равна алгебраической сумме
проекций на ось бруса сил, взятых по одну сторону от сечения!
Знак слагаемых положителен, если рассматриваемая сила направлена
от сечения, т.е. будучи приложена к сечению вызывает растяжение части бруса по другую сторону
от сечения.
Используя полученные выражения для продольной силы построим эпюру продольных сил:
При построении эпюры N, положительные значения обычно откладываются вверх от базисной линии
или вправо, если она вертикальна.
Пусть F1=250 кН, F2=100 кН. Откладывая не каждом из участков значения продольной силы в некотором
выбранном масштабе получаем эпюру N:
Обратите внимание, что скачки на эпюре N располагаются в точках приложения внешних
сосредоточенных сил и равны величинам этих сил. Соответственно скачок на левом конце
эпюры дает величину опорной реакции.