Тема 2.4. Динамические нагрузки

1. Понятие о действии динамических и повторно переменных нагрузок

а) понятие о динамических нагрузках

В предыдущих учебных элементах рассматривалось действие статических нагрузок, которые изменялись во времени так медленно, что сооружение оставалось почти неподвижным. На практике часто действуют нагрузки, изменяющиеся со временем с большой скоростью, что приводит к колебаниям сооружения и значительным ускорениям его элементов. Такие нагрузки называются динамическими.

Действие динамической нагрузки сопровождается упругими перемещениями и появлениями сил инерции. Силы инерции возникают также при нагрузке, сообщающей движению тела некоторое ускорение (при подъеме груза). Возникающие при этом дополнительные напряжения и деформации могут превысить напряжения и деформации от основных статических нагрузок.

Динамические нагрузки по своей природе весьма разнообразны:

1) периодическая нагрузка создается движущимися частями машин и механизмов;

2) ударная нагрузка возникает в определенном месте сооружения при падении на него различных грузов;

3) подвижная нагрузка характеризуется изменением своего месторасположения на сооружение;

4) сейсмическая нагрузка проявляется в виде беспорядочного колебания почвы при землетрясении и передается основанию сооружения.

Расчет на динамическую нагрузку значительно сложнее, чем расчет на статическую нагрузку. При расчетах существенную роль играет характер самой нагрузки: частота, продолжительность действия, периодичность и др.

Для расчета на динамические нагрузки используют два метода: кинетостатический (с использованием принципа Даламбера; см. УЭ №7) и энергетический (основан на исследовании кинетической и упругой энергии системы при движении).

б) понятие о действии повторно переменных нагрузок

Повторно переменными или циклическими нагрузками, называют такие нагрузки, которые действуют на элемент конструкции периодически, многократно изменяясь во времени только по величине.

Под такой нагрузкой находятся некоторые элементы мостовых и крановых ферм, подкрановые балки и рельсы, детали машин.

Процесс постепенного накопления повреждений материала при действии повторно переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется усталостью.

Способность материала не разрушаться от действия повторно переменных нагрузок называется выносливостью или усталостной прочностью.