что такое статическая нагрузка и динамическая нагрузка

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ, начальный этап проектирования конструкции, на котором определяются действующие на нее силы.

Соотношение между расчетом и проектированием.

Главная задача здесь – подобрать наиболее подходящие материалы и размеры для элементов конструкции так, чтобы последние надежно выдерживали те нагрузки, которые будут действовать на них во время работы конструкции. Здание или мост собирается из таких основных элементов конструкции, как балки и сжатые или растянутые стержни. Чтобы можно было рассчитать элементы, из которых будет состоять мост, инженер должен сначала определить нагрузки и оценить различные связанные с ними эффекты. Например, чтобы рассчитать стальную балку, нужно сначала определить нагрузки и реакции, действующие силы и моменты и точки их приложения. Если проектируется ферма (состоящая из сжатых и растянутых стержней), то нужно определить нагружение каждого стержня. На этом этапе проектирования, называемом предварительным прочностным расчетом, балка и ферма существуют лишь в виде линейных (одномерных) диаграмм.

На следующем этапе определяются пропорции и выбираются размеры. При этом, однако, проектировщик не анализирует распределение напряжений и деформаций внутри элементов конструкции. Максимально допустимые напряжения для каждого материала, например среднеуглеродистой стали, предписываются соответствующими нормативами. Руководствуясь ими, проектировщик рассчитывает элементы конструкции так, чтобы эти максимально допустимые напряжения не были превышены в наиболее нагруженных сечениях.

Основные факторы прочностного расчета.

Равновесие сил.

Важнейшую роль в прочностном расчете конструкции играет закон равновесия сил. Инженер-прочнист занимается в основном проектированием конструкций, выдерживающих действие различных эксплуатационных нагрузок. Хотя силы и моменты могут создаваться не только статическими нагрузками, сама конструкция должна оставаться устойчивой. Следовательно, для элемента конструкции, лежащего в определенной плоскости и нагруженного в этой плоскости, силы должны уравновешиваться. Это выражается представленными ниже уравнениями для системы несходящихся (не пересекающихся в одной точке) сил, лежащих в одной плоскости:

Эти уравнения означают, что должны быть уравновешены: 1) сумма горизонтальных составляющих сил, 2) сумма вертикальных составляющих сил и 3) сумма моментов сил относительно любой точки в данной плоскости. Если конструкция статически определима, то уравнений (1)–(3) достаточно для анализа эффектов, связанных с данной системой сил.

Если же число неизвестных сил или факторов больше трех, то такая система является статически неопределимой. Она может быть статически неопределимой относительно внешних нагрузок и реакций, как, например, неразрезная балка с двумя пролетами, или внутренне статически неопределимой, как, скажем, ферма с избыточными диагональными стержнями.

Статические и динамические нагрузки.

Нагрузки, действующие на элементы конструкции, делятся на статические (или постоянные) и динамические (или временные). Статические нагрузки действуют в данном положении постоянно. Их часто называют гравитационными, поскольку они направлены по вертикали. К статическим нагрузкам относится вес настила моста, здания, механического оборудования, закрепленного на определенном месте. Динамические же нагрузки могут возникать, исчезать и изменять место своего приложения. Динамические нагрузки создают люди в зданиях, грузовые автомобили на мосту, станки в цеху, гидротурбина в машинном зале ГЭС. Такие более или менее упорядоченные динамические нагрузки нетрудно определить, но есть и другие динамические нагрузки, которые невозможно достоверно оценить заранее, например, обусловленные ветром, ударами, температурными колебаниями и землетрясениями. В этих случаях используются специальные методы прочностного расчета и коэффициенты запаса. См. также СТАТИКА; СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ.

Данилов В.К. Инженерная механика: основы расчета на прочность. Л., 1984
Писаренко Г.С. и др. Пластичность и прочность материалов при нестационарных нагружениях. Киев, 1984
Бабенков И.С. Основы статики и сопротивления материалов. М., 1988

Источник

Виды нагрузок или в чем сила, сопромат?

В данном случае имеются в виду физические силы, а всякие там силы духа, мысли, третьего глаза и тому подобные не рассматриваются. Во всяком случае до тех пор, пока телепаты и экстрасенсы не начнут вместо подъемных механизмов работать на стойках народного хозяйства, силой мысли перемещая панели и плиты перекрытия, а не ложки и стаканы в различных телешоу.

Нагрузками, наиболее часто рассматриваемыми при расчете строительных конструкций, являются массы тел (причем далеко не всегда только физическая масса, а иногда еще и инерционная, но об этом чуть позже) и разница давлений. Но это далеко не все, что можно сказать о нагрузках.

В теоретической механике и сопромате принято различать нагрузки, действующие на рассчитываемые конструкции или элементы конструкций, по различным признакам. Одним из таких признаков является время действия нагрузки. По времени действия нагрузки делятся на постоянные и временные:

Постоянные нагрузки

Нагрузки, действующие на конструкцию в течение всего времени эксплуатации конструкции, будь то одна секунда или одно тысячелетие.

Временные нагрузки

Это все остальные нагрузки, действующие на конструкцию.

В свою очередь временные нагрузки принято разделять на длительные и кратковременные:

Длительные нагрузки

Кратковременные нагрузки

Для более точного определения нагрузки дополнительно разделяются на статические и динамические.

Статические нагрузки

Условно говоря, это силы, приложенные с минимальным ускорением или с ускорением, стремящимся к нулю.

Таким образом действие инерционной силы при столь малых ускорениях стремится к нулю и расчет ведется только на действие силы от физической массы. Или так: При воздействии статических нагрузок происходит относительно медленное нарастание деформаций, и потому инерционными массами отдельных элементов конструкции, перемещающихся в процессе деформации, можно пренебречь, так как ускорения таких перемещений являются незначительными. В результате этого равновесие между внешними и внутренними силами в любой момент действия статической нагрузки остается как бы неизменным.

К статическим относятся постоянные и длительные нагрузки, иногда кратковременные нагрузки.

Динамические нагрузки

Это нагрузки, изменяющиеся не только во времени, но и в пространстве.

Для динамических нагрузок характерна относительно большая скорость приложения, что требует при расчетах учитывать инерционную массу как объекта, создающего нагрузку, так и элемента, подвергающегося воздействию нагрузки. Другими словами, следует учитывать характер движения объекта создающего нагрузку, а также то, что инерционные массы элементов конструкции, подвергающиеся воздействию динамической нагрузки, перемещаются с ускорением и влияют на напряженно-деформированное состояние элементов. Чтобы учесть это влияние, в уравнения статического равновесия к внешним и внутренним силам добавляются силы инерции на основании принципа Даламбера. Добавление инерционных сил позволяет рассматривать любую движущуюся систему как находящуюся в состоянии статического равновесия в любой момент времени. Таким образом динамические нагрузки вызывают в материале исследуемого элемента конструкции динамические напряжения и поведение материала при этом оказывается отличным от поведения при статических напряжениях.

В свою очередь динамические нагрузки в зависимости от характера движения бывают также нескольких видов. Для строительных конструкций наиболее важными являются подвижные и ударные нагрузки:

Подвижные нагрузки

Это нагрузки возникающие в результате перемещения некоего объекта по поверхности исследуемой конструкции (вдоль рассматриваемой оси элемента).

Ударные нагрузки

Это нагрузки, возникающие в момент соприкосновения перемещающегося объекта с поверхностью исследуемой конструкции (вдоль или поперек рассматриваемой оси элемента).

Однако и это еще не все варианты классификации нагрузок. По площади приложения нагрузки делятся на сосредоточенные и распределенные.

Сосредоточенные нагрузки

Это силы, площадь приложения которых пренебрежимо мала по сравнению с площадью рассчитываемой конструкции.

Распределенные нагрузки

Это все остальные нагрузки, т.е. силы, распределяющиеся по длине и ширине элемента.

Разнообразие распределенных нагрузок поистине не поддается описанию. Распределенные нагрузки могут равномерно и неравномерно распределенными, равномерно и неравномерно изменяющимися по длине или ширине, при этом характер изменения нагрузки может описываться уравнением параболы, синусоиды, окружности, овала и любым другим уравнением.

А самое примечательное во всем этом то, что один и тот же человек в зависимости от ситуации может рассматриваться и как сосредоточенная нагрузка и как распределенная, и как статическая и как динамическая и только постоянной нагрузкой человек быть не может.

В целом все это выглядит не совсем понятно, однако ничего страшного в этом нет, как говорится, лучше один раз рассчитать конструкцию, чем 100 раз прочитать, как это делается. Примеров расчета на сайте хватает. А кроме того, понимание основ сопромата позволяет в большинстве случаев определять нагрузки так, чтобы максимально упростить расчет.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье «Записаться на прием к доктору»

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье «Записаться на прием к доктору» (ссылка в шапке сайта).

Источник

Анализ статики и динамики конструкций зданий

Динамические и статические нагрузки

В соответствии с разными характеристиками нагрузок, действующих на конструкции, мы можем разделить их на динамические и статические. Статической нагрузкой называется нагрузка, у которой величина и направление почти не изменяются во времени. Наоборот, динамической нагрузкой называется такая нагрузка, у которой величина и направление изменяются во времени.

Сейсмическое воздействие, суть которого заключается в перемещении конструкций от движения основания, является динамической нагрузкой.

Нагрузки от технологического оборудования, машин, механизмов, нагрузки от транспорта являются динамическими. В нормах «Нагрузки на конструкции сооружений» приведены соответствующие динамические коэффициенты, обеспечивающие безопасность конструкций за счет увеличения влияния ее статистики.

Ветровая нагрузка также принадлежит к динамическим нагрузкам, особенно для верхней части высотных и возвышающихся конструкций, при сильном ветре и податливой конструкции. Действие ветра и конструкций друг на друга является очень сложным динамическим процессом. В обычных случаях применяется коэффициент ветровой пульсации, увеличивающий ветровое статическое действие. В случае сложной конструкции, когда она очень восприимчива к динамическому влиянию ветрового давления, необходимо проводить анализ с выполнением эксперимента и численного решения.

Сейсмическое воздействие является одной из динамических нагрузок, при этом обычно используют упрощенную методику расчета. Сегодня применяется методика спектрального анализа, но для сложных высотных конструкций дополнительно необходимо проводить анализ динамики в единицу времени.

Способ анализа колебаний во времени

Уравнение движения для высотных зданий записывается в следующем виде:

Матрица демпфирования может быть определена следующим образом:

Таким образом, матрицу [С] можно представить в виде линейной комбинации матриц [М] и [К].

Коэффициенты 1/τ_м и т_к можно вычислить следующим образом:

В упругопластическом анализе матрица жесткости [К] изменяется в соответствии со степенью нагружения элемента конструкции, соответствующим образом изменяется матрица [С], зависящая от матрицы [К].

Пошаговое интегрирование является основным способом решения уравнения движения. Решение каждого шага выполняется при разбивке движения на определенные временные отрезки. Пошаговое интегрирование применительно к решению упругопластического уравнения движения и уравнения упругости достаточно трудоемкий процесс.

При проведении линейного анализа можно выбрать методику накладывания типа колебания. Объем расчета в этом случае сокращается.

В соответствии с «Требованиями к сейсмоустойчивым сооружениям» и «Техническими требованиями к конструкциям высотных сооружений» выполнение анализа движения во времени должно соответствовать нижеследующим требованиям:

Максимальная вводимая величина А_max сейсмической акселерации

Балльность антисейсмической установки

При проектировании сейсмостойких высотных сложных сооружений часто требуется провести дополнительный анализ колебаний во времени. Необходимо выбрать правильную волну сейсмической акселерации для ввода в общую расчетную схему сооружения, которая должна приниматься не более чем 65% расчетного спектра реакции отклика, а осредненный расчет многих волн не менее чем 80% расчетного спектра реакции. В некоторых проектах для удовлетворения вышеуказанных требований увеличивают максимальную величину акселерации в 1,5-2 раза. Данная мера увеличит балльность антисейсмической установки на 1 балл, что неприемлемо, и в этом случае необходимо заново выбирать сейсмическую волну.Примечание. При 7, 8 баллах величины, которые даны в скобках, назначаются соответственно для тех зон, в которых основная проектная акселерация 0,15 g и 0,30 g.

Источник

Статическая или динамическая нагрузка – какая лучше?

Люди бегают. Они считают, что бег единственный способ для достижения желаемого результата, как правило, снижения веса. Да, это так. Но, опять же, не совсем. Динамичная нагрузка далеко не единственный способ держать себя в отличной физической форме. Бег – это движение, динамика, тело постоянно меняет свое положение, бег требует выносливости и силы. Для бега нужно пространство. Можно ли, выполняя статические упражнения, прокачать и нагрузить мышцы? Ответ: да!

Статическая нагрузка против динамической

К статике мы относим такое положение тела, при котором нельзя шевелиться, тело должно замереть в определенном положении. Яркий пример, упражнение планка. Данное упражнение является самым эффективным для тренировки мышц пресса, также спортсмены его любят за то, что одновременно с брюшной мышцей работают руки и спина. Выполняется упражнение следующим образом: принимаете позу планки, при этом тело должно быть идеально ровным. Поясничный прогиб при выполнении упражнения обязательно убирается. Напрягаются мышцы пресса, спины, рук. В таком положении необходимо провести минимум минуту. Натренированные люди выполняют его гораздо дольше. Вот она статика в чистом виде!

Статические упражнения отличный конкурент динамическим

Хатха йога – яркий пример статики. Нет ни бега, нет динамичных движений. Лишь ровное дыхание через нос, плавность в движении и фиксация поз. Выносливость приобретается и с йогой тоже. При чем невероятно эффективно, кто не уверен предлагаю попробовать. А, соответственно, и со статической нагрузкой.

Динамическая нагрузка представляет собой движение. Статическая нагрузка характеризуется спокойствием статуи. Динамика меняется, статика неподвластна движению. Не существует разницы между ними в качестве проработки той или иной части тела или группы мышц. Лишь место играет роль. Статическая нагрузка идеальна в замкнутых пространствах, в квартирах, спортивных залах. Динамическая нагрузка требует пространства, свободу движения. Упражнения со статической нагрузкой можно выполнять дома, для них не требуется много места. Возвращаясь к Хатха йоге, хочется добавить, что индийские йоги выделяются своей выносливостью, поражающими до онемения способностями, непоколебимым здоровьем.

Вывод: статическая нагрузка ни чуть не уступает динамической. Некоторые статические упражнения даже наиболее эффективны. Используйте статическую нагрузку наряду с динамической и тогда тренировки будут эффективными, разнообразными, более экономичными по времени.

Источник

Энциклопедия фитнеса: статические и динамические упражнения.

Этой статьей мы продолжаем цикл материалов о терминологии в фитнесе. Сегодня мы выясним разницу между статическими и динамическими упражнениями, а также определимся с оптимальным удельным весом динамической и статической нагрузки в общем объеме тренировки.
Итак, статическая нагрузка включает упражнения, отличительной особенностью которых является фиксация положения частей тела на протяжение определенного промежутка времени. Классическими примерами статических упражнений являются прямые и боковые планки с упором на ладони или локти и мыски ног, планки на фитболе или в гимнастических петлях, фиксация положения в седе или полуседе, фиксация поднятой ноги лежа на боку или стоя в той же планке, асаны в йоге и т. п. Удерживать такие положения принято в зависимости от уровня физической подготовки в течение промежутка времени от 10 секунд до 2 минут.
Статические упражнения обладают следующими преимуществами:
— в процессе подобных тренингов увеличивается сила мышечного волокна, в результате чего развивается выносливость и гибкость;
— работа в статике оказывает положительное влияние на внутренние органы;
— укрепляется иммунитет;
— улучшается кровообращение;
-стимулируется активный вывод токсинов из организма;
— происходит активное насыщение крови кислородом;
— амплитуда выполнения статических упражнений фиксирована и требует меньше пространства, чем в случае с размахом в динамике;
— при выполнении статических упражнений легче рассчитать такое размещение в пространстве, чтобы не задеть мебель в комнате (если вы тренируетесь дома) или соседа по группе (если вы посещаете групповые занятия фитнесом в спортивном клубе).

К недостаткам статических упражнений можно отнести тот факт, что в процессе их выполнения не ведется внешняя работа мышц. Из этого следует, что с помощью статики сложно добиться роста длины мышц. Другими словами статистические упражнения не особо эффективны в деле улучшения мышечного тонуса и обретения рельефных форм. Кроме того, статические упражнения не предполагают фазу расслабления, которая так необходима для расслабления мышц. Из-за этого статические упражнения сложнее, особенно для женщин.

Динамическая нагрузка включает все упражнения, связанные с непосредственным возвратно-поступательным движением частей тела в пространстве. Классическими примерами динамических упражнений являются приседания, отжимания, махи руками и ногами, наклоны туловища вперед, назад и в стороны, ходьба, бег, плавание, выпады, подъем корпуса и ног из положения лежа на спине, животе и боку и т. д. и т. п.

К сильным сторонам динамической нагрузки относят:

— наращивание мышечной массы и обретение эстетичных подтянутых форм, ведь именно благодаря динамическим упражнениям происходит рост длины мышцы;
— улучшение метаболизма;
— активное сжигание калорий и способствование избавлению от избыточного веса;
— благотворное влияние на дыхательную и сердечнососудистую системы;
— развитие опорно-двигательного аппарата и профилактика застойных явлений в нем;
— улучшение работы суставов и т. д.

Таким образом, универсальный секрет успеха в занятиях спортом, как видим, состоит в гармоничном аккорде существующих видов физической нагрузки. При этом не следует забывать, что неотъемлемой частью спортивного образа жизни является здоровый режим сна и отдыха, а также сбалансированное питание. Живите в ритме этих трех составляющих, и вы всегда будете иметь упругое гибкое эстетичное тело, здоровые внутренние органы, хорошее настроение и наполненность жизненными силами!

Источник