所谓外力是指周围物体对构件的作用力。
我们可以将外力根据不同形式进行分类。
首先按作用方式可以分为表面力和体积力。表面力是指作用于物体表面的力,体积力是指构件内部受到的所有力,例如重力、惯性力。
表面力又可以根据力作用的区域又可以分成分布力和集中力。分布力是指连续作用在物体表面,例如油压力、水压力。如果力的作用区域和构件相比非常小,就可以把它简化成集中力,例如火车车轮对钢轨的压力。
按照作用的时间可以划分为静载荷和动载荷。静载荷是指载荷缓慢增加,变化到某一个值就保持不变。动载荷是指载荷的大小是随时间变化的,例如交变载荷、冲击力等。静载荷与动载荷最大的区别就是动载荷会使物体获得一个加速度。在材料力学中,主要研究分析的是静载荷。
所谓内力是指由外力作用所引起的,物体内相邻部分之间的相互作用力。内力的大小总是随外力的变化而变化。
内力的特点
首先是有限性,内力随着外力变化到某一个临界值,就会打破平衡,内力不再增加。
其次,内力都是成对出现的。因为它是物体内部一部分给另外一部分的力,是作用力和反作用力的关系。
第三个特点就是分布性。在构件的截面上,内力均匀地分布其上。在研究截面时,通常将内力向型芯简化成一个力或者是力偶。
将内力向型芯内部简化,可以得到一个主矩和主矢。沿着坐标轴进行分解,可以得到6个内力分量。
首先来看主矢的分量,沿着X、Y、Z三个坐标轴进行分解,沿着轴向的分力可以称为轴力,Y、Z方向的分力称为剪力。
主矩也可以沿着三个坐标轴进行分解,一个是构件造成构件扭转变形的分量,称为扭矩,另外两个称为弯矩。
求解内力的方法只有截面法。
第一步将截面切开,想求得哪一个构件的界面,就用一个假象的截面将其切开,以其中受力较为简单的一部分作为研究对象,而另一舍去的部分则用截面上对应的内力或力偶替代。
简单点讲,就是将一个物体切成左右两半,左侧受力较为简单,我们研究物体的左侧时,一定要将物体右侧的作用力添加到左侧上,否则研究的结论就是错误的。
研究物体的受力情况时,外力和内力的大小、方向一定是对称相等的。建立平衡方程,根据已知的外力,求解截面上的未知内力。
最复杂的情况下,可以列出六个平衡方程,其中三个是力的投影方程,三个是力矩方程,六个方程求解六个未知量。