W tym wpisie znajdziesz informację na temat:

1. Co nazywamy obciążeniem.
2. Rodzaje obciążeń
3. Siła skupiona (obciążenie punktowe)
4. Obciążenie ciągłe rozłożone równomiernie
5. Obciążenie ciągłe rozłożone nierównomiernie
6. Moment skupiony

W artykule skupimy się na obciążeniach statycznych. Jak podaje Wikipedia:

obciążenie statyczne – działanie sił o niezmiennych w czasie wartościach, kierunkach i punktach przyłożenia względem danego ciała.

To co ważne i warte podkreślenia obciążenia statyczne są niezmienne w czasie. Istnieją również obciążenia dynamiczne, ale nimi zajmiemy się w kolejnych wpisach poświęconych dynamice.

Rodzaje obciążeń

Skupimy się na podstawowych obciążeniach, które możesz spotkać w zadaniach z mechaniki lub wytrzymałości materiałów.

Wszystkie rysunki schematów obciążeń belek użyte we wpisie zostały wygenerowane w Kalkulatorze Belek

Siła skupiona (obciążenie punktowe)

Siła skupiona jest najczęściej spotykanym rodzajem obciążenia w świecie zadań z mechaniki. Przykład siły skupionej przyłożonej do belki widzisz poniżej.

Siła skupiona to wektor o określonym kierunku, zwrocie i wartości przyłożony w punkcie zaczepienia, przyłożenia siły.

Jednostką siły w układzie SI jest Newton [N].

Najczęściej używane symbole to F lub P.

Przykładem siły skupionej w otaczającym nas świecie jest człowiek stojący na kładce lub moście, lampa stojąca na stole. Tak naprawdę żadne z podanych przykładów nie naciska na podłoże w jednym punkcie lecz na określonej powierzchni. Mimo wszystko przyjmiemy w rozwiązywanych zagadnieniach pewne uproszczenie i sprowadzamy takie elementy obciążające do siły punktowej. Ze względu na to, że stosunek powierzchni na jakiej naciska obiekt na podłoże do powierzchni całego elementu jest małe.

Siły skupione mogą być przykładane pod kątem. Wtedy dobrze jest rozłożyć siłę na dwie składowe: poziomą oraz pionową.

Obciążenie ciągłe rozłożone równomiernie

Kolejnym rodzajem obciążenia jakie omówimy to obciążenie ciągłe. Ten typ obciążenia sprawia największe problemy podczas rozwiązywania zadań. W przeciwieństwie do siły skupionej działa na jakieś długości. Dlatego też aby obliczyć wypadkową wartość siły pochodzącą od obciążenia ciągłego należy wartość obciążenia pomnożyć przez długość na jakim działa.

Tak jak w przykładzie powyżej obciążenie ciągłe najczęściej oznaczone małą literą „q” można zastąpić siłą skupioną o wartości Q=q*l

Jednostką obciążenia ciągłego w SI jest [N/m]

Przykładem z życia wziętym jeśli chodzi o obciążenie ciągłe jest śnieg na dachu, który jest rozłożony na całej jego powierzchni. W tym wypadku nie możemy sprowadzić do siły skupionej.

Obciążenie ciągłe rozłożone nierównomiernie

Obciążenie ciągłe nierównomierne rozłożone to kolejny rodzaj jaki przeanalizujemy. Zasada działania jest podobna, z tą różnicą jak sama nazwa nam wskazuje, że obciążenie nie będzie równomierne.

Możemy spotkać kilka przypadków tego obciążenia. Możemy mieć obciążenie w kształcie trójkąta lub trapezu.

Moment skupiony

Na koniec omówimy moment skupiony. Jest to wynik redukcji pary sił do punktu. Podczas pisania równań równowagi momentu skupionego nie uwzględniamy w obliczeniu wypadkowych sił na kierunek poziomy i pionowy. Bierzemy go pod uwagę jedynie w równaniach na momenty.

Jednostką momentu skupionego jest [Nm]

W przypadku momentu nie ma potrzeby do przemanżania go przez odległość

Właśnie poznałeś najczęściej używane rodzaje obciążeń. Sposób obliczania ich wpływu na belkę, ramę czy kratownicę poznasz w kolejnych wpisach.

P.S Wszystkie rysunki schematów obciążeń belek użyte we wpisie zostały wygenerowane w kalkulatorze belek