Внешние нагрузки и реакции опор

Как уже отмечалось, элементы конструкции испытывают воздействие внешних нагрузок и деформируются. Рассмотрим, как происходит нагружение конструкции.
Напомним один из основных законов природы - третий закон Ньютона, сформулированный следующим образом: силы, с которыми два тела действуют друг на друга, направлены по одной прямой, равны по модулю, но противоположны по направлению. Иными словами, всегда в любой точке конструкции каждая сила должна быть уравновешена другой, равной ей по величине, но противоположной по направлению.

Рис. 10.1. Активные силы и опорные реакции

И вообще, любое внешнее силовое воздействие на конструкцию, независимо от физической природы сил, должно быть уравновешено эквивалентным силовым противодействием. Обычно принято одну из взаимоуравновешенных сил, действующих на самолет или на любой его элемент, называть активной или внешней силой (внешним силовым воздействием), а другую силу - уравновешивающей силой или силой реакции опоры (опорной реакцией). Вообще эти понятия довольно условны.
Допустим, в первом приближении, что вся подъемная сила самолета Y создается только его крылом, а силу тяжести G испытывает только фюзеляж. В этом примере характер сил Y и G можно рассматривать двояко:
1. Внешней силой, приложенной к самолету, является подъемная сила крыла. Опорой для крыла является фюзеляж. Крыло стремится "улететь вверх", а фюзеляж удерживает его.
2. Внешней силой, приложенной к самолету, является сила тяжести фюзеляжа. Опорой для фюзеляжа является крыло. Фюзеляж стремится "упасть на землю", а крыло удерживает его. Уравновешивание сил Y и G возможно, если крыло каким-либо образом связано с фюзеляжем. Предположим, что крыло 1 (рис. 10.1) соединено с фюзеляжем 2 болтовым соединением, состоящим из единственного болта 3, шайбы 4 и гайки 5. Естественно, что соединение неподвижно, его элементы находятся в статическом равновесии:

Y = - G .

Можно проследить пути, по которым силы проходят до уравновешивания, рассматривая эти пути либо со стороны внешней нагрузки, либо со стороны реакции опор, либо с обеих сторон - до встречи этих сил друг с другом в любой произвольной точке конструкции.

Рис. 10.2. Пути уравновешивания сил

На рис. 10.2 показаны различные пути уравновешивания сил в элементах болтового соединения: сила G приложена к стержню, а сила Y - к головке болта (рис. 10.2,а); сила Y приложена к стержню, а сила G - к верхней поверхности шайбы (рис.10.2,б); сила G приложена к верхней поверхности, а сила Y - к нижней поверхности шайбы (рис. 10.2,в); сила Y приложена к верхней поверхности витков резьбы болта, а сила G - к нижней поверхности витков резьбы гайки (рис. 10.2,г).

Анализируя работу под нагрузкой любого элемента конструкции, независимо от его сложности или размеров, мы должны установить: а) какая внешняя нагрузка действует на конструкцию и каким образом она приложена к конструкции; б) что является опорой для конструкции и каким образом нагрузка передается с конструкции на опору; в) что происходит внутри конструкции при ее нагружении.