Нагрузки и воздействия
Взаимодействие системы с окружающей средой представляется обычно в виде нагрузок или воздействий, приложенных к узлам системы (узловые нагрузки) или к внутренним точкам ее конечных элементов (местные нагрузки). Местные нагрузки могут быть силами и моментами, сосредоточенными или распределенными по линиям, площадям и объемам. Иногда нагружение системы представляется в форме температурных воздействий на элементы или заданными смещениями в узлах. Т.е. эти воздействия проявляются не как силовые, а как кинематические факторы.
Если воздействия меняются во времени, то вызванные ими ускорения масс системы приводят к появлению инерционных сил. В тех случаях, когда силами инерции пренебречь нельзя, говорят о динамическом характере воздействия, но всегда следует помнить, что отнесение воздействия к классу статических или динамических связано не только с их собственными свойствами, но и с инерционными
характеристиками системы.
Совокупность нагрузок и воздействий, одновременно приложенных к системе и рассматриваемых совместно, называется ее загружением. Иногда к одному загружению относят лишь ту часть одновременно приложенных нагрузок, которая связана общим происхождением (например, только силы давления колес одного мостового крана или нагрузки от снега на покрытие лишь в одном пролете многопролетного здания) или же имеет какие-то другие общие свойства (например, установленный нормами коэффициент надежности по нагрузке). Если при этом впоследствии возникает необходимость учесть эффект совместного действия нескольких загружений такого рода (их сумму, взятую с некоторыми коэффициентами), то говорят о комбинации загружений и соответственно о коэффициентах такой комбинации.
Поскольку загружения могут в различные моменты времени образовывать различные комбинации и возможное число таких комбинаций (сочетаний) достаточно велико, то возникает нетривиальная задача отыскания таких сочетаний внешних воздействий, которые приводят к наиболее неблагоприятным последствиям для некоторого проверяемого элемента или его сечения. В этом случае будем говорить об отыскании расчетного сочетания усилий (РСУ). Решая эту задачу, следует помнить о логической связи между загружениями, определяемыми природой действующих на систему нагрузок или же предписаниями нормативных документов. Такие логические связи иногда определяют невозможность одновременного действия (несовместность) некоторых нагрузок, таких, например, как ветровой напор от ветров различного направления. В других случаях, наоборот, требуется обязательный учет какого-либо загружения при рассмотрении вполне определенного другого загружения (например, сила трения возможна лишь при одновременном учете и силы нормального давления), хотя обратная связь такого рода может и отсутствовать (нормальное давление в отсутствие трения вполне можно рассматривать самостоятельно).
Необходимо отметить, что использование комбинаций загружений или же отыскание расчетного сочетания усилий основано на принципе суперпозиции и, следовательно, имеет смысл лишь для линейных систем. При учете нелинейности любого рода необходимо описывать все действующие на систему нагрузки в рамках одного загружения.
19.2. Основные соотношения метода конечных элементов
