Статические нагрузки: определение, применение и значение для безопасности

Статическая нагрузка — это механическая сила, приложенная медленно к сборке или объекту. Её можно противопоставить динамической нагрузке, которая является силой, приложенной быстро. Испытания на статическую нагрузку полезны для определения максимально допустимых нагрузок на инженерные сооружения, такие как мосты, и они также могут быть полезны для выявления механических свойств материалов.

Применение в инженерии и коэффициент безопасности

Эта сила часто применяется к инженерным сооружениям, от которых зависит безопасность людей, потому что инженерам нужно знать максимальную силу, которую может выдержать сооружение до обрушения. Любая сила, приложенная стабильно без перемещения объекта, считается статической нагрузкой, и знание того, какую нагрузку может выдержать сооружение, полезно для установки запасов прочности для сооружения. Ограничение нагрузки до половины максимальной нагрузки сооружения даст коэффициент безопасности два.

Пример: лифт

Лифт — пример, где происходит статическая нагрузка. Когда десять человек стоят в лифте, ожидая закрытия дверей, они оказывают на него статическую нагрузку, потому что люди и лифт не движутся относительно друг друга. Напряжения внутри лифта имеют время достичь равновесия при таких условиях. Лифт должен быть испытан для установки максимального весового предела с приемлемым запасом прочности.

Динамические нагрузки и испытание материалов

Динамическая нагрузка, с другой стороны, возникает, когда условия нагружения меняются во времени. Когда люди двигаются в лифте, они создают динамическую нагрузку, и напряжения в точке лифта могут значительно варьироваться.

Сами материалы могут подвергаться испытаниям для обнаружения их фундаментальных свойств. Все материалы имеют внутренний предел того, сколько натяжения или сжатия они могут выдержать перед текучестью или постоянной деформацией. Напряжение — это мера силы на единицу площади поперечного сечения материала, и когда сила на единицу площади становится слишком большой, развиваются микротрещины. Если сила продолжает расти, материал может сломаться полностью.

Растяжение и предел прочности

Испытание на растяжение может использоваться для определения предела прочности материала на растяжение. Объекты переходят в состояние натяжения, когда внешние силы приложены вдоль одной оси. Если силы приложены вертикально, объекты будут иметь тенденцию становиться немного выше, но тоньше. Эта деформация временна и исчезнет, когда силы утихнут. Однако когда напряжения превышают точку текучести, материал будет иметь свои размеры постоянно измененными.

Образец, подвергнутый испытанию на растяжение, обычно может выдерживать напряжения выше своей текучести без разрыва. В определенный момент, однако, образец разорвется на два куска, потому что микротрещины, возникшие от текучести, вырастут. Напряжение в точке полного разрыва называется предельной прочностью материала на растяжение.