Нейтральная плоскость

В механике или нейтральная плоскость нейтральная поверхность — это концептуальная плоскость внутри балки или консоли . Под действием изгибающей силы балка изгибается так, что внутренняя поверхность находится в сжатом состоянии , а внешняя - в растяжении . Нейтральная плоскость — это поверхность внутри балки между этими зонами, где материал балки не находится под напряжением , ни сжатием, ни растяжением. ^{[ 1 ]}

Поскольку в нейтральной плоскости нет продольной силы напряжения, нет также деформации или растяжения: когда балка изгибается, длина нейтральной плоскости остается постоянной. Любая линия в нейтральной плоскости, параллельная оси балки, называется кривой отклонения балки.

Чтобы показать, что каждая балка должна иметь нейтральную плоскость, можно представить материал балки разделенным на узкие волокна, параллельные ее длине. Когда балка изогнута, в любом поперечном сечении область волокон вблизи вогнутой стороны будет сжиматься, а область вблизи выпуклой стороны - под напряжением. Поскольку напряжение в материале должно быть непрерывным по всему поперечному сечению, между областями сжатия и растяжения должна существовать граница, на которой волокна не испытывают напряжения. Это нейтральный самолет. ^{[ 1 ]}

Структурный проект

Расположение нейтральной плоскости может быть важным фактором в монококовых конструкциях и сосудах под давлением . Если конструкция представляет собой мембрану, поддерживаемую ребрами жесткости, то размещение кожи вдоль нейтральной поверхности позволяет избежать воздействия на нее сил сжатия или растяжения. Если кожа уже находится под внешним давлением, то это снижает общую силу, которой она подвергается.

При проектировании подводных лодок это важный, хотя и тонкий, вопрос. США Подводные лодки флота времен Второй мировой войны имели не совсем круглую секцию корпуса , из-за чего узловая окружность отделялась от нейтральной плоскости, вызывая дополнительные напряжения. Первоначальная конструкция имела внутреннюю структуру: это потребовало доработки конструкции методом проб и ошибок, чтобы получить приемлемые размеры брусьев ребер . Конструктор Эндрю И. Макки на Портсмутской военно-морской верфи разработал улучшенную конструкцию. Разместив шпангоуты частично внутри корпуса, а частично снаружи, нейтральную ось можно было переставить так, чтобы она снова совпадала с узловым кругом. Это не создавало результирующего изгибающего момента на рамах и, таким образом, позволило создать более легкую и эффективную конструкцию. ^{[ 2 ]}

Метрология

Свойство сохранять постоянную длину под нагрузкой было использовано в метрологии длины . Когда металлические стержни были разработаны в качестве физических эталонов для измерения длины, их калибровали как отметки, сделанные на длине, измеренной вдоль нейтральной плоскости. Это позволило избежать незначительных изменений длины из-за провисания штанги под собственным весом.

Первыми стандартами длины, в которых использовался этот метод, были цельные стержни прямоугольного сечения. На каждом конце на глубину нейтральной плоскости сверлили глухое отверстие и на этой глубине делали калибровочные метки. Это было неудобно, так как нельзя было проводить измерения непосредственно между двумя отметками, а только со смещением трамбовки вниз по колодцам.

Более удобный подход был использован для международного прототипа счетчика 1870 года - стержня из платино-иридиевого сплава , который служил определением счетчика с 1889 по 1960 год. Он был изготовлен с изогнутым Н-образным поперечным сечением, называемым сечением Треска. . Одна поверхность центральной поперечины буквы H была спроектирована так, чтобы совпадать с нейтральной плоскостью, и на этой поверхности были нанесены калибровочные метки, определяющие измеритель. ^{[ 4 ]}

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Уайли, К. Рэй (1975). Высшая инженерная математика, 4-е изд . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 67 . ISBN 0070721807 .
^ Олден, Джон Д., командир (USN в отставке) (1979). Подводная лодка ВМС США: история проектирования и строительства . Лондон: Arms and Armor Press. стр. 215, 217. ISBN. 0-85368-203-8 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ «Бронзовый двор № 11» . Museum.nist.gov . Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 г. Проверено 27 марта 2013 г.
^ Л. В. Николс (1966). «Измерение длины». Инженерное наследие . Том. II. Лондон: Хайнеманн. п. 2.

[Wylie-1] Jump up to: ^а ^б Уайли, К. Рэй (1975). Высшая инженерная математика, 4-е изд . Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. стр. 67 . ISBN 0070721807 .

[Alden,_Pompano-2] Олден, Джон Д., командир (USN в отставке) (1979). Подводная лодка ВМС США: история проектирования и строительства . Лондон: Arms and Armor Press. стр. 215, 217. ISBN. 0-85368-203-8 . {{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[3] «Бронзовый двор № 11» . Museum.nist.gov . Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала 4 февраля 2012 г. Проверено 27 марта 2013 г.

[4] Л. В. Николс (1966). «Измерение длины». Инженерное наследие . Том. II. Лондон: Хайнеманн. п. 2.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]