В механики , то нейтральная плоскость или нейтральная поверхность представляет собой концептуальную плоскость , в пределах луча или кантилевера . Под действием изгибающей силы балка изгибается так, что внутренняя поверхность испытывает сжатие, а внешняя поверхность - растяжение . Нейтральная плоскость - это поверхность внутри балки между этими зонами, где материал балки не подвергается напряжению , сжатию или растяжению. [1]
Поскольку в нейтральной плоскости отсутствует сила продольного напряжения, нет и 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 каждый луч должен иметь нейтральную плоскость, можно представить, что материал луча разделен на узкие волокна, параллельные его длине. Когда балка изгибается, в любом заданном поперечном сечении область волокон около вогнутой стороны будет испытывать сжатие, а область около выпуклой стороны будет испытывать растяжение. Поскольку напряжение в материале должно быть непрерывным по всему поперечному сечению, должна существовать граница между областями сжатия и растяжения, при которых волокна не испытывают напряжения. Это нейтральный самолет. [1]
Структурный дизайн
Расположение нейтральной плоскости может быть важным фактором в монококовых конструкциях и сосудах высокого давления . Если структура представляет собой мембрану, поддерживаемую ребрами жесткости, то размещение кожи вдоль нейтральной поверхности позволяет избежать сил сжатия или растяжения, действующих на нее. Если кожа уже находится под внешним давлением, это снижает общую силу, которой она подвергается.
При проектировании подводных лодок это была важная, хотя и тонкая проблема. Подводные лодки американского флота времен Второй мировой войны имели не совсем круглую форму корпуса , из-за чего узловой круг отделялся от нейтральной плоскости, создавая дополнительные напряжения. Первоначальный дизайн был оформлен изнутри: это потребовало доработки конструкции методом проб и ошибок, чтобы получить приемлемые размеры для размеров ребер . Конструктор Эндрю И. Макки из Портсмутской военно-морской верфи разработал улучшенную конструкцию. Путем размещения шпангоутов частично внутри корпуса и частично снаружи, нейтральная ось могла быть переставлена так, чтобы снова совпадать с узловой окружностью. Это не дало результирующего изгибающего момента на рамах и, таким образом, позволило получить более легкую и эффективную конструкцию. [2]
Метрология
Свойство сохранения постоянной длины под нагрузкой было использовано в метрологии длины . Когда металлические стержни были разработаны в качестве физических эталонов для измерения длины, они были откалиброваны как отметки, сделанные на длине, измеренной вдоль нейтральной плоскости. Это позволило избежать незначительных изменений длины из-за прогиба штанги под собственным весом.
Первыми стандартами длины, в которых использовалась эта техника, были сплошные стержни прямоугольного сечения. На каждом конце было просверлено глухое отверстие на глубину до нейтральной плоскости, и калибровочные отметки были сделаны на этой глубине. Это было неудобно, так как невозможно было проводить измерения непосредственно между двумя отметками, а только со смещенной пробивкой по колодцам.
Более удобный подход был использован для международного прототипа измерителя 1870 года, стержня из платино-иридиевого сплава, который служил определением измерителя с 1889 по 1960 год. Он был сделан с расширенным H-образным поперечным сечением, названным сечением Tresca. . Одна поверхность центральной поперечины H была спроектирована так, чтобы совпадать с нейтральной плоскостью, и калибровочные отметки, определяющие измеритель, были нанесены на эту поверхность. [4]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ a b Уайли, К. Рэй (1975). Высшая инженерная математика, 4-е изд . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. С. 67 . ISBN 0070721807.
- ^ Олден, Джон Д., командующий (USN Ret) (1979). Подводная лодка флота в ВМС США: история проектирования и строительства . Лондон: Arms and Armor Press. стр. 215, 217. ISBN 0-85368-203-8.CS1 maint: ref дублирует значение по умолчанию ( ссылка )
- ^ «Бронзовый двор №11» . Museum.nist.gov . Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинала на 2012-02-04 . Проверено 27 марта 2013 .
- ^ LW Nickols (1966). «Измерение длины». Инженерное наследие . II . Лондон: Хайнеманн. п. 2.