Нейтральный самолет - Википедия - Neutral plane

Равномерно нагруженная балка, прогибающаяся (провисающая) под нагрузкой. Нейтральная плоскость показана пунктирной линией.

В механика, то нейтральная плоскость или же нейтральная поверхность концептуальный самолет в пределах луч или же консоль. Под действием изгибающей силы балка изгибается так, что внутренняя поверхность находится в сжатие а внешняя поверхность в напряжение. Нейтральная плоскость - это поверхность внутри балки между этими зонами, где материал балки не находится под стресс, либо сжатие, либо растяжение.[1]

Поскольку в нейтральной плоскости отсутствует продольная сила напряжения, нет напряжение либо удлинение: при изгибе балки длина нейтральной плоскости остается постоянной. Любая линия в нейтральной плоскости, параллельная оси луча, называется кривая прогиба 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, при любом данном поперечном сечении область волокон около вогнутой стороны будет испытывать сжатие, а область около выпуклой стороны будет испытывать растяжение. Поскольку напряжение в материале должно быть непрерывный В любом поперечном сечении должна быть граница между областями сжатия и растяжения, в которых волокна не испытывают напряжения. Это нейтральный самолет.[1]

Структурный дизайн

Расположение нейтральной плоскости может быть важным фактором монокок структуры и сосуды под давлением. 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 был важный, хотя и тонкий, вопрос. Соединенные штаты Подводные лодки флота Второй мировой войны корпус сечение, которое было не совсем круглым, в результате чего узловая окружность отделялась от нейтральной плоскости, вызывая дополнительные напряжения. Первоначальная конструкция была оформлена изнутри: это требовало доработки конструкции методом проб и ошибок для получения приемлемых размеров выступа. брус. Дизайнер Эндрю И. Макки в Портсмутская военно-морская верфь разработан улучшенный дизайн. Путем размещения шпангоутов частично внутри корпуса и частично снаружи, нейтральная ось могла быть переставлена ​​так, чтобы она снова совпадала с узловой окружностью. Это не дало результирующего изгибающего момента на рамах, что позволило создать более легкую и эффективную конструкцию.[2]

Метрология

Британский бронзовый ярд 1855 года. Двор определяется расстоянием между двумя линиями, начерченными на нижней поверхности отверстий на каждом конце стержня на нейтральной плоскости.[3]

Свойство сохранения постоянной длины под нагрузкой было использовано в длине метрология. 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 эталонами длины, в которых использовалась эта техника, были сплошные стержни прямоугольного сечения. На каждом конце было просверлено глухое отверстие на глубину 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 скважин.

Платино-иридиевый стандарт метр бары Раздел Треска. Нейтральная плоскость планки предназначена для совпадения с одной поверхностью центральной перемычки, соединяющей две стороны (на этой фотографии нижняя поверхность), а измеритель определяется двумя тонкими линиями, нанесенными на концах планки на этой поверхности.

Был использован более удобный подход для международный прототип счетчика 1870 г., бар платино-иридиевый сплав который служил определением метра с 1889 по 1960 год. Он был сделан с расширенным Н-образным поперечным сечением, называемым Раздел Треска. Одна поверхность центральной поперечины H была спроектирована так, чтобы совпадать с нейтральной плоскостью, и калибровочные метки, определяющие измеритель, были нанесены на эту поверхность.[4]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Уайли, К. Рэй (1975). Высшая инженерная математика, 4-е изд.. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. стр.67. ISBN  0070721807.
  2. ^ Олден, Джон Д., командующий (USN Ret) (1979). Подводная лодка ВМС США: история проектирования и постройки. Лондон: Arms and Armor Press. С. 215, 217. ISBN  0-85368-203-8.
  3. ^ «Бронзовый двор №11». Museum.nist.gov. Национальный институт стандартов и технологий. Архивировано из оригинал на 2012-02-04. Получено 2013-03-27.
  4. ^ Л.В. Николс (1966). «Измерение длины». Инженерное наследие. II. Лондон: Хайнеманн. п. 2.