ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ КУРСА «СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ»

Инженеру любой специальности при проектировании различных конструкций (деталей машин, аппаратов, приборов и сооружений) приходится знать основы расчета на прочность, жесткость и устойчивость. Несмотря на чрезвычайное разнообразие форм элементов конструкций с некоторой степенью точности каждый из них для целей расчета можно рассматривать как брус (прямой или кривой), пластину или оболочку, либо как массивное тело.

Под действие внешних сил (нагрузок), приложенных к брусу, он деформируется. При этом если деформации исчезают после снятия нагрузки, то их называют упругими. Деформации, не исчезающие после снятия нагрузки, называются остаточными, или пластическими.

Из расчетов на прочность, жест­кость и устойчивость основным является расчет на проч­ность. В настоящее время существует два основных принципиальноразличных подхода к расчету на прочность. Согласно первому из них прочность элемента конструкции считается нарушенной, если при действии приложенных к нему нагрузок хотя бы в одной его точке появляются признаки хрупкого разрушенияили возникают пластические деформации. Под нарушением прочности понимают появление трещин, изломов, но и возникновение местных пластических деформаций. Соответствующий метод расчета называют расчетом по допускаемым напряже­ниям.

При втором подходе к расчету нарушение прочности отожде­ствляется с исчерпанием несущей способности конструкции, т.е. спереходом ее в такое состояние, при котором конструкция не оказывает сопротивления возрастанию действующих на нее нагрузок. Указанное состояние конструкции, называемое предельным, характеризуется ростом ее деформаций при постоянной (предель­ной) величине нагрузки. Соответствующий метод расчета называют расчетом по предельным нагрузкам. Расчет по предельным нагрузкам применим только к конструкциям из пластичных матери­алов при статическом действии нагрузок. Переход в предельное состояние связан с появлением пластических деформаций (возник­новением текучести материала) во всех точках элемента конструкции или некоторых его сечений.

Целью расчетов на жесткость является определение таких размеров элементов конструкций, при которых перемещения (деформации) не будут превышать заданных (весьма малых) величин, допустимых по условиям нормальной эксплуатации.

На устойчивость необходимо рассчитывать такие элементы конструкции, характер деформации которых претерпевает резкое качественное изменение при достижении нагрузкой некоторого определенного значения, называемого критическим. Простейший пример такого явления представляет продольный изгиб сжатого стрежня – при некотором значении сжимающей силы происходит выпучивание прямолинейного стрежня, равносильное разрушению. Расчет должен обеспечить устой­чивость первоначальной (прямолинейной) формы оси стержня.

При проведении расчетов необходимо стремиться к сочетанию надежности работы сооружения с его дешевизной, добиваться необходимой прочности, жесткости и устойчивости при наименьшем расходе материала.

В сопротивлении материалов рассматриваются, как правило, вопросы расчета отдельных элементов, имеющих несложную форму, и даются приближенные решения, основанные на ряде допущений, упрощающих эти расчеты. В тех случаях, когда подготовка инженера технической специальности не предусматривает изучения специальных разделов курса, то в сопротивление материалов включаются вопросы расчета простейших конструкций.

В отличие от теоретической механики, в которой все тела рассматриваются как абсолютно твердые, в сопротивлении материалов учитывается, что элементы конструкций изготовлены из материалов, которые при действии на них внешних сил изменяют свою форму и размеры, т.е. деформируются.

В сопротивлении материалов широко применяются методы теоретической механики (в первую очередь статики) и математического анализа, а также используются данные, полученные в разделах физики, изучающих свойства различных материалов.

Сопротивление материалов является наукой экспериментально-теоретической, так как широко использует опытные данные и теоретические исследования.

Начало науки о сопротивлении материалов связывают обычно с именем знаменитого физика, математика и астронома Галилео Галилея (1564 – 1642), который в работе, опубликованной в 1638 году, дал решения некоторых важных задач динамики и сопротивления материалов. В 1660 году Р. Гуком был сформулирован закон, устанавливающий связь между нагрузкой и деформацией и имеющий исключительно большое значение для сопротивления материалов. Развитию этой науки в XVIII веке способствовали успехи высшей математики и механики; особо большое значение имели работы Л. Эйлера.

Бурный рост промышленности в XIX веке, внедрение паровых машин, строительство железных дорог, мостов, плотин, каналов, судов и крупных зданий вызвали быстрое развитие науки о прочности.

В России в конце XIX начале XX веков важные исследования в области сопротивления материалов были проведены Д. И. Журавским, А. В. Гадолиным, X. С. Головиным, Ф. С. Ясинским, В. Л. Кирпичевым, И. Г. Бубновым, С. П. Тимошенко и другими учеными.

Наибольшего расцвета наука о сопротивлении материалов в нашей стране достигла после Октябрьской революции в связи с общим бурным ростом всего народного хозяйства, расширением сети высших технических учебных заведений, научно-исследовательских институтов и проектных организаций. Важные исследования проведены в этот период советскими учеными А. Н. Крыловым, В. 3. Власовым, Б. Г. Галеркиным, К. С. Завриевым, Н. М. Беляевым, Б. Н. Жемочкиным, А. А. Уманским, Н. П. Пузыревским, И. М. Рабиновичем, П. Л. Пастернаком, П. Ф. Папковичем, С. В. Серенсеном, А. Ф. Смирновым, В. В. Болотиным и др.

Основное внимание в сопротивлении материалов уделяется изучению брусьев, являющихся наиболее распространенными элементами многих конструкций. Брусом (или стержнем) называется элемент, длина которого значительно больше его поперечных размеров. Горизонтальный (или наклонный) брус, работающий на изгиб, обычно называют балкой. Для расчета бруса необходимо знать свойства материала, из которого он изготовлен, длину оси, форму и размеры его поперечных сечений. Ось бруса представляет собой геометрическое место точек, совпадающих с центрами тяжести площадей поперечных сечений бруса (т.е. сечений, расположенных в плоскостях, перпендикулярных указанной оси).

Поиск по сайту: