Задачи сопротивления материалов

2009-07-01


При проектировании сооружений и машин инженеру приходится выбирать материал и поперечные размеры для каждого элемента конструкции так, чтобы он вполне надежно, без риска разрушиться или исказить свою форму, сопротивлялся действию внешних сил, передающихся на него от соседних частей конструкции, т. е. чтобы была обеспечена нормальная работа этого элемента. Основания для правильного решения этой задачи дает инженеру наука о сопротивлении материалов.
Эта наука изучает поведение различных материалов при действии на них сил и указывает, как подобрать для каждого элемента конструкции надлежащий материал и поперечные размеры при условии полной надежности работы и наибольшей дешевизны конструкции. Иногда сопротивлению материалов приходится решать видоизмененную задачу — проверять достаточность размеров уже запроектированной или существующей конструкции.
Требования надежности и наибольшей экономии противоречат друг другу. Первое обычно ведет к увеличению расхода материала, второе же требует снижения этого расхода. Это противоречие является важнейшим элементом научной методики, обусловливающей развитие сопротивления материалов.
Часто наступает момент, когда существующие материалы и методы проверки прочности не в состоянии удовлетворить потребностям практики, ставящей на очередь решение новых задач (в наше время сюда относятся использование больших скоростей в технике вообще, в воздухоплавании в частности, перекрытие больших пролетов, динамические задачи и др.). Тогда начинаются поиски новых материалов, исследование их свойств, улучшение и создание новых методов расчета и проектирования. Прогресс науки о сопротивлении материалов должен поспевать за общим прогрессом техники. В некоторых случаях инженеру, помимо основных требований — надежности и наибольшей экономии,— приходится при выполнении конструкции удовлетворять и другим условиям, например, требованиям быстроты постройки (при восстановлении разрушенных сооружений), минимального веса (при конструировании самолетов) и т. п.
Эти обстоятельства также отражаются на выборе материала, размеров и форм частей конструкции. Начало развития сопротивления материалов как науки иногда относят к 1638 г. и связывают с именем Галилео Галилея1, знаменитого итальянского ученого. Галилей был профессором математики в Падуе. Он жил в период разложения феодального строя, развития торгового капитала, международных морских сношений и зачатков горной и металлургической промышленности.
Новая экономика того времени поставила на очередь решение ряда новых технических проблем. Оживление внешних торговых сношений поставило задачу увеличения тоннажа судов, а это повлекло за собой необходимость изменения их конструкции; одновременно стал вопрос о реконструкции и создании новых внутренних водных путей сообщения, включая устройство каналов и шлюзов. Эти технические задачи не могли быть решены простым копированием существовавших раньше конструкций судов н сооружений; оказалось необходимым научиться путем расчета оценивать прочность элементов конструкции в зависимости от их размеров и величины действующих на них нагрузок.
Значительная часть работ Галилея была посвящена решению задач о зависимости между размерами балок и других стержней и теми нагрузками, которые могут выдержать эти элементы конструкции. Он указал, что полученные им результаты могут “принести большую пользу при постройке крупных судов, в особенности при укреплении палуб и покрытий, так как в сооружениях этого рода легкость имеет огромное значение». Исследования Галилея опубликованы в его книге «Discorsi e Dimostrazioni matematiche» (1638, Лейден, Голландия).
Дальнейшее развитие сопротивления материалов шло параллельно развитию техники строительства и машиностроения и связано с целым рядом работ выдающихся математиков, физиков и инженеров.

Источник: Н. М. Беляев. “Сопротивление материалов

Учение о сопротивлении материалов, или, как обычно говорят, «сопротивление материалов» или «сопромат», представляет собой главу механики, имеющую дело с реальными твердыми телами. Практическая цель, которую ставит перед собою сопротивление материалов, — это расчет на прочность частей машин и сооружений … . В процессе эксплуатации машина или сооружение подвергается действию разного рода сил. Все реальные тела под действием сил деформируются, то есть изменяют свою форму и размеры. Если силы достаточно велики, тело может разрушиться, то есть распасться на части. Для того чтобы часть конструкции могла выполнять свои функции, необходимо, чтобы была обеспечена прочность ее при рабочих условиях. Под нарушением прочности мы будем понимать либо фактическое разрушение, либо появление недопустимо больших деформаций. Иногда в этих случаях говорят о расчете на прочность и на жесткость, понимая под прочностью в узком смысле слова гарантию от разрушения, под жесткостью — ограничение деформации. Мы будем понимать термин «прочность» в дальнейшем, если это особо не оговорено, в широком смысле слова.

Что такое допустимая н недопустимая деформация—-это вопрос, который в каждом отдельном случае решается особо в зависимости от той конструктивной функции, которую выполняет данная часть сооружения. Так, если мост прогибается под действием силы веса проходящего поезда на несколько сантиметров, то этот прогиб ничтожно мал по сравнению с пролетом моста, длина которого измеряется десятками метров; его считают допустимым. С другой стороны, прогиб станины или шпинделя токарного станка в одну десятую миллиметра от силы, действующей на резец, исключает возможность сколько-нибудь точной обработки детали и совершенно недопустим.


Источник: Ю. Н. Работнов. “Сопротивление материалов


Ссылки по теме

1 Галилео Галилей (1564—1642) родился в г. Пизе (Италия) и происходил из знатного флорентийского рода.



Связанные статьи

метки:

Последнее обновление: 16/03/2010; #20

категория: ,