Большая Советская Энциклопедия.

Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Сопротивление материалов

Сопротивление материалов (далее С)наука о прочности и деформируемости элементов (деталей) сооружений и машин. Основные объекты изучения Сопротивление материалов - стержни и пластины, для которых устанавливаются соответствующие методы расчета на прочность, жесткость и устойчивость при действии статических и динамических нагрузок. Сопротивление материалов базируется на законах и выводах теоретической механики, но, помимо этого, учитывает способность материалов деформироваться под действием внешних сил. Физико-механические характеристики (предел текучести, предел прочности, модуль упругости и т.п.), необходимые для оценки прочности и деформативности материалов, определяются при помощи испытательных машин и специальных измерительных приборов - тензометров. При испытаниях обеспечиваются требуемые условия загружения и высокая точность измерения деформаций испытываемых образцов материалов. Наиболее характерно испытание на растяжение образцов, представляющих собой стержни круглого сечения или полосы с сечением в виде узкого прямоугольника. По результатам этих испытаний строится т. н. диаграмма растяжения-сжатия. Располагая диаграммой испытания и пользуясь разработанными в Сопротивление материалов методами расчета, можно предсказать, как будет вести себя реальная конструкция, изготовленная из того же материала.

  Основное содержание и методы Сопротивление материалов При деформации твердого тела под нагрузкой изменяется взаимное расположение его микрочастиц, вследствие чего в теле возникают внутренние напряжения. В Сопротивление материалов определяются наибольшие напряжения в элементах сооружений или деталях машин. Они сравниваются с нормативными величинами, т. е. с напряжениями, которые можно допустить, не опасаясь повреждения или разрушения этих элементов (деталей). Проверке подлежат также деформации тела и перемещения его отдельных точек. Помимо необходимой прочности, конструкция должна быть также устойчивой, т. е. обладать способностью при малых случайных кратковременных воздействиях, нарушающих ее равновесие, лишь незначительно отклоняться от исходного состояния. Выполнение этого требования зависит от внешних сил, геометрии элемента (детали) и от физических констант материала.

  Для расчета элементов конструкций в Сопротивление материалов разрабатываются приближенные инженерные методы, использующие кинематические и статические гипотезы, которые в большинстве случаев оказываются достаточно близкими к действительности. При выводе расчетных формул для определения напряжений и перемещений производится схематизация рассчитываемого элемента сооружения, его опорных закреплений и действующей нагрузки, иначе говоря, создается расчетная схема (модель) объекта.

  При построении общей теории расчета в Сопротивление материалов рассматриваются т. н. идеализированные тела со свойствами, лишь приближенно отражающими поведение реальных объектов. Тела считаются однородными (со свойствами, одинаковыми во всех точках), сплошными (без пустот), обладающими упругостью (способностью восстанавливать свои размеры после снятия нагрузки), изотропными (с одинаковыми упругими свойствами по всем направлениям). На основе изучения простейших деформаций - растяжения-сжатия, кручения, изгиба в Сопротивление материалов выводятся формулы, позволяющие для каждого из этих видов деформаций определять напряжения, перемещения и деформации в отдельных точках тела. При наличии одновременно двух или нескольких простейших деформаций, протекающих в упругой стадии (для которой справедлива линейная зависимость между напряжением и деформациями), напряжения и деформации, найденные отдельно для каждого вида, суммируются.

  Многие материалы (например, бетон) обладают свойством ползучести (см. Ползучесть материалов), вследствие которой деформации могут возрастать со временем при неизменной нагрузке. В Сопротивление материалов устанавливаются законы развития ползучести и время, в течение которого она заметно проявляется, а также рассматривается воздействие на стержень ударной нагрузки, при которой возникают динамические напряжения; последние определяются по приближенным формулам, выведенным на основе ряда допущений. При расчете элементов сложной формы, для которых аналитические формулы вывести не удается, применяют экспериментальные методы (например, оптический, лаковых покрытий, муаровых полос и др.), позволяющие получать наглядную картину распределения деформаций по поверхности исследуемого элемента (детали) и вычислять напряжения в его отдельных точках. Наибольшую трудность представляет определение т. н. остаточных напряжений, которые могут возникать в элементах конструкций, не несущих нагрузки (например, при сварке или в процессе прокатки стальных профилей).

  Одна из важных задач Сопротивление материалов состоит в создании т. н. теорий прочности, на основе которых можно проверить прочность элементов в сложном напряженном состоянии, исходя из прочностных характеристик, полученных опытным путем для простого растяжения-сжатия. Существует ряд теорий прочности; в каждом отдельном случае пользуются той из них, которая в наибольшей степени отвечает характеру нагружения и разрушения материала.

  Историческая справка. История Сопротивление материалов, как и многих др. наук, неразрывно связана с историей развития техники. Зарождение науки о Сопротивление материалов относится к 17 в.; ее основоположником считается Галилей, который впервые обосновал необходимость применения аналитических методов расчета взамен эмпирических правил. Важным шагом в развитии Сопротивление материалов явились экспериментальные исследования Р. Гука (60-70-е гг. 17 в.), установившего линейную зависимость между силой, приложенной к растянутому стержню, и его удлинением (закон Гука). В 18 в. большой вклад в развитие аналитических методов в Сопротивление материалов был сделан Д. Бернулли, Л. Эйлером и Ш. Кулоном, сформулировавшими важнейшие гипотезы и создавшими основы теории расчета стержня на изгиб и кручение. Исследования Эйлера в области продольного изгиба послужили основой для создания теории устойчивости стержней и стержневых систем. Т. Юнг ввел (1807) понятие о модуле упругости при растяжении и предложил метод его определения.

  Важный этап в развитии Сопротивление материалов связан с опубликованием (в 1826) Л. Навье первого курса Сопротивление материалов, содержавшего систематизированное изложение теории расчета элементов конструкций и сооружений. Принципиальное значение имели труды А. Сен-Венана (2-я половина 19 в.). Им впервые были выведены точные формулы для расчета на изгиб кривого бруса и сформулирован принцип, согласно которому распределение напряжений в сечениях, отстоящих на некотором расстоянии от места приложения нагрузки, не связано со способом ее приложения, а зависит только от равнодействующей этой нагрузки.

  Большие заслуги в развитии Сопротивление материалов принадлежат русскому ученым М. В. Остроградскому, исследования которого в области Сопротивление материалов, строительной механики, математики и теории упругости приобрели мировую известность, и Д. И. Журавскому, впервые установившему (1855) наличие касательных напряжений в продольных сечениях бруса и получившему формулу для их определения (эта формула применяется и в современной практике инженерных расчетов). Всеобщее признание получили исследования Ф. С. Ясинского, разработавшего (1893) теорию продольного изгиба в упругой стадии и за ее пределами (рекомендации Ясинского послужили основой для разработки современных нормативных документов в СССР и за рубежом).

  В начале 20 в. расширение масштабов применения и стальных конструкций, появление сложных машин и механизмов обусловили быстрое развитие науки о Сопротивление материалов Были опубликованы классические учебники С. П. Тимошенко по Сопротивление материалов и строительной механике, труды А. Н. Динника по продольному изгибу, устойчивости сжатых стержней и др.

  Дальнейшему совершенствованию методов Сопротивление материалов способствовало создание в СССР ряда научно-исследовательских учреждений для проведения исследований в области расчета конструкций. Появились новые разделы Сопротивление материалов Большое влияние на развитие Сопротивление материалов оказали труды Н. М. Беляева в области пластических деформаций, А. А. Ильюшина по теории пластичности, Ю. Н. Работнова и А. Р. Ржаницына по теории ползучести. Значительным вкладом в науку о Сопротивление материалов явилась созданная В. З. Власовым теория расчета тонкостенных стержней и оболочек. Важные фундаментальные исследования выполнены советскими учеными Н. И. Безуховым, В. В. Болотиным, А. Ф. Смирновым, В. И. Феодосьевым и др.

  Современные тенденции развития науки о Сопротивление материалов Одна из важнейших задач Сопротивление материалов - установление причин и характера разрушения материалов, требующее всестороннего теоретического и экспериментального изучения процессов, происходящих в микрообъемах тела, в частности характера возникновения и развития трещин. Установлено существование таких (предельных) напряжений, превышение которых влечет за собой прогрессирующий рост уже появившихся трещин, приводящий в конечном счете к разрушению тела. Если напряжения меньше указанного предела, то тело, имеющее трещины, находится в состоянии трещиноустойчивости. В некоторых случаях под действием нагрузки разрушения в микроэлементах распространяются на весь объем тела (особенно при высоких температурах). Исследование этих вопросов требует создания нового важного раздела механики деформируемого тела - механики разрушения. Еще недостаточно изучен ряд вопросов т. н. усталостной прочности материалов, в частности прочность элементов (деталей) машин при их длительном циклическом нагружении.

  В связи с появлением новых конструкционных материалов (например, пластмасс, легких сплавов) возникла необходимость создания теорий прочности, отражающих специфические свойства этих материалов. Современные технологические процессы (например, с применением высоких давлений) позволяют получать материалы с весьма высокой прочностью, поведение которых под нагрузкой недостаточно изучено и требует целенаправленных исследований.

  Лит.: Тимошенко С. П., История науки о сопротивлении материалов с краткими сведениями из истории теории упругости и теории сооружений, М., 1957; Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М.. 1962; Феодосьев В. И., Сопротивление материалов, М., 1974; Сопротивление материалов, М., 1975.

  Под редакцией А. Ф. Смирнова.

 


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 16.11.2018 13:21:08


13:16 Лидеров «красных кхмеров» впервые признали виновными в геноциде
13:14 США нашли способ помирить Турцию и Саудовскую Аравию
13:10 Астраханский футболист задержан в Дагестане за убийство таксиста
13:06 Эмма Стоун пожелала впервые сняться обнаженной и преуспела
13:01 Москвичи проспали 15-градусные морозы  
12:56 Полиция сорвала день рождения российскому бойцу MMA
12:38 Мужчина пренебрег гигиеной в самолете и шокировал пассажиров
12:30 Украинское духовенство выступило против своего митрополита-раскольника
12:24 Россиянка избила полицейского, попала на видео и получила штраф