Введение в основные понятия

   Сопротивление материалов – наука о прочности, жесткости и надежности элементов инженерных конструкций. Методами сопротивления материалов ведутся практические расчеты и определяются необходимые, как говорят, надежные размеры деталей машин, различных конструкций и сооружений.

Основные понятия сопротивления материалов опираются на законы и теоремы общей механики и в первую очередь на законы статики, без знания которых изучение данного предмета становится практически невозможным.

   В отличие от теоретической механики сопротивление материалов рассматривает задачи, где наиболее существенными являются свойства деформируемых тел, а законы движения тела, как жесткого целого, не только отступают на второй план, но в ряде случаев являются попросту несущественными.

   Сопротивление материалов имеет целью создать практически приемлемые простые приемы расчета типичных, наиболее часто встречающихся элементов конструкций. Необходимость довести решение каждой практической задачи до некоторого числового результата заставляет в ряде случаев прибегать к упрощающим гипотезам – предположениям, которые оправдываются в дальнейшем путем сопоставления расчетных данных с экспериментом.

       Итак, мы будем заниматься твердыми деформированными телами с изучением их физических свойств.

 

 Основные понятия

​

       Прочность – это способность конструкции выдерживать заданную нагрузку, не разрушаясь.

   Жесткость – способность конструкции к деформированию в соответствие с заданным нормативным регламентом.

     Деформирование – свойство конструкции изменять свои геометрические размеры и форму под действием внешних сил

      Устойчивость – свойство конструкции сохранять при действии внешних сил заданную форму равновесия.

   Надежность – свойство конструкции выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в определенных нормативных пределах в течение требуемого промежутка времени.

    Ресурс – допустимый срок службы изделия. Указывается в виде общего времени наработки или числа циклов нагружения конструкции.

       Отказ – нарушение работоспособности конструкции.

       Прочностной надежностью – отсутствие отказов, связанных с разрушением или

недопустимыми деформациями элементов конструкции.

   

    На Рис. 1.1 приведена структура модели прочностной надежности. Она включает известные модели или ограничения, которые априорно накладываются на свойства материалов, геометрию, формы изделия, способы нагружения, а также модель разрушения. Инженерные модели сплошной среды рассматривают материал как сплошное и однородное тело, наделенное свойством однородности структуры. Модель материала наделяется свойствами упругости, пластичности и ползучести.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

​

Рис. 1.1 – Структура модели прочностной надежности элементов конструкций
 

      Упругость – свойство тела восстанавливать свою форму после снятия внешних нагрузок.

      Пластичность – свойство тела сохранять после прекращения действия нагрузки, или частично полученную при нагружении, деформацию.

      Ползучестью – свойство тела увеличивать деформацию при постоянных внешних нагрузках.

   Основными моделями формы в моделях прочностной надежности, как известно, являются: стержни,  пластины, оболочки и пространственные тела (массивы).

       Нагружения содержат схематизацию внешних нагрузок по величине,

характеру распределения (сосредоточенная или распределенная сила или момент), а также воздействию внешних полей и сред.

       Внешние силы, действующие на элемент конструкции, подразделяются на 3 группы:

       1) сосредоточенные силы,

       2) распределенные силы,

       3) объемные или массовые силы.

    Сосредоточенные силы — силы, действующие на небольших участках поверхности детали (например давление шарика шарикоподшипника на вал, давление колеса на рельсы и т.п.)

      Распределенные силы – силы приложеные значительным участкам поверхности (например давление пара в паропроводе, трубопроводе, котле, давление воздуха на крыло самолета и т.д.

     Объемные или массовые силы – силы приложены каждой частице материала (например силы тяжести, силы инерции)

       После обоснованного выбора моделей формы, материала, нагружения переходят к непосредственной

оценке надежности с помощью моделей разрушения. Модели разрушения представляют собой уравнения, связывающие параметры работоспособности элемента конструкции в момент разрушения с параметрами, обеспечивающими прочность. Обычно рассматриваются в зависимости от условий нагружения четыре модели разрушения:

      1) статического разрушения,

      2) длительно статического разрушения,

      3) малоциклового статического разрушения,

      4) усталостного разрушения.

  

     Применение моделей прочностной надежности позволяет перейти от реального объекта к расчетной схеме, и этой задачей занимаются специальные дисциплины. Сопротивление материалов занимается анализом расчетных схем, т.е. оценкой прочности, жесткости и устойчивости. Для решения этих задач необходимо знание внутренних силовых факторов, возникающих в материале конструкции в ответ на внешнее воздействие.