Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Ростовский государственный строительный университет
Утверждаю
Зав. кафедрой сопротивления материалов
__________/ Б.М.Языев
«______»_____________201__г.
Конспект лекций
«ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»
Направление подготовки 270800.62 «Строительство»
Профиль подготовки «Городское строительство и хозяйство»
Ростов-на-Дону
2012
ВВЕДЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Вопросы лекции:
1. Введение.
2. Основные понятия и исходные положения.
3. Метод сечений, понятие о напряжениях.
4. Понятия о перемещениях и деформациях.
Введение
В процессе эксплуатации машин и сооружений их элементы (стержни, балки, пластины) в той или иной степени участвуют в работе конструкции и подвергаются воздействию различных нагрузок. Для обеспечения безаварийной работы конструкции инженеру необходимо подобрать материал и размеры конструктивных элементов таким образом, чтобы они:
- не разрушались при действии расчетных нагрузок, то есть были прочными;
- были достаточно жесткими, то есть перемещения (деформации) элементов конструкции не превышали заданных величин;
- были устойчивыми, то есть сохраняли под действием нагрузок первоначальную устойчивую форму равновесия.
Сопротивление материалов – наука о прочности, жесткости и надежности элементов инженерных конструкций. Основная цель этой науки - дать методы подбора надежных размеров тел при наименьшем весе.
В теоретической механике тело рассматривается, как система материальных точек с неизменными расстояниями между ними. В природе таких абсолютно жестких тел не существует. Фактически при воздействии на тело внешних нагрузок расстояния между его частицами изменяются. Тело при этом меняет свои размеры и первоначальную геометрическую форму - деформируется.
Внутренние силы, действующие между частицами, оказывают сопротивление внешним нагрузкам, приложенным к телу. Величина этого сопротивления зависит от степени деформации тела и физико-механических свойств материала, из которого оно изготовлено. Деформация тела продолжается до тех пор, пока не установится равновесие между конечными значениями внешних нагрузок и внутренними силами сопротивления. Полученное состояние тела будем называть напряженным состоянием.
В дисциплине сопротивления материалов рассматриваются следующие основные вопросы:
а) определение напряженного состояния деформируемых тел, вызванного силовыми воздействиями различного происхождения;
б) анализ и обобщение результатов лабораторных опытов, проведенных над образцами из различного материала при различных силовых воздействиях;
в) установление изменений размеров тел при деформациях;
г) определение надежных размеров, при которых тело, не разрушаясь и не деформируясь свыше установленных норм, может длительно выдерживать заданные нагрузки при минимальном весе.
При рассмотрении этих вопросов используется ряд основных понятий и определений. Введем основные понятия, принимаемые при изучении дисциплины.
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.
Упругость - способность тела восстанавливать свою форму после снятия внешних нагрузок.
Пластичность - свойство тела сохранять полученную при нагружении деформацию после прекращения действия нагрузки.
Ползучесть - способность материала медленно и непрерывно деформироваться при длительной постоянной нагрузке при высоких температурах.
При этом главной задачей сопротивления материалов является формирование знаний для применения математического аппарата при решении прикладных задач, осмысления полученных численных результатов и поиска выбора наиболее оптимальных конструктивных решений. То есть данный предмет является базовым для формирования инженерного мышления и подготовки кадров высшей квалификации по техническим специализациям.
В расчетах встречаются следующие три типа практических задач:
при заданных нагрузках найти размеры тела;
при заданных размерах тела установить допускаемые нагрузки;
при заданных нагрузках и размерах проверить тело на прочность, жесткость, устойчивость.
Наука о сопротивлении материалов зародилась очень давно. Начало ее систематического развития можно отнести к 1638 году, когда вышла книга знаменитого итальянского ученого Галилея «Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки». Поводом к созданию этой книги послужил ряд практических вопросов, возникших при постройке судов, каналов и шлюзов в Венеции.
В дальнейшем, с ростом строительства и машиностроения, развитие науки о сопротивлении материалов шло параллельно с развитием теоретической механики, что облегчило разработку основных законов и положений новой науки. Этому развитию способствовали работы выдающихся ученых и инженеров, среди которых видное место занимают ученые нашей страны.
Следует указать на знаменитых ученых Л. Эйлера и Д. Бернулли, членов Петербургской академии наук, сделавших в XVIII веке большой вклад в развитие теории сопротивления материалов. В XIX веке были известны выдающиеся работы русских ученых: М. В. Остроградского, Д. И. Журавского, Ф. С. Ясинского и др., способствовавшие развитию теории упругих тел. В области испытания материалов надо отметить работы профессора Н. А. Белелюбского.
С начала XX в. русские ученые играли видную роль в науке о сопротивлении материалов. Профессор И. Г. Бубнов создал теорию прочности корабля; академик А. Н. Крылов - крупнейший специалист по прикладной математике и механике - известен своими исследованиями динамических процессов; академик Б. Г. Галеркин решил ряд важных задач теории упругости и др.
В России среди ученых, внесших ценный вклад в развитие теории сопротивления материалов и много сделавших для широкого применения ее к инженерным расчетам, следует назвать профессоров: В. Л. Кирпичева, С. П. Тимошенко.