1) Содержание и задачи курса см. История развития науки о прочности и ее связь с другими науками. Причины разрушения конструкций.

СМ – учебная дисциплина, в которой изучаются практические методы расчета на прочность, жесткость и устойчивость с учетом долговечности и экономичности.

Основные положения СМ опираются на законы и теоремы общей механики и в первую очередь ста­тики, но в отличие от тео­ретической механики, которая базируется на гипотезе об абсолютно твер­дом теле, в СМ рассматриваются деформируемые тела.

Прочность – способность конструкций не разрушаться под действием внешних сил.

Жесткость – способность конструкций со­противляться деформированию под действием внешних сил.

Устойчивость – способность конструкций сохранять форму под нагрузкой.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособное со­стояние при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Проведение расчетов на прочность, жесткость, устойчивость, долго­вечность, как правило, осуществляется на стадии проектирования конст­рукций и сооружений. Основные задачи сводятся:

1) к установлению оптимальных размеров и форм элементов конст­рукций;

2) к выбору конструкционных материалов, обеспечивающих надеж­ность конструкции.

СМ носит экспериментально-теоретический инженерный характер, а развитие тесно связано с развитием техники и практической деятельностью человека. На первых порах осознание прочности было интуитивным. Со временем на­капливались знания, учитывались ошибки и удачи. Одним из первых теоретиков строительства является римский архитек­тор и инженер Марк Витрувий. Его труд «Десять книг об архитектуре» является первой энциклопедией строительного дела. Первые научно обоснованные эксперименты были поставлены Леонардо да Винчи (1452-1519), который исследовал поведение балок при изгибе и изучал прочность строительных материалов. Галилео Галилей (1564-1642) положил начало науке о сопротивлении материалов, сведя вопросы, связанные с прочностью и разрушением, в одну область знания. Галилей создал первые приборы для испытания материалов и разработал методы испытаний на растяжение и изгиб. Роберт Гук (1635-1703) сформулировал в 1676 г. закон деформирования упругих тел. Гук заключил: «Каково удлинение, такова и сила», или в современной трактовке: «Деформация пропорциональна нагрузке». Но в начале 19 в. наука о прочности приобретает теоретический характер. Труды Навье (1785­1836), Лямэ (1797-1886) и других углубили теоретические знания и заложили тот фундамент, на котором выросла теория МДТТ. В этот период были сформулированы основ­ные допущения (гипотезы) и даны расчетные уравнения. Наука интересовалась прочностью материалов, но еще не давала ответа на вопрос о том, как рассчи­тывать сооружения. Вклад российских ученых в СМ. В первую очередь следует назвать имя Эйлера (1707-1783), занимавшегося расчетом сжатых стержней на устойчивость. Журавский (1821-1891) получил формулу для определе­ния касательных напряжений при изгибе, которой пользуются и в настоящее время. Ясинскuй (1856-1899) занимался проблемой устойчивости упру­гих систем и дал наиболее полное обоснование расчетов на устойчивость. В начале 20 в. появляются работы профессора Бубнова (1872-1919), ака­демика Крылова (1863-1945) и других, посвященные разработке расчет­ных методов для решения задач сопротивления материалов. В настоящее время МДТТ завершила свое научное формирование и идет процесс более глубоко­го исследования уже наметившихся путей развития. Особо следует остановиться на механике разрушения (МР), которая возникла в 1950-70-х годах. Причем, если границы других ветвей МДТТ определились достаточно четко, то этого не ска­жешь в отношении МР.

СМ не является обособленной наукой, она тесно связана с общей механикой, математикой, физикой твердого тела, материа­ловедением и технологией металлов.

К механике деформируемых твердых тел, кроме СМ и МР, относятся и другие дисциплины, такие как математическая теория упругости, строительная механика машин и конструкций, теория инженерных сооружений, теории пла­стичности и ползучести и ряд других. Различие между СМ и этими дисципли­нами заключается, в первую очередь, в подходе к решению задач.

Математическая теория упругости изучает вопросы поведения деформи­руемых тел в более точной постановке. Поэтому при решении задач прихо­дится во многих случаях обращаться к сложному математическому аппарату, что ограничивает возможности практического использования методов теории упругости, но при этом достигается большая полнота анализа изучаемых яв­лений. На этой основе выделяются как самостоятельные ветви теории упру­гости - теории пластин, оболочек, стержневых систем.

В рамках теорий пластичности и ползучести рассматриваются вопросы проч­ности в условиях больших деформаций с учетом влияния повышенных темпера­тур. На основе общих положений СМ созданы новые разделы науки о прочности, имеющие конкретную практическую направленность. Сюда относятся строитель­ная механика, теория надежности технических систем, теория прочности сварных конструкций, динамика и прочность инженерных систем и сооружений.

Разрушения стальных конструкций начали наблюдаться с середины 19 в. Во Франции разрушился мост, по которому шли в ногу несколько сотен солдат. В Англии при сильной буре об­рушился 13-пролетный мост, по которому шел поезд. В России в конце 1970-х годов произошло обрушение уникального соору­жения-корпуса технологического оборудования диаметром более 200 м и высотой более 120 м (г. Истра, Московская обл.) вследствие комплекса факторов: значительных отступлений от проектной документации, наруше­ний технологии строительства и т. д.

Статистические данные об отказах строи­тельных металлоконструкций указывают на следующие основные причины: ошибки, допущенные в проектах 27%; несоответствие примененной марки стали характеру нагружения и температурным условиям 11%; дефекты заводского изготовления конструкций 30%; нарушение при эксплуатации конструкций расчетных схем, установленных для элементов, и превышение допустимых нагрузок 14%; несовершенство действующих норм и правил проектирования и изготовления металлоконструкций 6%; комплекс других причин 12%.

Наибольшее количество отказов связано с потерей общей или местной устойчивости (-35%), хрупким разрушением основного металла (-20%) и разру­шением сварных соединений (-22%).