1.1 Задачи курса «Механика сплошных сред»

Курс "Механика сплошных сред " читался под различными названиями («Теория пластичности», «Теория пластического течения твердых тел»), но в своей сущности всегда является первой частью цикла дисциплин, образующих теоретический фундамент специальности «Обработка металлов давлением». Вторая часть – «Теория ОМД» – конкретизирует положения первой части применительно к процессам ОМД, включая в себя сведения о граничных и начальных условиях этих процессов, закономерностях изменения механических свойств металлов при деформировании, методах решения задач ОМД и т.д.

Несмотря на обусловленные историческими причинами изменения в названиях первой части цикла, ее содержание уже установилось и включает в себя как общие для всех разделов механики сплошных сред (МСС) разделы – статику, кинематику и термодинамику, так и элементы теории упругости и пластичности, являющиеся теоретической основой изучения процессов деформирования, поскольку все они происходят при упруго-пластическом состоянии твердых деформируемых тел. Указанные выше разделы МСС необходимы для понимания теории ОМД и поэтому являются неотъемлемой частью данного курса.

Основной задачей данного учебного пособия является изложение основ тех разделов МСС, которые являются общими для всех отраслей этой науки в том объеме и ракурсе, который необходим будущим специалистам по ОМД. Без овладения этими разделами невозможно изучение как «Теории ОМД», так и базирующихся на ней курсов «Теория прокатки» или «Теория кузнечно-штамповочного производства», на которые, в свою очередь, опираются технологические курсы. Весь цикл дисциплин специальности ОМД можно сравнить с деревом, корнями которого являются математика и физика, стволом – МСС и «Теория ОМД», а ветвями – теории и технологии различных видов ОМД. Отсюда ясно, что не усвоив курс МСС, невозможно стать специалистом по ОМД.

1.2 Предмет механики сплошной среды

Механика сплошных сред (МСС) – один из разделов физики. В отличие от теоретической механики, изучающей движение абсолютно твердых тел и точечных масс, в МСС рассматривается движение тел, непрерывно заполняющих некоторую часть пространства, расстояния между частями которых при движении изменяются. Такие тела называются средами.

Механическое движение – изменение с течением времени взаимного расположения тел или частей тела.

Сплошная среда – тело, непрерывно заполняющее некоторую часть пространства, расстояние между частями которого может изменяться.

Кроме обычных сред, таких как воздух, вода, металлы и плазма, т.е. веществ в их четырех агрегатных состояниях, МСС изучает также особые среды – поля: гравитационное, электромагнитное и др. В соответствии с изучаемыми объектами МСС подразделяется на аэромеханику, изучающую движение газов в каналах или обтекание ими твердых тел при дозвуковых скоростях и газовую динамику – при сверхзвуковых; гидромеханику – изучающую движение жидкости и обтекание ею твердых тел. В связи с подобием физических процессов и идентичностью основных уравнений гидро- и аэромеханику часто объединяют в одну дисциплину - гидроаэромеханику.

В МСС входит также механика деформируемого твердого тела (МДТТ), включающая теорию упругости, теорию пластичности и теорию ползучести. Теория упругости исследует зависимости, возникающие между напряжениями и деформациями в пределах упругого состояния тела. Теория пластичности изучает условия перехода материалов из упругого в пластическое состояние и взаимосвязь между напряжениями и вызванными ими деформациями или скоростями течения пластических сред. Теория ползучести изучает изменение напряжений и деформаций в конструкциях с течением времени при постоянных условиях. Схематически структуру МСС можно представить следующим образом (рис.1.1):

Рисунок 1.1− Структура МСС

Кроме того, к МДТТ относится теория разрушения, устанавливающая закономерности нарушения сплошности тел под действием нагрузок (условия возникновения и развития трещин и т.д.). К МСС относится также механика сыпучих сред, исследующая равновесие и движение порошков, грунтов, зерна и т.п. Одним из разделов механики сыпучих сред является горная геомеханика.