Опір матеріалів - наука про міцність, жорсткості і надійності елементів інженерних конструкцій. Методами опору матеріалів ведуться практичні розрахунки і визначаються необхідні, як кажуть, надійні розміри деталей машин, різних конструкцій і споруд.
Основні поняття опору матеріалів спираються на закони і теореми загальної механіки і в першу чергу на закони статики, не повідомляючи яких вивчення даного предмета стає практично неможливим.
На відміну від теоретичної механіки опір матеріалів розглядає завдання, де найбільш істотними є властивості тіл, що деформуються, а закони руху тіла, як жорсткого цілого, не тільки відступають на другий план, але в ряді випадків є просто несуттєвими.
Опір матеріалів має на меті створити практично прийнятні прості прийоми розрахунку типових, найбільш часто зустрічаються елементів конструкцій. Необхідність довести рішення кожної практичної задачі до деякого числового результату змушує в ряді випадків вдаватися до спрощує гіпотезам - припущеннями, які виправдовуються в подальшому шляхом зіставлення розрахункових даних з експериментом.
Необхідно відзначити, що перші замітки про міцність згадуються в записках відомого художника Леонардо Де Вінчі, а початок науки про опір матеріалів пов'язують з ім'ям знаменитого фізика, математика і астронома ГАЛІЛЕО ГАЛІЛЕЯ. У 1660 Р. Гук сформулював закон, що встановлює зв'язок між навантаженням і деформацією: «Яка сила - таке і дію». У XVIII столітті необхідно відзначити роботи Л. Ейлера по стійкості конструкцій. XIX - XX століття є часом найбільш інтенсивного розвитку науки в зв'язку з загальним бурхливим зростанням будівництва і промислового виробництва при безумовно величезний внесок вчених-механіків Росії.
Отже, ми будемо займатися твердими деформованими тілами з вивченням їх фізичних властивостей.
Введемо основні поняття, що приймаються при вивченні дисципліни.
Міцність - це здатність конструкції витримувати задану навантаження, не руйнуючись.
Жорсткість - здатність конструкції до деформування у відповідність із заданим нормативним регламентом.
Деформування - властивість конструкції змінювати свої геометричні розміри і форму під дією зовнішніх сил
Стійкість - властивість конструкції зберігати при дії зовнішніх сил задану форму рівноваги.
Надійність - властивість конструкції виконувати задані функції, зберігаючи свої експлуатаційні показники в певних нормативних межах протягом необхідного проміжку часу.
Ресурс - допустимий термін служби виробу. Вказується у вигляді загального часу напрацювання або числа циклів навантаження конструкції.
Відмова - порушення працездатності конструкції.
Спираючись на вищесказане, можна дати визначення прочностной надійності.
Прочностной надійністю називається відсутність відмов, пов'язаних з руйнуванням чи неприпустимими деформаціями елементів конструкції.
На рис.1 приведена структура моделі прочностной надійності. Вона включає відомі моделі або обмеження, які апріорно накладаються на властивості матеріалів, геометрію, форми вироби, способи навантаження, а також модель руйнування. Інженерні моделі суцільного середовища розглядають матеріал як суцільне і однорідне тіло, наділене властивістю однорідності структури. Модель матеріалу наділяється властивостями пружності, пластичності і повзучості.
Рис.1.
Структура моделі прочностной надійності елементів конструкцій
Пружністю називається властивість тіла відновлювати свою форму після зняття зовнішніх навантажень.
Пластичністю називається властивість тіла зберігати після припинення дії навантаження, або частково отриману при навантаженні, деформацію.
Повзучістю називається властивість тіла збільшувати деформацію при постійних зовнішніх навантаженнях.
Основними моделями форми в моделях прочностной надійності, як відомо, є: стрижні, пластини, оболонки і просторові тіла (масиви), рис.2. моделі
Рис.2.
Основні моделі форми в моделях прочностной надійності: а) стрижень, б) пластина, в) оболонка
навантаження містять схематизація зовнішніх навантажень за величиною, характером розподілу (зосереджена або розподілена сила або момент), а також впливу зовнішніх полів і середовищ.
Зовнішні сили, що діють на елемент конструкції, поділяються на 3 групи: 1) зосереджені сили, 2) розподілені сили, 3) об'ємні або масові сили.
Зосереджені сили - сили, що діють на невеликих ділянках поверхні деталі (наприклад тиск кульки шарикопідшипника на вал, тиск колеса на рейки і т.п.)
Розподілені сили прикладені значним ділянках поверхні (наприклад тиск пара в паропроводі, трубопроводі, котлі, тиск повітря на крило літака і т.д.
Об'ємні або масові сили прикладені кожній частинці матеріалу (наприклад сили тяжіння, сили інерції)
Після обгрунтованого вибору моделей форми, матеріалу, навантаження переходять до безпосередньої оцінці надійності за допомогою моделей руйнування. Моделі руйнування є рівняння, що зв'язують параметри працездатності елемента конструкції в момент руйнування з параметрами, що забезпечують міцність. Ці рівняння (умови) називають умовами міцності. Зазвичай розглядаються в залежності від умов навантаження чотири моделі руйнування:
- статичного руйнування,
- тривало статичного руйнування,
- малоциклового статичного руйнування,
- втомного руйнування.
При малому числі циклів (N <102) розвиваються значні пластичні деформації (статичну руйнування), при великому числі циклів (N> 105) пластичні деформації відсутні (утомлююча руйнування). У проміжній області (102 <N <105) руйнування носить змішаний характер (малоциклова руйнування). Якщо на елемент конструкції діє висока температура (для алюмінієвих сплавів понад 200 Co, для сталевих і титанових сплавів понад 400 Co, для жароміцних сплавів понад 600 Co), але в цьому випадку розглядається так звана тривала міцність матеріалу.
Таким чином, опір матеріалів залежить не тільки від величин чинного зусилля, але і від тривалості самого впливу.
Як уже зазначалося, вивчення дисципліни неможливо без знання основ теоретичної механіки. Тому свій залишковий ресурс знань рекомендую перевірити по розділу «Статика», використовуючи систему вхідних тестів.
Оскільки вивчення опору матеріалів базується насамперед на таких відомих поняттях як сила, пара сил, зв'язку, реакції в зв'язках, рівнодіюча система зовнішніх сил, то ...
Вам рекомендується вирішити прості завдання - вхідні тести.
Далі ...
