Введение

В1. О дисциплине “Сопротивление материалов”

Сопротивление материалов это введение в науку о прочности, жесткости и надежности элементов, конструкций, приборов и машин. Сопротивление материалов относится к фундаментальным дисциплинам общеинженерной подготовки специалистов с высшим техническим образованием.

Это первая дисциплина, устанавливающая связь между фундаментальными научными дисциплинами (физикой, высшей математикой и теоретической механикой) и прикладными задачаминодвми их решения возникающими при про ектировании машин, приборов и конструкций. Практически все специальные дисциплины подготовки инженеров по разным специальностям содержат разделы курса сопротивления метериалов, так как создание работоспособной новой техники невозможно без анализа и оценки ее прочности, жесткости и надежности.

Повышение эффективности и надежности машин при уменьшении материалоемкости, создание новой техники, рассчитанной на эксплуатацию в экстремальных условиях при больших нагрузках (статических и динамических, детерминированных и случайных), высоких температурах, импульсных и ударных воздействиях требует глубоких знаний в области прочности. Без глубокого понимания “физики” поведения элементов конструкций, нагруженных силами или находящихся в силовых полях, рассчитать конструкцию с требуемыми прочностью, жесткостью и надежностью невозможно.

Прочность и надежность проектируемых конструкций зависит от учета всех особенностей реальных условий эксплуатации, так как чем точнее математическая модель объекта, тем достовернее результаты численного решения уравнений “состояния” и точнее прогнозирование прочности и надежности проектируемой новой техники.

Современная вычислительная техника позволяет решать самые сложные задачи анализа прочности без упрощения их математических моделей, что резко повышает достоверность получаемых результатов и значимость курса сопротивления материалов в подготовке инженеров нового поколения. Развитие нового научного направления механотроники, объединяющей механику и электронику в единую систему (манипуляторы, роботы), стало возможным только благодаря появившейся возможности проводить высокоточные расчеты механических элементов механотронных систем.

Сопротивление материалов - это первая дисциплина, позволяющая студентам понять, что происходит внутри элементов конструкции при нагружении. В этом основное качественное отличие этой дисциплины от теоретической механики, которая рассматривает объекты как абсолютно прочные и жесткие. Поэтому считается, что при любых нагрузках они сохраняют свою форму и не разрушаются. Однако, к сожалению, это далеко не так. Но без знания теоретической механики нельзя решить ни одной задачи по сопротивлению материалов, поэтому курс теоретической механики должен обязательно предшествовать курсу сопротивления материалов. Так как традиционно в сопротивлении материалов излагаются в основном методы расчета элементов конструкций при статических нагрузках, то студенты должны хорошо знать основные законы статики.

Все твердые тела в той или иной мере обладают свойствами прочности и жесткости, т. е. способны в определенных пределах воспринимать воздействие внешних сил без разрушения и существенного изменения геометрических размеров. Эти свойства привлекали внимание человека еще в те далекие времена, когда он пробовал изготовить первые примитивные орудия труда и предметы хозяйственного обихода. Эти свойства волнуют специалистов и сейчас, например при создании современных машин и гигантских инженерных сооружений.

Прочность и жесткость требуют пристального внимания, качественных оценок и определенной количественной меры. Их изучением занимается наука, называемая механикой твердого деформируемого тела, а учебная дисциплина, вводящая учащегося в мир инженерных расчетов на прочность и жесткость, носит название сопротивление материалов. К механике твердого деформируемого тела относятся и другие дисциплины, среди которых необходимо в первую очередь назвать теорию упругости.

За последние десятилетия возникли и развились новые разделы механики, занимающие промежуточное положение между сопротивлением материалов и теорией упругости, например прикладная теория упругости; возникли родственные им дисциплины, такие как теория пластичности, теория ползучести; созданы новые разделы науки о прочности, имеющие конкретную практическую направленность, например строительная механика сооружений, строительная механика самолета, теория прочности сварных конструкций и т.д.

Сопротивление материалов подводит учащегося к неизбежным и вечным вопросам, на которые порой труднее всего ответить: будет ли конструкция нормально функционировать под действием приложенной к ней нагрузки и как оценить ее надежность.

При проведении инженерных расчетов методы сопротивления материалов следует применять творчески и помнить, что успех практического расчета лежит не столько в применении сложного математического аппарата, сколько в умении найти наиболее удачные упрощающие предположения и довести расчет до окончательного числового результата.