ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ и ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1.1. ВВЕДЕНИЕ

Созданию любой новой конструкции или машины всегда предшествует разработка ее проекта, так как конструктор еще до изготовления проектируемого объекта должен установить рациональную форму, выбрать размеры и материал каждой детали этого объекта. Для решения указанной задачи необходимо произвести различного рода расчеты, включая расчеты на прочность, жесткость и устойчивость.

Разработка методов расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций и машин является основной задачей науки о сопротивлении материалов.

Теоретические положения курса сопротивления материалов опираются на законы и теоремы общей механики и, в первую очередь, на законы статики. Используются также некоторые выводы и решения теории упругости и пластичности. Необходимость учитывать в расчетах свойства реальных материалов связывает курс сопротивления материалов с материаловедением.

Имея целью создание инженерных методов расчета, курс сопротивления материалов стремится решать свои задачи с привлечением сравнительно простого математического аппарата. Для упрощения решений вводятся основанные на опыте допущения и гипотезы. Естественно, что полученные таким путем решения являются приближенными и могут быть использованы только в пределах применимости исходных гипотез.

Весьма важным направлением науки о сопротивлении материалов является экспериментальное исследование поведения материалов и элементов сооружений под нагрузкой и использование результатов экспериментов для построения и проверки новых расчетных методов.

Развитие науки о сопротивлении материалов связано с работами выдающихся механиков, математиков и инженеров. Значительная роль в ее развитии принадлежит русским и советским ученым.

1.2. НЕКОТОРЫЕ ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Конечной целью расчетов в курсе сопротивления материалов является определение размеров деталей сооружений и машин, обеспечивающих их необходимую, но не излишнюю прочность, жесткость и устойчивость.

Рис. 1.1

Под прочностью понимается способность твердого тела сопротивляться воздействию приложенных к нему сил и выдерживать эти силы, не разрушаясь.

Реальные тела не являются абсолютно твердыми и под действием приложенных к ним сил в той или иной степени изменяют свою первоначальную форму и размеры, или, как говорят, деформируются.

Опыт показывает, что в одних случаях тела после удаления внешних сил полностью восстанавливают свою первоначальную форму и размеры, в других случаях деформации полностью не исчезают. Деформации тела, исчезающие после разгрузки, называются упругими, а не исчезающие — остаточными, или пластическими. Детали различных конструкций работают, как правило, в пределах упругих деформаций. Значительные пластические деформации имеют место, например, при ковке, штамповке и прокатке.

Определение размеров деталей, которых исключается возможность появления недопустимых с точки зрения нормальной работы конструкции деформаций этих деталей, является содержанием расчета на жесткость.

Некоторые элементы конструкций в процессе их нагружения могут изменять первоначальную форму равновесия — терять устойчивость. Так, длинный тонкий прямой стержень, подвергнутый продольному сжатию (рис. 1.1), при некотором значении сжимающих сил может внезапно изогнуться, т. е. перейти из прямолинейной формы равновесия в криволинейную. Это явление может привести к разрушению стержня. С целью предотвратить потерю устойчивости отдельных элементов или конструкции в целом в необходимых случаях проводят расчеты на устойчивость.