Рекомендуем вам также следующие ресурсы по темам, связаным с домами - строительство, недвижимость, дизайн интерьера :




 Новостройки и новые жилищные комплексы, обзоры

 



СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ

 
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ — научная дисциплина, изучающая деформации и условия прочности тел, дающая общие основы для правильного назначения размеров элементов конструкций. Знание сопротивления материалов необходимо для обеспечения надежности конструкций любого назначения. В строительстве сопротивление материалов приобретает особое значение в связи с большими размерами сооружений и величинами действующих на них сил.
 
Основы сопротивления материалов относятся к области прикладной физики, а по характеру решаемых задач сопротивление материалов входит в состав технической механики. По методу сопротивление материалов является экспериментально-теоретической дисциплиной, сочетающей опыт с теоретическими выводами. Экспериментальные исследования по сопротивлению материалов, в отличие от аналогичных исследований в области физического металловедения и подобных материаловедческих дисциплинах, носят характер механических испытаний, при которых не изучаются происходящие в материале структурные изменения.
 
Применение экспериментальных методов в сопротивлении материалов преследует двоякую цель: 1) изучение свойств материалов, проводимое при однородном напряженном состоянии на образцах простейшей формы; 2) исследование неоднородного напряженного состояния в деталях при моделировании реальных условий их работы. С помощью опытов первого вида изучаются как индивидуальные характеристики механических свойств материалов, так и общие закономерности, описывающие развитие деформаций и разрушений в зависимости от вида напряженного состояния, а также от скорости деформирования и температуры. Исследования 2-го направления служат для проверки правильности допущений, положенных в основу расчета, либо используются как способ прямого экспериментального решения задачи.
 
Для проведения экспериментальных исследований применяются машины, обеспечивающие требуемые условия нагружения образцов, и приборы, позволяющие с достаточной точностью измерять их деформации. Наибольшее распространение в лабораториях сопротивление материалов получили машины для испытаний на растяжение-сжатие, обычно приспособленные и для испытаний на изгиб. По той же схеме конструируется большинство пульсаторов, служащих для испытаний материалов на усталость. К оборудованию лабораторий сопротивление материалов относятся также прессы, машины для испытаний на кручение и копры для испытаний на удар. Лаборатории исследовательского типа располагают, кроме того, машинами для испытаний материалов при сложном напряженном состоянии (создаваемом в тонкостенных трубчатых образцах путем наложения действия продольной силы, крутящего момента и внутреннего давления) и стендами для изучения несущей способности элементов конструкций при разных видах нагружения.
 
В строительном деле большую роль играют также натурные испытания, проводимые путем измерения деформаций как в процессе возведения сооружений и пробном их нагружении, так и в дальнейшем при их эксплуатации. Значение натурных испытаний состоит не только в возможности получения вполне реальной оценки данного сооружения, но и в тех общих выводах о роли масштабного фактора, которые удается получить на основе сравнения с результатами лабораторных испытаний.Для измерения деформаций служат разнообразные механические, оптико-механические, электрические и пневматические тензометры (см. Деформаций измерения).
 
Приборы такого рода позволяют производить измерения только на поверхности конструкции. Однако в большинстве случаев именно у поверхности и располагаются участки, которые находятся в наихудших условиях и потому представляют наибольший интерес. Поскольку у поверхности 3 составляющих напряжения (одно нормальное и два касательных) равны нулю, для оценки напряженного состояния в окрестности какой-либо точки поверхности достаточно измерить вблизи этой точки деформации только по 3 направлениям (например, с помощью тензометров, установленных по сторонам равностороннего треугольника).
 
При значительной неоднородности напряженного состояния, особенно при изучении концентрации местных напряжений, требуется применение достаточно крупных моделей и малобазных тензометров, одновременно обеспечивающих большое увеличение измеряемой деформации. Чувствительность некоторых современных тензометров оценивается величинами порядка 0,01 микрона и выше, но они требуют обеспечения особо тщательной температурной компенсации и исключения влияния других возможных побочных факторов. С развитием пластических деформаций, ввиду их значительных размеров, применяемая аппаратура может быть значительно упрощена.
 
В отличие от теории упругости, пользующейся строгими математическими приемами решения задач, в сопротивлении материалов развиваются приближенные теоретические методы, использующие кинематическую или статическую гипотезы, простейшим примером которых является допущение о сохранении плоской формы поперечных сечений в изогнутых стержнях. К такого рода гипотезам относятся допущения о сохранении линейности нормалей в теории пластин и оболочек, об одинаковой форме депланации сечений в условиях чистого и изгибного кручения, о равномерности распределения изгибных касательных напряжений по толщине стенки стержня и т. д.
 
В большинстве случаев такие гипотезы оказываются достаточно близкими к действительности не только при упругом, но и при упругопластическом деформировании.Элементарная теория сопротивления материалов обычно рассматривает лишь разные виды деформации стержней (см. Растяжение-сжатие, Кручение, Изгиб, Сложное сопротивление), причем ограничивается стадией, для которой справедлив принцип наложения, или, иначе, допущение о независимости действия сил, предполагающее линейность соотношений между перемещениями и силами.
 
Более сложными и вместе с тем достаточно важными для практики являются нелинейные задачи сопротивления материалов, которые нельзя решать на основе указанного допущения. Нарушения линейности связи между перемещениями и силами могут быть обусловлены двумя причинами: отклонениями поведения материала от закона Гука, т. е. от линейной зависимости между деформациями и напряжениями, и развитием значительных перемещений, которые, внося геометрические изменения в состояние системы, заметно изменяют как условия равновесия между внутренними усилиями и нагрузкой, так и характер влияния деформаций различных элементов тела на развитие перемещений. Примером первого случая может быть упругопластический поперечный изгиб толстого короткого бруса.
 
Прогибы такого бруса, оставаясь малыми по сравнению с его размерами и не внося заметных изменений в его конфигурацию, тем не менее, нарастают быстрее, чем нагрузка. Примером второго случая может служить поперечный изгиб тонкого длинного стержня, который в пределах упругого состояния материала способен давать перемещения, сравнимые с его длиной. Трудность получения решений, позволяющих достаточно полно описывать явления нелинейного деформирования конструкций, заставляет искать более простых путей получения оценки их несущей способности. Одним из способов является оценка несущей способности по упругому предельному состоянию.
 
На этой основе строятся расчеты по допускаемым напряжениям. Однако указанный способ, особенно при учете местных напряжений, обычно ведет к весьма значительному занижению реальной несущей способности конструкций, т. к. пики напряжений, определенные при допущении полного отсутствия у материала упругих несовершенств, оказываются в действительности сглаженными даже при хрупком материале (см. Хрупкость), а при возникновении пластических деформаций (см. Пластичность) характер распределения напряжений становится совсем иным. В последнем случае значительно более близкой к действительности оказывается оценка несущей способности конструкции по предельному состоянию, которое определяется возможностью нарастания перемещений без увеличения нагрузки при практически равномерном распределении интенсивности напряжений в местах развития больших пластических деформаций.
 
Особый круг задач возникает при оценке сопротивления конструкций динамическим нагрузкам и длительной прочности их в условиях медленно протекающих процессов в материале: ползучести, усадочных деформаций в вяжущих веществах, а также и снижения прочности при действии переменных нагрузок. В этой области большую роль играют опытные данные. Результаты экспериментальных исследований и приближенные расчеты элементов конструкций в указанных условиях рассматриваются в статьях Динамика сооружений, Динамическая устойчивость, Удар.
 
Лит.: Беляев Н. М., Сопротивление материалов, 14 изд., М., 1965; Смирнов А.Ф. [и др.], Сопротивление материалов, М., 1961; Работнов Ю. Н., Сопротивление материалов, М., 1962.
 
 
 

« СОЛНЦЕЗАЩИТНЫЕ УСТРОЙСТВА СОСТАВНОЙ СТЕРЖЕНЬ »


Дизайн-проект от Архитектурного бюро Глушкова