Основні поняття та визначення опору матеріалів

Реферат на тему:

Основні поняття та визначення опору матеріалів


Опiр матерiалiв — це наука про мiцнiсть i стiйкiсть проти деформацiї матерiалiв машин та iнженерних споруд. Основний закон опору матерiалiв, який пояснює зв'язок мiж дiєю зовнiшньої сили на тiло та його деформацiєю, було вiдкрито дослiдним шляхом Робертом Гуком (1660р.).

Основою забезпечення мiцностi деталей машин i конструкцiй, є стiйкiсть матерiалiв проти руйнування пiд дiєю зовнiшнiх статичних та динамiчних навантажень. При цьому необхiдно враховувати фiзико–механiчнi та теплофiзичнi властивостi матерiалiв, а також форму деталi машини, конструкцiї або iнженерної споруди. Необхiдно також вiдмiтити, що теоретично деформацiю деталей машин та елементiв конструкцiй неможливо визначити не маючи повної iнформацiї про властивостi матерiалiв з яких їх виготовлено.

В опорi матерiалiв тiсно пов'язанi теорiя i практика. Всi положення i гiпотези опору матерiалiв основанi на дослiдних даних.

Для побудови теорiї розрахункiв на мiцнiсть, ефективнiсть i стiйкiсть необхiдно знати фiзико–механiчнi властивостi матерiалiв. Необхiдно також експериментально перевiряти теоретичнi розрахунки, основнi положення, гiпотези, висновки i формули опору матерiалiв. Тому вивчаючи процеси деформацiї та руйнування тiл, пiд дiєю зовнiшнiх сил, необхiдно пiдходити з рiзних точок зору. Можна вивчати явища, що виникають при деформацiї i руйнуваннi тiл, для того щоб встановити закономiрностi, якi зумовлюються загальними властивостями матерiї. Такi цiлi ставить i вирiшує фiзика твердого тiла. Але для оцiнки мiцностi елементiв конструкцiй i деталей машин основне значення має встановлення зв'язку мiж силами, що дiють на елементи конструкцiї чи окремi деталi машин та деформацiями, якi розглядаються як окремий випадок руху. Вивчення такого руху неможливе без вiдповiдних знань про будову тiл. Тому, для того щоб визначити внутрiшнi напруження в матерiалi, доводиться використовувати не тiльки аналiтичнi методи, а також експериментально вивчати властивостi матерiалiв пiд навантаженням.

Курс “Опiр матерiалiв” тiсно пов'язаний з такими технiчними дисциплiнами, як матерiалознавство i технологiя конструкцiйних матерiалiв, їх склад та рiзнi види обробки (механiчна, теплова, магнiтна та iншi), що забазпечує механiчнi властивостi матерiалiв: мiцнiсть, жорсткiсть, в'язкiсть, пружнiсть та iншi. Саме цi властивостi матерiалiв необхiдно враховувати при розрахунках елементiв конструкцiй та деталей машин. Опiр матерiалiв також тiсно пов'язаний з такими дисциплiнами, як: фiзика, теоретична механiка, математика та iншi. Теоретичнi положення, поданi в цьому курсi, грунтуються на теоремах механiки i в першу чергу, статики – на умовах рiвноваги та початку можливих перемiщень. При розв'язку задач з опору матерiалiв широко використовується аналiтична геометрiя, диференцiальне та iнтегральне числення. Курс “Опiр матерiалiв”, студентам рекомендується вивчати в такiй послiдовностi:

— ознайомитися з програмою;

— уважно прослухати курс лекцiй i законспектувати їх;

— за рекомендованою лiтературою i порадами викладачiв в певнiй послiдовностi слiд вивчити всi роздiли;

— виконати лабораторнi роботи та семестрове завдання.

Працюючи над пiдручником, студенти повиннi доповнити свiй конспект прослуханих лекцiй, а також законспектувати весь матерiал, вiдведений викладачем для самостiйного вивчення.

Наука про теоретичні і експериментальні методи дослідження на міцність, жорсткість і стійкість інженерних конструкцій і споруд називається опором матеріалів. Головне завдання інженера будь-якої спеціальності — забезпечення міцності, жорсткості і стійкості конструкцій, механізмів, машин, приладів і споруд. Він повинен вміти визначити економічно доцільні розміри і форми тіла, підібрати необхідний матеріал і вказати на ті граничні робочі навантаження, які б забезпечували нормальне функціонування системи і гарантували її надійність.

Для безпечної і надійної роботи машин, конструкцій і споруд ; несучі їх деталі мусять бути достатньо міцними, тобто сприймати, |не руйнуючись, прикладене навантаження: достатньо | жорсткими, тобто не зазнавати надто великих деформацій, щоб і форма і розміри деталей змінювались в допустимих межах (обробка деталей на верстатах, передача обертального руху за І допомогою паралельних валів, робота трансмісій, маховиків та 1 інше); стійкими при дії максимальних стискуючих навантажень (стискуючі стержні великої довжини і оболонки).

В сучасному процесі проектування, конструювання, експлуатації і ремонту механічних систем фахівці повинні володіти певною ерудицією при забезпеченні їх міцності і надійності, розуміти процеси, які відбуваються в системах і які могли б вивести їх з нормального режиму експлуатації в зв'язку з втраченням твердим тілом його початкових властивостей. Опір матеріалів навчить самостійно скласти розрахункову схему, вказати характер і точку прикладання діючих сил, вибрати конструкційний матеріал, геометричні форми і розміри конструктивних елементів.

Всі робочі елементи машин і споруд сприймають зовнішні навантаження і їх дію передають одне одному. Зовнішні силиподіляються на об'ємні і поверхневі (сили взаємодії).

Об'ємні або масові сили прикладені до кожної точки об'єму.

Поверхневі сили — це результат безпосередньої контактної взаємодії елементів тіла між собою або з прилеглим до нього середовищем. Вони можуть бути:

а) безперервно розподілені по поверхні (тиск газу в котлі або в циліндрі двигуна, дія води на греблю чи дамбу, рух гусеничного трактора чи танка тощо). Інтенсивність вимірюється навантаженням, що припадає на одиницю площі, Па;

б) безперервно розподілені по лінії. Інтенсивність вимірюється навантаженням, що припадає на одиницю довжини, Н/м;

в) зосереджені сили або моменти (тиск, який передається на елемент конструкції через площадку, розміри якої малі в порівнянні з розмірами всього елемента. Наприклад, сили тиску колеса вагона на рейки), Н або Н-м.

За характером прикладання сил в часі розрізняють статичні і динамічні навантаження.

При розрахунку елементів конструкцій на міцність використовують рішення і формули, одержані теоретичним шляхом. Оскільки реальні тіла володіють різноманітними фізичними і механічними властивостями, для побудови теорії в опорі матеріалів, як і в інших науках, вимушені вдаватись до певної схематизації явищ. Приймають деякі гіпотези і спрощуючі припущення, тобто розглядають реальну конструкцію, виділяючи найбільш суттєві її властивості для цієї задачі, а всі другорядні відкидають. Як результат одержують розрахункову схему. В опорі матеріалів і розглядаються ті розрахункові схеми, які є практично загальними для більшої частини інженерних конструкцій.

Для побудови теорії опору матеріалів приймаються деякі гіпотези і принципи відповідно до структури і властивостей матеріалів, характеру деформацій і напружень, а також діючих сил і геометрії конструкцій.

1. Гіпотеза про суцільність матеріалу. Тіло вважається суцільним, тобто неперервним до деформації залишається неперервним і після деформації (без порожнин, розривів).

2. Гіпотеза про однорідність і ізотропність матеріалу. При цьому вважають, що властивості тіла в будь-якій точці і в будь-якому напрямку однакові.

3. Гіпотези плоских перерізів. Плоскі перерізи, проведені в тілі до деформації, залишаються плоскими і після деформації. Вони залишаються нормальними до осі стержня в процесі деформації. Ця гіпотеза виправдовується дослідом в тому випадку, коли тіло має продовгувату форму (стержень, брус).

4. Гіпотеза про Ідеальну пружність і лінійну залежність між напруженнями і деформаціями. Ідеальна пружність — здатність тіла, яке здобуло деформацію, після усунення причин, що спричиняли її, повністю відновити свою початкову форму.

5. Принцип Сен-Венана. В точках тіла, достатньо віддалених від місця прикладання зовнішніх сил, внутрішні зусилля (напруження) дуже мало залежать від способу прикладання цих сил. Такий принцип дозволяє замінити одну систему сил статично їй еквівалентною (переміщення сил з верхньої частини балки на нижню, заміна зосередженої сили на групу розподілених і навпаки).

6. Принцип незалежності дії сил (суперпозиції). Ефект від суми впливу дорівнює сумі ефектів від окремого впливу. Згідно з цим принципом переміщення, напруження і деформації навантаженого тіла вважають незалежними від порядку прикладання сил.


Використана література:

Афанасьев А.Н., Марьин В.А. Лабораторний практикум по сопротивлению материалов.- М.: Наука, 1973.- 287с.

Волков Г.С. й др. Лабораторные работы по сопротивлению материалов.- Кировоград: Ин-т-с.-х. машиностроения, 1972.-. 84с.

Золотаревский В.С. Механические испытания и свойства металлов.-М.: Металлургия, 1974.- 3О3с.

Касаткин Б.С. и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: Справ. пособие.- К.: Наукова думка, 1981.-584с.

Методы испытания и исследования неметалических материалов/ Под ред. Б.И.Паншина, Б.В. Перова, М.Я.Шарова.- М.: Машиностроение, 1973.- Т.З.- 284с.

Писаренко Г.С., Ружицкий Б.М. Сопротивление материалов: Лабораторный практикум.- К.: Вища школа, 1984.- 92с.

Рубашкин А.Г. Лабораторные работы по сопротивлению материалов.- М.: Высшая школа, 1971.- 240с.

Алаи С.И., Ежевская Р.А., Антоненко Е.И. Практикум по машиноведению.- М.: Просвещение, 1965.- 304с.

Барабан Н.П., Цурпал И.А. Некоторне вопросм методологическойнаправленности курса сопротивления иатериалов // Проблемы высшей школы.-1978.-№32.-с.83-87.

Савин Г.Н. Месное значение курса сопротиаления материалов в подготовке инженера.-К.:Вища школа. 1964.- 32с.

Цурпал И.А., Барабан Н.П., Швайко В.Н. Сопротивления материалов.Лабораторные работы.-2-е изд.-К.:Вища школа, 1988.-254с.

Кальба Е.М., Горбатюк Р.М., Козиброда Я.И., Павх И.И., Бабий Я.Б. Методические указания по исполнению лабораторных работ из курса "Сопротивление материалов".-Тернополь: Педагогический университет, 1998.-47с. 

Кальба Е.М., Столярчук Р.В., Буковский П.В., Лен Югансон.

Методичні вказівки до виконання розрахунково графічних робіт з курсу опір матеріалів.- Тернопіль; Педагогічний інститут, 1992.-45с.

Тимощенко С.П. История науки о сопротивлении материалов.- М.: Изд-во науч.-.техн. Лит., 1957.- 536с.

Феодосьев В.Й. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1979.-559с.

Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения.- М.: Наука, 1974.-640с.

Сопротивление материалов / Г.С.Писаренко, В.А.Агарев, А.Л.Квигка и др.- 5-е изд.- К.: Вища школа, 1986.- 775с.

Долинский Ф.В., Михайлов Ф.Н. Краткий курс сопротивления материалов.- М.: Высшая юкола, 1988.- 432с.

Цурпал И.А. Краткий курс сопротивления материалов.- К.: Вища школа.- 1989.- ЗІІс.