Базовые понятия сопротивления материалов

   Сопротивление материалов - наука, часть механики деформируемого твёрдого тела, которая рассматривает методы инженерных расчётов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при одновременном удовлетворении требований надежности, экономичности и долговечности.

   Задача сопротивления материалов

   Задачей науки о сопротивлении материалов является определение деформаций и напряжений в твёрдом теле, которое подвергается силовому или тепловому воздействию.

   Также поведением деформируемых твёрдых тел под нагрузкой занимается теория упругости, теория пластичности, теория вязкоупругости, строительная механика, теория сооружений, теория ползучести, механика разрушения.

   Основные понятия сопротивления материалов, оценивающие способность материала сопротивляться внешним воздействиям:

   Механическое напряжение - это мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле под влиянием различных факторов.

   Механическое напряжение в точке тела определяется как отношение внутренней силы к единице площади в данной точке рассматриваемого сечения.

   Прочность - способность элемента конструкции выдерживать определённую нагрузку (сопротивляться воздействию приложенных к нему сил), не разрушаясь.

   Элемент может выдержать большую или меньшую нагрузку в зависимости от геометрии сечения и свойств материала.

   Прочность элемента оценивают сравнением расчетных напряжений (нормальных и касательных) с допускаемыми, зависящими от расчетного сопротивления материала. 

   Цель расчета на прочность – определение размеров деталей или внешних нагрузок, при которых исключается разрушение деталей.

   Жесткость - способность конструкции при воздействии приложенных к нему сил сохранять исходную форму и размеры в заданных (допустимых) пределах (противостоять внешним нагрузкам в отношении деформации).

   Под расчетом жесткости понимают определение деформаций материала, возникающих под действием заданных нагрузок.

   Цель расчета на жесткость – определение размеров деталей, при которых внешние нагрузки не приводят к появлению недопустимых деформаций деталей с точки зрения нормальной работы конструкции.

   (При заданных нагрузках деформации не должны превышать определённой величины, устанавливаемой в соответствии с требованиями, предъявляемыми к конструкции.)

   Чрезмерные деформации в конструкциях недопустимы потому, что они могут затруднить их эксплуатацию, например, вызвать появление трещин в ж.б. конструкциях или привести к изменению геометрической формы элементов конструкции, а, значит, и к перераспределению внутренних напряжений. Поэтому деформации конструкций и их узловых соединений ограничиваются нормами.

   Устойчивость - способность конструкции сохранять первоначальную (исходную) форму упругого равновесия (или заданную) под действием приложенных нагрузок.

   Значение силы при котором первоначальная форма равновесия упругого тела становится неустойчивой называется критической силой.

   Определяют критическую силу для стержней в пределах применимости закона Гука по формуле Эйлера либо по эмпирическим формулам, практическим способом - определив допускаемое критическое напряжение, либо решением дифференциального уравнения (точечный метод), либо энергетическим методом.

   Процесс потери устойчивости происходит очень быстро и может привести к разрушению конструкции или всего сооружения.

   Устойчивостью должны обладать как несущая система в целом, так и ее отдельные конструкции и элементы конструкций.

   Устойчивость несущей системы в целом называется общей устойчивостью, в которой выделяют устойчивость положения и устойчивость формы.

    Устойчивость положения сооружения обеспечивается правильным расположением фундамента и низким расположением его центра тяжести.

   Устойчивость формы конструктивной системы обеспечивается правильным взаимным расположением её элементов и правильно выбранной конструкцией узловых соединений.

   Если устойчивость формы не обеспечена, то конструктивная система под действием нагрузок может мгновенно деформироваться и разрушиться.

   Существует несколько способов придания устойчивости формы пространственной конструктивной системе, которые могут использоваться в разных сочетаниях: установка связей, установка вертикальных и горизонтальных диафрагм жесткости, использование рам с жесткими узлами.

   Устойчивость отдельных конструкций и их элементов должна обеспечиваться правильным проектированием их сечений.

   Потеря устойчивости отдельного элемента может привести к прогрессирующему (лавинообразному) разрушению сооружения в целом: потеря устойчивости отдельного элемента чаще всего влечет к его разрушению, что может привести к перенапряжению смежных элементов и их последовательному разрушению.

   Надежность – свойство конструкции выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в определенных нормативных пределах в течение требуемого промежутка времени.

   Ресурс – допустимый срок службы изделия. Указывается в виде общего времени наработки или числа циклов нагружения конструкции.

   Отказ – нарушение работоспособности конструкции.

   Прочностная надежность - отсутствие отказов, связанных с разрушением или недопустимыми деформациями элементов конструкции.

   Деформация - изменение геометрических размеров или первоначальной формы физического тела при действии сил.