Заняття № 34

КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ

з дисципліни: «Технічна механіка»

частина 2

Розділ: « Опір матеріалів »

для студентів технічних спеціальностей

Автор-укладач: Андрійчук І.І.

Розглянуто та схвалено цикловою комісією спеціальності 5.05050302 « Технологія обробки матеріалів на верстатах та автоматичних лініях »

Протокол № 1 від «29» серпня 2014 р.

Голова комісіїВасилюк Д.Г.

2014 м.Бердичів

Зміст

Вступ

Навчальними планами для студентів технічних спеціальностей передбачено вивчення дисципліни “Технічна механіка”, яка розглядається як одна з основних складових загально інженерної підготовки майбутніх фахівців машинобудування. Це визначає відповідні вимоги до методичного забезпечення навчального процесу, особливо в умовах організації самостійної роботи студентів.

Певними труднощами при створенні такого методичного забезпечення є вирішення проблеми його універсальності при максимальному урахуванні особливостей кожної спеціальності і спеціалізації, за якими ведеться підготовка студентів.

Для вирішення цієї проблеми впроваджено відповідний методичний підхід. Він полягає у розробці інформаційно-довідкових робочих конспектів для студентів різних спеціальностей, які забезпечують кероване самостійне вивчення дисципліни “Технічна механіка” на основі використання базового конспекту лекцій (охоплює усі розділи робочих програм).

Базовий конспект лекцій з дисципліни “Технічна механіка” складається з трьох частин – “Теоретична механіка”, “Опір матеріалів ”, “Деталі машин”. Даний конспект лекцій є другою частиною базового конспекту лекцій з дисципліни “Технічна механіка”, який містить усі основні теми, що виділені у робочих програмах цієї дисципліни для студентів усіх спеціальностей.

Заняття № 34

Тема 2.1: Основні положення опору матеріалів

План

1. Задачі розділу. Деформоване тіло. Пружність і пластичність. Поняття про розрахунки на міцність, жорсткість, стійкість. Класифікація навантажень.

2. Геом. схеми елементів конструкцій: брус, оболонка, пластина, масивне тіло.

3. Метод перерізів і його застосування для визначення внутрішніх силових факторів.

4. Напруження: повне, нормальне, дотичне.

5. Основні гіпотези і припущення в опорі матеріалів.

ЛІТЕРАТУРА ОСНОВНА

ЛІТЕРАТУРА ДОДАТКОВА

Студенти повинні знати: задачі розділу, види навантажень, основні види геометричних схем, сутність розрахунку на міцність, жорсткість та стійкість, сутність метода перерізів, визначення напружень.

Студенти повинні вміти: проводити метод перерізів та визначати вид деформації за внутрішніми силовими факторами.

Задачі розділу. Деформоване тіло. Пружність і пластичність. Поняття про розрахунки на міцність, жорсткість, стійкість. Класифікація навантажень. Геом. схеми елементів конструкцій: брус, оболонка, пластина, масивне тіло.

За своєю специфікою діяльність інженера пов’язана побудовою і експлуатацією різноманітних машин, приладів, механізмів, будівель, які, сприймаючи різні навантаження, мають забезпечити цілий ряд вимог: бути досить надійними, працездатними, технологічними, економічними і мати естетичний вигляд. Вимога надійності, що оцінюється критеріями міц­ності, жорсткості, зносостійкості, з одного боку, та економічності з другого, суперечать одна одній. Дійсно, надійність конструкції ви­магає збільшення розмірів, а її економічність в процесі виготовлення і експлуатації - мінімальної матеріаломісткості. Таку задачу неможливо розв’язати без допомоги спеціальної науки - опору матеріалів.

Опір матеріалів - це наука про інженерні методи розрахунків на міцність, жорсткість і стійкість деталей машин, механізмів і споруд. Чи раз розрахунок деталей вона дає можливість розраховувати міцні і красиві інженерні споруда, визначати їх надійні розміри.

Розрахувати конструкцію - це означає підібрати оптимальні форму 1 розміри її елементів і забезпечити міцність конструкції в цілому. Під міцністю розуміють здатність деталей машин та механізмів, не руйнуючись, чинити опір дії зовнішніх сил.

Проте, міцність конструкції ще не гарантує надійність останньої в цілому. Конструкція в цілому може не руйнуватись, але під дією зов­нішніх сил деякі її елементи можуть так деформуватись, що подальше використання стає неможливим.

Отже, конструкцію необхідно розраховувати на обмеження деформації її елементів під дією зовнішніх сил інакше можуть виникнути перекоси, заклинювання і таке інше, що виключить нормальну роботу машини, тобто необхідно проводити розрахунки на жорсткість.

Жорсткість - це здатність деталей машин та механізмів протидіяти зовнішнім силам з точки зору допустимих змін розмірів та форми, тобто деформації.

Деякі елемента конструкцій мають особливу форму і працюють під дією характерних навантажень, наприклад: тонкі і довгі стержні при стиску, тонкостінні циліндричні конструкції в процесі закручування і ін. Та­кі конструкції під навантаженням без будь-яких зовнішніх причин раптово втрачають пружну рівновагу або стійкість. Після втрати рівноваги про­цес руйнування конструкції відбувається вже так швидко, що стає не­можливим відвернути катастрофу, у наведених прикладах втрата стійкості виявляється у викривленні стиснутого стержня і коробленні закручено­го циліндра.

Втрата стійкості в таких конструкціях відбувається під дією сил, набагато менших бід отриманих із розрахунків на міцність і жорсткість. Тому деякі конструкції та їх елементи необхідно спеціально розраховувати на стійкість. Під стійкістю розуміють здатність елементів конструкції зберігати положення пружної рівноваги під дією зовнішніх сил.

На практиці доводиться мати справу з розрахунками конструкцій складних форм, але всі вони вміщують чотири види простих елементів: брус, пластина, оболонка і масивне тіло.

Брусом будемо називати елемент конструкції, у якого один із геометричних розмірів довжина набагато пе­ревищує два інших поперечних.

Оболонка - це викривлена пластина. Прикладами оболонок в стінки цистерн, баків, куполи будівель тощо.

Масивним тілом будемо вважати елемент конструкції, у якого всі три виміри одного порядку. Це фундаменти, масивні колони тощо.

Опір матеріалів виділився в самостійну науку ще в першій половині ХVII століття. В цей час так звана епоха Відродження бурхливий розвиток мореплавства, техніки торгівлі, військової справи, будівництва вимагали наукових обґрунтувань, розрахунків на міцність конструкцій та машин. Засновником науки опору матеріалів вважають італійського вченого Галілео Галілея 1564-1642. Опублікований ним в 1638 р. науковий трактат "Бесіди і математичні доведення, що відносяться до двох нових галузей нау­ки - механіки та місцевого руху" поклав початок розвитку науки опору ма­теріалів. Робота була присвячена розв'язанню задач і про залежність між розмірами бруса і зусиллям, які він може витримати. Розрахунки Галілея принесли значну користь у будівництві великих кораблів і споруд.

Подальший розвиток науки опору матеріалів йшов паралельно з розвитком інших точних наук - фізики, математики, матеріалознавства тощо, її обсяг поповнювався вкладом зарубіжних і вітчизняних вчених та інженерів.

Типовими задачами розрахунків на міцність є:

1) задача аналізу (перевірка міцності та жорсткості): при заданих навантаженнях визначити напруження і деформації та перевірити, чи не перевищують вони допустимих значень;

2) задача синтезу (проектувальні розрахунки): підбір матеріалів та визначення розмірів елементів конструкцій при заданих навантаженнях;

3) розрахунок вантажопідйомності: при заданих параметрах конструкції визначення граничних або руйнівних навантажень.

Найбільш простою схемою, найчастіше застосовуваною при інженерних методах розрахунків на міцність, є брус.

В процесі роботи машин та споруд їх деталі сприймають різноманітні навантаження, або різні сили, моменти сил. На розрахункових схемах певні елементи конструкцій відокремлюються від інших. Дія тих об’єктів, які не увійшли до розрахункової схеми, враховується так званими зовнішніми силами.Наприклад, на рисунку 1.1 зовнішніми є прикладені до стержня сили , , …, .