Что понимается под прочностью. Основные понятия о прочности

1. Основные задачи дисциплины «Сопротивление материалов» Что понимается под прочностью, жёсткостью и устойчивостью тела?

2. Что называется стержнем (брусом), оболочкой (пластиной), массивным телом? Что называется осью стержня?

3. По каким признакам и как классифицируются нагрузки? Как обозначаются и в каких единицах выражаются сосредоточенные силы и моменты, а также интенсивности распределенных силовых нагрузок.

4. Каковы основные типы опорных закреплений? Какие реакции в них возникают и как они определяются?

5. Что представляют собой внутренние силы? Какие внутренние усилия (внутренние силовые факторы) могут возникать в поперечных сечениях стержней (их названия и обозначения) и какие виды деформации (нагружений) с ними связаны?

6. В чём сущность метода сечений?

7. Каковы правила знаков для продольных и поперечных сил, крутящих и изгибающих моментов?

8. Дифференциальные зависимости между поперечной силой, изгибающим моментом и интенсивностью распределённой нагрузки.

9. Что называется напряжением? Каковы виды напряжений, их обозначения и размерность?

10. Основные гипотезы и допущения, принимаемые в сопротивлении

материалов.

РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ

1. Какие напряжения и деформации возникают при растяжении и сжатии (названия, обозначения, размерность)?

2. Как записывается закон Гука при растяжении и сжатии? Что называется модулем упругости

3. Что называется коэффициентом поперечной деформации (коэффициентом Пуассона) и какие он имеет значения для различных материалов?

4. Что называется пределом пропорциональности, пределом упругости, пределом текучести и пределом прочности (временным сопротивлением)? Их обозначение и размерность.

5. Что называется допускаемым напряжением? Как оно выбирается для пластичных и хрупких материалов?

6. Что называется коэффициентом запаса прочности и от каких основных факторов зависит его величина?

7. Какие стержневые конструкции называются статически неопределимыми? Порядок расчёта таких конструкций.

8. Температурные напряжения в статически неопределимых конструкциях.

9.Условие прочности при растяжении и сжатии. Виды расчётов на прочность.

10.Условие жесткости при растяжении и сжатии. Виды расчётов на жесткость.

СДВИГ И КРУЧЕНИЕ

1. Какой случай плоского напряжения состояния называется чистым

2. Какие напряжения и деформации возникают при сдвиге?

3. Закон Гука при чистом сдвиге. Какая существует зависимость

между модулями упругости первого и второго рода?

4. Как выбираются допускаемые касательные напряжения?

5. Условия прочности при сдвиге. Расчёты на срез

6. При каком нагружении прямой брус испытывает деформацию

кручения?

7. Какие напряжения и деформации возникают при кручении?

Название, обозначение, размерность.

8. Какое напряженное состояния возникает в каждой точке круглого

бруса при кручении?

9. Условие прочности и жесткости при кручении стержня круглого

поперечного сечения. Виды расчётов.

10.Статически неопределимые задачи при кручении.

ПРЯМОЙ ИЗГИБ.

1. Какой изгиб называется чистым? Какой изгиб называется прямым?

2. Что представляет собой нейтральный слой и нейтральная линия, и как они расположены?

3. Что называется силовой линией?

4. Как определяются нормальные напряжения в поперечном сечении балки при чистом изгибе и как они изменяются по высоте сечения?

5. Как определяются нормальные и касательные напряжения при поперечном изгибе?

6. Какой вид имеют эпюры нормальных и касательных напряжений при изгибе?

7. Какие балки называются статически неопределимыми? Что представляют собой основная и эквивалентная системы?

8. В чём суть метода сил решения статически неопределимых балок? Как составляются канонические уравнения?

9. Какие балки называются неразрезными (многопролётными)? Каково уравнение трёх моментов?

10. Условие прочности при изгибе. Виды расчётов.

СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ.

1. Какой изгиб называется косым? Сочетанием каких видов изгиба он является?

2. Как находится положение нейтральной линии при косом изгибе?

3. Для каких сечений косой изгиб невозможен и почему?

4. Условие прочности при косом изгибе. Виды расчётов.

5. Какое сложное сопротивление называется внецентренным растяжением или сжатием?

6. Как определяется положение нейтральной линии внецентренном растяжении или сжатии? Что называется ядром сечения?

7. Условие прочности при внецентренном растяжении или сжатии. Виды расчётов.

8. Какое напряжение состояния возникает в опасных точках сечения при изгибе с кручением?

9. Как определяется эквивалентный момент по различным теория прочности при изгибе с кручением круглого стержня?

10. Условие прочности при изгибе с кручением круглых стержней. Виды расчётов.

1

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Что понимается под прочностью?

2. Что такое жесткость?

3. Что понимается под устойчивостью?

4 Какое свойство тел называется упругостью?

5 К каким простейшим типам с точки зрения формы сводятся различные элементы конструкций?

6 Какие объекты называются стержнями?

8. Какие объекты называются пластинами и оболочками? В чем состоит разница между пластинами и оболочками?

9. Какие тела называются объемными?

10. Какие основные задачи решаются в курсе сопротивления материалов?

11. Перечислите основные допущения относительно свойств конструкционных материалов , которые принимаются в сопротивлении материалов.

12. Что означает свойство однородности?

13. Что понимается под сплошностью?

14. Почему дерево считается анизотропным материалом?

15. В чем состоит принцип независимости действия сил?

17. Какие силы называются статическими, какие динамическими?

18. Что такое объемная сила, ее размерность? Приведите примеры объемных сил?

22. Какие системы называются статически неопределимыми?

23. Какие системы называются статически определимыми?

24. Опорные реакции – силы внешние или внутренние?

26. Какой метод используется при определении внутренних усилий?

27. Сколько внутренних усилий возникает в поперечных сечениях стержня в общем случае нагружения? Назовите их.

28. По какому признаку классифицируются виды деформации стержня?

29. Какие случаи простой деформации Вам известны?

30. Что называется напряжением в точке и какова его размерность?

31. Какое напряжение называется нормальным и какое касательным?

32. Какие напряжения называются опасными (предельными)?

33. Что такое коэффициент запаса прочности?

34. Как определяется допускаемое напряжение?

35. Что такое деформация? Какие Вам известны простейшие деформации?

36. Как вводятся понятия "относительное удлинение", "относительный сдвиг"?

37. В чем заключается расчет на жесткость?

РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ

38. Какой вид нагружения называется осевой деформацией?

39. Какая гипотеза положена в основу теории растяжения (сжатия) прямолинейных стержней и какой закон распределения напряжений из нее вытекает?

40. Запишите условие статической эквивалентности для нормальной силы.

41. Как вычисляются напряжения в поперечном сечении стержня при осевой деформации?

42. Как изменится усилие в статически определимом стержне при осевой деформации, если: а) увеличить вдвое площадь поперечного сечения ; б) заменить материал

43. Как изменится напряжение в статически определимом стержне при осевой деформации, если: а) увеличить вдвое площадь поперечного сечения ; б) заменить материал , из которого изготовлен стержень?

44. В каких частях растянутого стержня распределение напряжений не является равномерным?

45. Что такое концентрация напряжений и как она оценивается в упругой стадии работы материала?

46. Зависит ли распределение напряжений при осевой деформации от способа приложения внешних сил?

47. В чем состоит принцип Сен-Венана?

48. Как записывается условие прочности при осевой деформации? Какие задачи можно решать с помощью этого условия?

49. Как вычисляется удлинение стержня, если нормальная сила постоянна?

50. Как вычисляется удлинение стержня, если нормальная сила изменяется по линейному закону?

51. Во сколько раз изменится абсолютное удлинение круглого стержня, растягиваемого некоторой силой , если уменьшить в 2 раза его длину и диаметр?

52. Как записывается закон Гука при растяжении (сжатии)?

53. Каков физический смысл модуля Юнга?

54. Что такое коэффициент Пуассона? В каких пределах он изменяется для изотропных материалов?

55. Какая линейная деформация при растяжении больше: продольная или поперечная?

56. Какое из приведенных значений коэффициента Пуассона (0,12; 0,00; 0,52; 0,35; 0,50) не может быть для изотропного материала?

57. Характеристиками каких свойств материала являются модуль Юнга и коэффициент Пуассона?

ТЕОРИЯ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

75. Что такое напряженное состояние в точке и как оно количественно оценивается?

76. Сколько существенно различных компонент у тензора напряжений?

77. Сформулируйте закон парности касательных напряжений (словесно).

78. На гранях элементарного параллелепипеда, параллельных плоскости xOz покажите положительные направления действующих на них напряжений.

79. Какие напряжения называются главными?

80. На каких площадках отсутствуют касательные напряжения?

82. Сколько главных площадок можно провести через точку деформируемого тела, как они ориентированы по отношению между собой?

84. На каких площадках нормальные напряжения достигают экстремальных значений?

85. Какое существует соотношение между главными напряжениями?

86. Какие величины называются инвариантными?

87. Чему равен первый инвариант тензора напряжений?

88. Как выглядит тензор напряжений, если оси координат совпадают по направлению с главными напряжениями?

89. Чему равно наибольшее касательное напряжение в точке тела и на каких площадках оно действует?

90. Дайте классификацию напряженных состояний в точке тела.

91. На каких площадках растянутого стержня возникают наибольшие нормальные и на каких - наибольшие касательные напряжения?

92. Какое напряженное состояние называется чистым сдвигом? Чему в этом случае равны главные напряжения и как ориентированы главные площадки?

93. Что такое деформированное состояние в точке тела и как количественно оно оценивается?

94. Каки оси называются главными осями деформаций?

95. Как выглядит тензор деформаций , если оси координат совпадают по направлению с главными осями деформаций?

98. Какие величины связывает между собой обобщенный закон Гука?

ГИПОТЕЗЫ ПРОЧНОСТИ

99. Зачем нужны гипотезы (теории) прочности?

100. Какие Вам известны классические гипотезы хрупкого разрушения (перечислить)?

101. Какие Вам известны классические гипотезы пластичности (перечислить)?

102. Что такое эквивалентное (расчетное) напряжение?

103. Какое состояние считается опасным в соответствие I гипотезы прочности?

104. Как определяется эквивалентное (расчетное) напряжение по I гипотезе прочности?

105. Какое состояние считается опасным в соответствие II гипотезы прочности?

106. Как определяется эквивалентное (расчетное) напряжение по II гипотезе прочности?

107. Какое состояние считается опасным в соответствие III гипотезы прочности?

108. Как определяется эквивалентное (расчетное) напряжение по III гипотезе прочности?

109. Какое состояние считается опасным в соответствие IV гипотезы прочности?

110. Как определяется эквивалентное (расчетное) напряжение по IV гипотезе прочности?

КРУЧЕНИЕ

113. Какой вид деформации стержня называется кручением?

114. Что называется крутящим моментом и как определяется его знак?

116. Как выражается закон Гука при сдвиге?

117. Характеристикой каких свойств материала является модуль сдвига? Какая существует связь между упругими константами изотропного материалв?

118. По какому закону распределяются касательные напряжения в поперечных сечениях круглого вала в области упругих деформаций?

119. Как направлены касательные напряжения по отношению к вектору, соединяющему центр тяжести сечения и рассматриваемую точку?

120. Запишите условие статической эквивалентности для крутящего момента.

121. В каких точках поперечного сечения круглого вала возникают наибольшие касательные напряжения и как они определяются?

122. Что такое полярный момент инерции и полярный момент сопротивления? Как они вычисляются и какова размерность этих величин?

123. Как записывается условие прочности для круглого вала и какие задачи оно позволяет решать?

124. Какая выгода достигается при использовании полых валов?

127. По какой формуле определяется угол закручивания круглого вала при постоянном по длине крутящем моменте и неизменной жесткости поперечного сечения?

128. Какую величину называют жесткостью поперечного сечения при кручении и какова ее размерность?

129. Как формулируется условие жесткости при кручении круглого вала?

130. Какое напряженное состояние возникает при кручении круглого вала? По каким площадкам действуют максимальные касательные напряжения и по каким - максимальные нормальные?

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ СТЕРЖНЯ

132. Что такое статический момент сечения относительно некоторой оси и в каких единицах он измеряется?

133. Какая ось называется центральной?

134. Чему равен статический момент относительно центральной оси?

135. Как вводятся понятия осевых и центробежного момента инерции для плоской фигуры, их размерность?

136. Пусть известен момент инерции фигуры площадью A относительно центральной оси x. Как определить момент инерции относительно оси , параллельной заданной?

137. Пусть известен момент инерции фигуры площадью A относительно произвольной оси x. Как определить момент инерции относительно оси , параллельной заданной?

138. Относительно какой из всевозможных параллельных осей осевой момент принимает наименьшее значение?

139. Как вычисляется момент инерции прямоугольника с основанием b и высотой h относительно центральной оси параллельной основанию?

140. Чему равен момент инерции круга диаметром D отосительно центральной оси?

142. Как связаны между собой полярный и осевые моменты инерции?

143. Какие оси называются главными осями инерции?

144. Относительно каких осей осевые моменты достигают экстремального значения?

145. В каком случае можно без вычислений определить положение главных осей инерции сечения?

ПЛОСКИЙ ИЗГИБ

147. Какой вид деформации стержня называется изгибом?

148. Что такое балка?

149. Как приложена нагрузка, под действием которой стержень находится в условиях плоского изгиба?

150. Какие внутренние силовые факторы возникают в поперечных сечениях балок?

151. Какой изгиб называется чистым?

152. Когда имеет место поперечный изгиб?

153. Какие существуют зависимости между распределенной нагрузкой, поперечной силой и изгибающим моментом?

154. Для чего строятся эпюры поперечных сил и изгибающих моментов?

155. Запишите условия статической эквивалентности для изгибающего момента и поперечной силы.

157. Что такое нейтральная линия поперечного сечения балки?

159. Какая величина называется жесткостью поперечного сечения балки?

160. Как изменяются по высоте поперечного сечения балки нормальные напряжения при изгибе?

161. Какая величина называется моментом сопротивления сечения при изгибе и какова ее размерность?

162. Чему равен осевой момент сопротивления для балок прямоугольного и круглого сечений?

163. Как записывается условие прочности по нормальным напряжениям для балок из пластичных материалов?

164. Как записываются условия прочности по нормальным напряжениям для балок из хрупких материалов?

166. Хрупкий материал испытали на сжатие и получили предел прочности. Достаточно ли этого для расчета конструкции, работающей на изгиб , и почему?

167. Во сколько раз увеличатся напряжения и прогибы балки, если нагрузку увеличить в 5 раз?

168. Как распределяются нормальные напряжения по ширине сечения балки?

170. Как распределяются касательные напряжения по высоте балки прямоугольного поперечного сечения?

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРИ ИЗГИБЕ

171. Что такое прогиб, угол поворота?

172. Как связаны между собой прогиб и угол поворота в любом сечении балки?

173. Какой вид имеет приближенное дифференциальное уравнение изгиба балок?

174. Какой геометрический смысл параметров v0, 0 в универсальном уравнении изогнутой оси балки (методе начальных параметров)?

175. Что такое граничные условия?

176. Как записываются граничные условия для шарнирной опоры?

177. Как записываются граничные условия для заделки?

178. Какой прием используют для учета равномерно распределенной нагрузки при записи универсального уравнения изогнутой оси балки?

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИСТАТИЧЕСКИ НЕОПРЕДЕЛИМЫЕ СИСТЕМЫ

179. Сформулируйте теорему Клапейрона.

180. Почему в теореме Клапейрона появляется множитель 0,5?

181. Что такое обобщенная сила?

182. Что такое обобщенное перемещение?

183. Каки понятием связаны между собой обобщенная сила и обобщенное перемещение?

185. Как определяются линейные и угловые перемещения балок методом Мора?

187. Какие приемы (способы) вычисления интеграла Мора Вы знаете?

188. Какие системы называются статически неопределимыми? Что такое степень статической неопределимости?

191. Что понимают под основной системой?

192. Каков физический смысл канонических уравнений метода сил?

193. Что представляют собой коэффициенты канонических уравнений метода сил и как они определяются?

197. Что характерно для эпюр изгибающих моментов статически неопределимых балок?

СЛОЖНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

198. Что называется сложным сопротивлением (сложной деформацией)?

199. Какой изгиб называется пространственным (сложным)?

200. Как вычисляются напряжения при пространственном изгибе?

201. Как распределяются напряжения при пространственном изгибе?

202. Что такое нейтральная (нулевая линия)?

203. Запишите условие прочности при пространственном изгибе стержня прямоугольного поперечного сечения.

205. При каких условиях реализуется косой изгиб?

206. Как распределяются нормальные напряжения при косом изгибе?

207. Как проходит нейтральная линия при косом изгибе?

208. Каково взаимное расположение силовой и нейтральной линий при косом изгибе?

209. Может ли балка круглого поперечного сечения испытывать косой изгиб?

210. Чему равно нормальное напряжение в центре тяжести поперечного сечения при косом изгибе?

211. В каких точках поперечного сечения нормальные напряжения при косом изгибе достигают максимальных значений?

212. Какой вид имеют условия прочности при косом изгибе для сечения произвольной формы?

213. Какой вид имеют условия прочности при косом изгибе для балок прямоугольного сечения?

214. Как вычисляются перемещения при косом изгибе?

215. Как направлен вектор перемещения при косом изгибе?

216. Чему равно нормальное напряжение в центре тяжести поперечного сечения при внецентренном растяжении (сжатии)?

217. Как определяется положение нейтральной линии при внецентренном растяжении (сжатии)?

218. Как проходит нейтральная линия, если сила приложена на границе ядра сечения?

219. Какой вид имеет ядро сечения для прямоугольника и круга?

220. Какие точки являются опасными при внецентренном растяжении (сжатии) нагружении?

222. Как записывается условие прочности при изгибе с кручением круглого стержня по III гипотезе прочности?

223. Как записывается условие прочности при изгибе с кручением круглого стержня по IV гипотезе прочности?

УСТОЙЧИВОСТЬ СЖАТЫХ СТЕРЖНЕЙ

224. Какая форма равновесия конструкции называется устойчивой?

225. Что такое критическая сила?

226. Как определяется критическая сила , если возникающие напряжения не превосходят предела пропорциональности?

227. Как изменится критическая сила для сжатой стойки, если одновременно увеличить диаметр в 2 раза и длину стойки в 4 раза? Формулу Эйлера считать применимой.

228. Как определяется критическая сила , если возникающие напряжения выходят за предел пропорциональности?

229. Что такое гибкость стержня?

231. При каких напряжениях теряют устойчивость стержни большой гибкости? По какой формуле определяется для них критическая сила?

232. При каких напряжениях теряют устойчивость стержни средней гибкости? По какой формуле определяется для них критическая сила?

233. Можно ли пользоваться формулой Эйлера за пределом пропорциональности материала?

234. Как записывается условие устойчивости сжатого стержня и какие задачи оно позволяет решать?

ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ

235. На каком принципе базируется расчет на прочность движущихся элементов конструкций?

236. Какие Вам известны разновидности удара?

237. Какие допущения принимаются при расчетах на удар?

238. Чему равен динамический коэффициент при продольном ударе?

239. Каково значение динамического коэффициента при падении груза с нулевой высоты?

240. Как определяются напряжения и перемещения при ударе?

ПЕРЕМЕННЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

241. Что называется усталостью?

242. Что называется выносливостью материала?

243. Что такое цикл напряжений?

244. Перечислите основные параметры цикла.

245. Что такое коэффициент асимметрии цикла?

246. Какой цикл называется симметричным (проиллюстрируйте графиком)?

247. Какой цикл называется знакопостоянным (проиллюстрируйте графиком)?

248. Какой цикл называется знакопеременным (проиллюстрируйте графиком)?

249. Какой цикл называется отнулевым (проиллюстрируйте графиком)?

252. Что представляет собой кривая усталости?

253. Изобразите временную диаграмму цикла с коэффициентом асимметрии равным -1.

255. Что называется пределом выносливости материала?

256. Может ли предел выносливости быть равным пределу текучести, пределу прочности?

257. Какие факторы влияют на величину предела выносливости?

258. Как влияют абсолютные размеры поперечного сечения детали на величину предела выносливости?

259. Как влияет качество обработки поверхности на величину предела выносливости детали?

Работоспособность - состояние детали, при котором она способна вы­полнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями нормативно-технической документации.

Основными критериями работоспособности деталей машин являются прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчи­вость. Кратко рассмотрим эти требования.

0.6. Прочность является главным критерием работоспособности дета­лей. Методы расчетов на прочность изучают в курсе «Сопротивление мате­риалов».

Прочность - свойство материалов детали в определенных условиях и пре­делах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, не­равномерные температурные поля и др.).

В большинстве технических расчетов под нарушением прочности по­нимают не только разрушение, но и возникновение пластических дефор­маций.

Наиболее распространенным методом оценки прочности деталей ма­шин является сравнение расчетных (рабочих) напряжений, возникающих в деталях машин под действием нагрузок, с допускаемыми.

Условие прочности выражают неравенством

σ≤ [σ] или τ ≤ [τ], (0.1)

где σ, τ - расчетные нормальное и касательное напряжения в опасном се­чении детали; [σ], [τ] - допускаемые напряжения.

Кроме обычных видов разрушения деталей (поломок) наблюдаются также случаи, когда под действием нагрузок, прижимающих детали одну к другой, возникают местные напряжения и деформации. Наличие контакт­ных напряжений может привести к разрушению деталей. Поэтому для мно­гих деталей (а зависит это от конструкции, воспринимаемых нагрузок, ус­ловий работы и других факторов) проводится расчет по условию контакт­ной прочности:

Σ H ≤ [σ] H ; (0.2)

где - расчетное контактное напряжение; q - нагрузка на единицу длины контакта; E пр - приведенный модуль упругости; - приведен­ный радиус кривизны; [σ] н - допускаемое контактное напряжение.

Эта формула получена для двух круговых цилиндров бесконечно боль­шой длины, материалы которых имеют коэффициент Пуассона µ = 0,3.

Что понимается под прочностью детали?

0.7. Жесткостью называют способность деталей сопротивляться измене­нию их формы под действием приложенных нагрузок.

Наряду с прочностью это один из важнейших критериев работоспособ­ности машин. Иногда размеры деталей (таких, как длинные оси, валы и т. п.) окончательно определяются расчетом на жесткость.

Запишите условие, обеспечивающее жесткость работающей детали (вспомните из курса «Сопротивление материалов»).

0.8. Износостойкость - сопротивление деталей машин и других трущих­ся изделий изнашиванию.

Изнашивание - процесс разрушения поверхностных слоев при трении, приводящий к постепенному изменению размеров, формы, массы и со­стояния поверхности деталей (износу).

Износ - результат процесса изнашивания.

При расчетах деталей на износ либо определяют условия, обеспечиваю­щие для них трение со смазочным материалом, либо назначают для тру­щихся поверхностей соответствующие допускаемые давления.

Изнашивание деталей можно уменьшить следующими конструктивны­ми, технологическими и эксплуатационными мерами:

Создать при проектировании деталей условия, гарантирующие трение со смазочным материалом;

Выбрать соответствующие материалы для сопряженной пары;

Соблюдать технологические требования при изготовлении деталей;

Наносить на детали покрытия;

Соблюдать режимы смазывания и защиты трущихся поверхностей от абразивных частиц.

Что такое износ? Укажите пути уменьшения изнашивания трущихся де­талей.

0.9. Под теплостойкостью понимают способность деталей сохранять нормальную работоспособность в допустимых (заданных) пределах темпера­турного режима, вызываемого рабочим процессом машин и трением в их меха­низмах.

Тепловыделение, связанное с рабочим процессом, имеет место в тепло­вых двигателях, электрических машинах, литейных машинах и в машинах для горячей обработки материалов.

Нагрев деталей машин может вызвать следующие вредные последствия:

Понижение прочности материала и появление остаточных деформа­ций, так называемое явление ползучести (наблюдается в машинах с очень напряженным тепловым режимом, например, в лопатках газо­вых турбин);

Понижение защищающей способности масляных пленок, а следова­тельно, увеличение износа трущихся деталей;

Изменение зазоров в сопряженных деталях;

В некоторых случаях понижение точности работы машины;

Для деталей, работающих в условиях многократного циклического изменения температуры, могут возникнуть и развиться микротрещи­ны, приводящие в отдельных случаях к разрушению деталей.

Для обеспечения нормального теплового режима работы деталей и уз­лов машин в ряде случаев выполняют специальные расчеты, например, те­пловой расчет червячных редукторов.

Что произойдет с деталью, если в процессе работы температура будет выше предельно допустимой?

0.10. Под виброустойчивостью понимают способность деталей и узлов работать в нужном режиме без недопустимых колебаний (вибраций).

Вибрации вызывают дополнительные переменные напряжения и могут привести к усталостному разрушению деталей. Особенно опасными явля­ются резонансные колебания. В связи с повышением скоростей движения машин опасность вибрации возрастает, поэтому расчеты параметров выну­жденных колебаний приобретают все большее значение.

Сопротивление материалов – наука о прочности, жесткости и надежности элементов инженерных конструкций. Методами сопротивления материалов ведутся практические расчеты и определяются необходимые, как говорят, надежные размеры деталей машин, различных конструкций и сооружений.
Основные понятия сопротивления материалов опираются на законы и теоремы общей механики и в первую очередь на законы статики, без знания которых изучение данного предмета становится практически невозможным.

В отличие от теоретической механики сопротивление материалов рассматривает задачи, где наиболее существенными являются свойства деформируемых тел, а законы движения тела, как жесткого целого, не только отступают на второй план, но в ряде случаев являются попросту несущественными.
Сопротивление материалов имеет целью создать практически приемлемые простые приемы расчета типичных, наиболее часто встречающихся элементов конструкций. Необходимость довести решение каждой практической задачи до некоторого числового результата заставляет в ряде случаев прибегать к упрощающим гипотезам – предположениям, которые оправдываются в дальнейшем путем сопоставления расчетных данных с экспериментом.
Необходимо отметить, что первые заметки о прочности упоминаются в записках известного художника ЛЕОНАРДО Де ВИНЧИ, а начало науки о сопротивлении материалов связывают с именем знаменитого физика, математика и астронома ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЯ. В 1660 году Р.ГУК сформулировал закон, устанавливающий связь между нагрузкой и деформацией: «Какова сила – таково и действие ». В XVIII веке необходимо отметить работы Л.ЭЙЛЕРА по устойчивости конструкций. XIX – XX века являются временем наиболее интенсивного развития науки в связи с общим бурным ростом строительства и промышленного производства при безусловно огромном вкладе ученых-механиков России.
Итак, мы будем заниматься твердыми деформированными телами с изучением их физических свойств .

Введем основные понятия, принимаемые при изучении дисциплины.

Прочность – это способность конструкции выдерживать заданную нагрузку, не разрушаясь.

Жесткость – способность конструкции к деформированию в соответствие с заданным нормативным регламентом.

Деформирование – свойство конструкции изменять свои геометрические размеры и форму под действием внешних сил

Устойчивость – свойство конструкции сохранять при действии внешних сил заданную форму равновесия.

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.

Опираясь на вышесказанное, можно дать определение прочностной надежности.

Прочностной надежностью называется отсутствие отказов, связанных с разрушением или недопустимыми деформациями элементов конструкции.

На рис.1 приведена структура модели прочностной надежности. Она включает известные модели или ограничения, которые априорно накладываются на свойства материалов, геометрию, формы изделия, способы нагружения, а также модель разрушения. Инженерные модели сплошной среды рассматривают материал как сплошное и однородное тело, наделенное свойством однородности структуры. Модель материала наделяется свойствами упругости, пластичности и ползучести.

Рис.1. Структура модели прочностной надежности элементов конструкций

Упругостью называется свойство тела восстанавливать свою форму после снятия внешних нагрузок.

Пластичностью называется свойство тела сохранять после прекращения действия нагрузки, или частично полученную при нагружении, деформацию.

Ползучестью называется свойство тела увеличивать деформацию при постоянных внешних нагрузках.

Основными моделями формы в моделях прочностной надежности, как известно, являются: стержни, пластины, оболочки и пространственные тела (массивы), рис.2. Модели

Рис.2. Основные модели формы в моделях прочностной надежности: а) стержень, б) пластина, в) оболочка

нагружения содержат схематизацию внешних нагрузок по величине, характеру распределения (сосредоточенная или распределенная сила или момент), а также воздействию внешних полей и сред.

Внешние силы, действующие на элемент конструкции, подразделяются на 3 группы: 1) сосредоточенные силы, 2) распределенные силы, 3) объемные или массовые силы.

Сосредоточенные силы — силы, действующие на небольших участках поверхности детали (например давление шарика шарикоподшипника на вал, давление колеса на рельсы и т.п.)

Распределенные силы приложены значительным участкам поверхности (например давление пара в паропроводе, трубопроводе, котле, давление воздуха на крыло самолета и т.д.

Объемные или массовые силы приложены каждой частице материала (например силы тяжести, силы инерции)

После обоснованного выбора моделей формы, материала, нагружения переходят к непосредственной оценке надежности с помощью моделей разрушения. Модели разрушения представляют собой уравнения, связывающие параметры работоспособности элемента конструкции в момент разрушения с параметрами, обеспечивающими прочность. Эти уравнения (условия) называют условиями прочности. Обычно рассматриваются в зависимости от условий нагружения четыре модели разрушения:

• статического разрушения,
• длительно статического разрушения,
• малоциклового статического разрушения,
• усталостного разрушения.

При малом числе циклов (N<10 2) развиваются значительные пластические деформации (статическое разрушение), при большом числе циклов (N>10 5) пластические деформации отсутствуют (усталостное разрушение). В промежуточной области (10 2 Таким образом, сопротивление материалов зависит не только от величин действующего усилия, но и от длительности самого воздействия.
Как уже отмечалось, изучение дисциплины невозможно без знания основ теоретической механики. Поэтому свой остаточный ресурс знаний рекомендую проверить по разделу «Статика», используя систему входных тестов.
Поскольку изучение сопротивления материалов базируется прежде всего на таких известных понятиях как сила, пара сил, связи, реакции в связях, равнодействующая система внешних сил, то…

В зависимости от назначения конструкции и условий ее эксплуатации к ее материалу предъявляются требования определенных свойств: коррозионных, магнитных, жаростойких и т.п.

Однако, почти для всех конструкций наиболее важным требованиям является прочность.

Что же понимается под прочностью?

Под прочностью в широком (инженерном) смысле слова понимают способность материала или элемента конструкции сопротивляется не только разрушению, но и наступлению текучести, потери устойчивости, распространению трещин и др.

В более узком, научном смысле слова под прочностью понимают не только сопротивление разрушению.

В соответствии с этими двумя понятиями создаются гипотезы, дающие объяснение наступлению каких-либо предельных состояний металла или детали.

Инженерных теорий прочности в настоящее время выдвинуто много (1-я,2-я,3-я,4-я теории прочности). Например, согласно 4-й (энергетической) теории «Пластическое состояние (или разрушение) наступает тогда, когда удельная энергия формоизменения достигает некоторого предельного значения» (гипотеза Губера-Мизеса-Генки). Тогда условие наступление текучести будет

Если в качестве предельного состояния какого-либо элемента принять наступление текучести, то соответствующая расчетная формула будет выглядеть так

Обычно берут не

Тогда

Практически по всем инженерным теориям прочности условие прочности для заданного вида нагружения будет записываться в виде

Означает ли это, что в случае, например

(т.е. в инженерном смысле произошла потеря прочности) наступает разрушение конструкции. Поэтому не следует отождествлять потерю прочности в инженерном понимании с наступлением разрушения детали.

Современные технические материалы имеют сложное, неоднородное строение. Материалы обычно разделяются на вязкие (или пластичные) и хрупкие. Вязкие разрушения происходят при больших, а хрупкие – при сравнительно малых деформациях. Из-за различия свойств материалов мы можем получить и различные виды разрушений.