Сопромат или Сопротивление Материалов

Нужна помощь в решении задач? Могу помочь😉 Здесь подробнее.

В этой вводной статье расскажу про сопромат (сопротивлении материалов) — что это за дисциплина, зачем нужна, какие задачи решаются в рамках этого предмета. А также, дам основные понятия и определения.

Что такое сопромат?

Сопромат – это дисциплина о методах и способах расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость.

Сопромат – это сокращённое название предмета — «сопротивление материалов». Эту дисциплину изучают студенты любой инженерной специальности — машиностроительной, строительной, судостроительной или авиационной отраслью. Так как при проектировании любой конструкции обязательным этапом является проведение расчётов, основы которых рассматриваются в сопромате. Не зная этих основ, нельзя создать новой техники, механизмов и оборудования. Нельзя построить такие инженерные сооружения как: мосты, многоэтажные здания и т. д. Поэтому так важно знать этот предмет настоящим инженерам!

Что уже нужно знать перед изучением сопромата?

Студенты, как правило, изучают сопромат на втором курсе и обычно два семестра. После освоения таких дисциплин, как математика, материаловедение, теоретическая механика. Особенно важно, перед изучением сопромата, освоить теоретическую механику. Хоть и в теоретической механике все тела рассматриваются абсолютно твёрдыми телами, то есть не деформирующиеся под нагрузкой. Но всё же важность представляет раздел статики. Без знаний статики не решить практически ни одной задачи по сопромату.

Основные разделы в сопромате

Фундаментальными разделами, которые изучают студенты любых специальностей, являются: растяжение (сжатие), кручение и изгиб. Это базис, на котором строятся следующие, более продвинутые темы.

Растяжение (сжатие)

Растяжение стержня

Это самый простой раздел, с него, как правило, студенты начинают знакомиться с сопроматом. Учатся строить первые эпюры внутренних усилий, подбирают размеры поперечных сечений для стержней. Проводят первые расчёты на прочность и жёсткость. Свои навыки, полученные на лекциях, студенты оттачивают на двух основных типах задач этого раздела: центрально растянутых (сжатых) брусьях или стержневых системах.

Кручение

Кручение стержня

Этот вид деформации чаще всего подробно рассматривается студентами машиностроительных специальностей. А в качестве домашних задач выдаётся схема вала, для которого требуется выполнить проектировочный или проверочный расчёт.

Изгиб

Изгиб стержня

Этот раздел является самым популярным. У многих людей, когда-то изучавших сопромат, эта дисциплина ассоциируется с балками и эпюрами для них. Так как в вузах делается упор именно на этот раздел. 1/6 часть любого учебника по сопротивлению материалов приходится на изгиб, и это не случайно. Практически все элементы конструкций, в той или иной степени, работают на изгиб. Тем более понимание процессов, происходящих при поперечном изгибе, облегчает понимание процессов, происходящих при более сложных видах сопротивления: косом изгибе, внецентренном растяжении (сжатии) и т. д.

Рассчитываемые элементы

В сопромате, все рассчитываемые объекты для простоты, принято представлять в виде простейших элементов или их комбинаций: стержни, оболочки и массивы.

Стержни

Стержни – это элементы конструкций у которых один размер значительно БОЛЬШЕ, чем два других.

Виды стержней

В свою очередь, к стержням можно отнести:

Колонны – стержни, работающие на сжатие.

Балки – стержни, работающие на поперечный изгиб.

Валы – стержни, работающие на кручение.

Оболочки и массивы

Оболочки – это элементы у которых один размер значительно МЕНЬШЕ, чем два других.

Массивы – это элементы у которых все размеры приблизительно одинаковы.

Основные расчеты в сопромате

Основными расчётами, рассматриваемыми в рамках дисциплины, являются расчёты на прочность, жёсткость и устойчивость.

Что такое прочность?

Прочность – это свойство нагруженного элемента (балки, вала и т. д.) сопротивляться внешней нагрузке и не разрушаться.

Что такое жесткость?

Жёсткость – это свойство нагруженного элемента (балки, рамы, бруса и т. д.) сохранять свои первоначальные размеры, до нагружения.

Что такое устойчивость?

Устойчивость – это свойство элемента конструкции сохранять состояние равновесия под действием нагрузки. Иногда, при расчёте, элемент может быть прочным и жёстким. Однако, из-за своих конструктивных особенностей, может не удовлетворять условию устойчивости.

Расчеты на прочность

Существует два основных типа расчета на прочность: проверочный и проектировочный.

Проверочные расчеты на прочность – это такие расчеты, при выполнении которых проверятся прочность элемента конструкции, заданной формы, размеров и материала, под некоторой нагрузкой.

При проведении проектировочных расчетов на прочность определяются определённые размеры элемента конструкции (детали) из условия прочности. Причем, очевидно, что для разных видов деформаций эти условия прочности различны.

Также иногда выполняются расчеты на грузоподъемность, когда вычисляется максимальная нагрузка, которую может выдерживать конструкция.

Расчеты на жесткость

Суть расчета на жесткость, заключается в том, что во время расчета — расчетные перемещения сравниваются с допустимыми, и делается вывод о жесткости конструкции. При необходимости вносятся изменения в конструкцию: меняются размеры или материал.

Построение эпюр в сопромате

Эпюры – это графики, используемые инженерами, для визуализации распределения какой-то физической величины: силы, напряжения, деформации и других, по длине детали или элемента конструкции.

Эпюра позволяет выявить наиболее опасные места в конструкциях, либо определить максимальное значение какой-то величины, а также может быть вспомогательным инструментом для расчёта каких-то характеристик. Например, при расчёте перемещений поперечных сечений балки, методом Верещагина, площади одной эпюры умножаются на ординаты другой. Навыки по построению эпюр, приобретаются студентами, при решении задач по сопромату.

Зачем вообще нужен сопромат?

Ни одна строительная конструкция, будь это многоэтажный дом или мост, ни одна машина, механизм не обходится при проектировании без расчётов на прочность и жёсткость.

Конечно, сегодня инженеры, вряд ли будут делать расчёты вручную. Все расчёты производятся с помощью специализированного программного обеспечения, такого как Nastran, ANSYS и им подобным. В основе этих программ лежит метод конечных элементов. Суть этого метода в том, что компьютер разбивает расчётную модель на много небольших участков и считает. Расчёт получается быстрым, а главное, точным.

Показано распределение напряжений при расчёте методом конечных элементов.
Расчет методом конечных элементов.

Зачем тогда изучать сопромат так долго? Сопромат способствует пониманию тех процессов, которые происходят внутри нагруженных элементов строительных конструкций или деталей машин. Формирует представление о том, как более рационально спроектировать тот или иной элемент конструкции, чтобы он был максимально прочным при минимальном расходе материала, одновременно удовлетворял таким критериям, как долговечность и надежность. Даже чтобы кнопки нажимать на компьютере, подобрать правильно расчетную схему, входные данные, а потом считать результат, выданный ЭВМ, проанализировать его, нужно понимание тех принципов, которые рассматриваются в сопромате.

Основные термины и понятия в сопромате

В этом разделе собраны ссылки на статьи или участки статей про основные понятия и термины, используемые в курсе — сопротивление материалов. Этот список поможет быстро найти нужную информацию на проекте — ssopromat.ru.

А

  • Абсолютное удлинение
  • Анизотропия

Б

  • Балка
  • Бетон

В

  • Вал
  • Внутренний силовой фактор
  • Внутренняя сила
  • Временное сопротивление
  • Выносливость

Г

  • Геометрически неизменяемая система
  • Гипотеза Бернулли
  • Главное напряжение
  • Главные оси
  • Главная площадка

Д

  • Депланация
  • Деформация
  • Деформированное состояние
  • Дислокация
  • Допускаемое напряжение

Ж

  • Жесткость

З

  • Закон Гука
  • Запас прочности

И

  • Изгиб
  • Изотропия
  • Интеграл Мора
  • Изгибающий момент

К

  • Касательное напряжение
  • Колонна
  • Консоль
  • Конструкция
  • Концентрация напряжений
  • Коэффициент Пуассона
  • Критерий пластичности
  • Критическая сила
  • Круг Мора
  • Крутящий момент
  • Кручение

М

  • Меридиональное напряжение
  • Местное напряжение
  • Метод конечных разностей
  • Метод конечных элементов
  • Метод начальных параметров
  • Модуль сдвига
  • Момент инерции
  • Момент сопротивления

Н

  • Нагартовка
  • Нагрузка
  • Наклеп
  • Напряжение
  • Напряженное состояние
  • Нейтральная линия
  • Нейтральный слой
  • Неустойчивая система
  • Нормальное напряжение

О

  • Оболочка
  • Осевая сила
  • Основная система
  • Относительное удлинение

П

  • Пластичность
  • Перемещение
  • Перерезывающая сила
  • Плоская система
  • Площадка текучести
  • Поверхностная сила
  • Полное напряжение
  • Полярный момент инерции
  • Поперечная сила
  • Потеря устойчивости
  • Предел выносливости
  • Предел пропорциональности
  • Предел прочности
  • Предел текучести
  • Предел упругости
  • Предельное состояние
  • Принцип независимости действия сил
  • Принцип Сен-Венана
  • Прогиб
  • Продольная сила
  • Пространственная система
  • Прочность

Р

  • Рама
  • Равновесие
  • Разрушение
  • Растяжение
  • Распределенная сила
  • Расчетная схема
  • Расчет на жесткость
  • Расчет на прочность
  • Реакция опоры
  • Ригель

С

  • Сдвиг
  • Сжатие
  • Сопротивление материалов
  • Сосредоточенная сила
  • Способ Верещагина
  • Сталь
  • Статика
  • Статически неопределимая система
  • Статически определимая система
  • Степень статической неопределимости
  • Стержень
  • Стержневая система

Т

  • Твердость
  • Текучесть
  • Теорема взаимности перемещений
  • Теорема взаимности работ
  • Теорема Кастильяно
  • Теория максимальных касательных напряжений
  • Теория Мора
  • Теория пластичности

У

  • Угол закручивания
  • Уголок
  • Упрочнение
  • Упругость
  • Уравнение метода сил
  • Уравнение равновесия
  • Условие равновесия
  • Устойчивость

Ф

  • Ферма
  • Формула Журавского

Х

  • Хрупкость

Ц

  • Центральные оси

Ч

  • Чистый изгиб
  • Чистый сдвиг
  • Чугун

Ш

  • Шарнир
  • Швеллер

Э

  • Эйлерова сила
  • Эквивалентное напряжение
  • Эпюра

Я

  • Ядро сечения

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *