Критерии работоспособности конструкций

Критерии работоспособности конструкций

Создавая самые различные предметы, машины, сооружения, человек, прежде всего, заинтересован в их безотказной работе. Одной из самых распространенных причин отказов является разрушение конструкций или их элементов либо недопустимая их деформация.

Под разрушением здесь понимается непредусмотренное разделение тела (конструкции или ее элементов) на части.

Деформация — изменение размеров или формы тела. Чтобы быть работоспособной, всякая конструкция должна быть прочной и жесткой.

Прочность — это свойство конструкции выдерживать внешние воздействия без разрушения и развития чрезмерных деформаций.

Жесткость — способность конструкции сопротивляться деформированию, т.е. сопротивляться внешним воздействиям без значительных деформаций.

Внешние воздействия могут быть самыми разнообразными. Это и силовые воздействия (нагрузки), и нагрев или охлаждение, и различного рода облучения, а также и другие воздействия внешней среды того или иного физического или химического характера. Наиболее распространенными и хорошо изученными являются силовые и температурные воздействия на конструкцию.

Часто причиной разрушения или недопустимых деформаций является потеря устойчивости равновесного состояния конструкции или ее элемента. Под устойчивостью в механике понимается свойство тела, находящегося в состоянии равновесия (или движения), определенным образом реагировать на возмущающие воздействия. Состояние равновесия называется устойчивым, если малые возмущения вызывают малые отклонения от этого состояния.

Решение задач сопромата должно быть обеспечены не в ущерб работоспособности и стоимости конструкций. Так, самолеты и другие летательные аппараты должны быть возможно более легкими, а используемые в них материалы и технология производства — обеспечивать разумную их стоимость. Природа, решая этот вопрос для своих созданий — растений и животных, использовала эволюционный процесс естественного отбора, который основан на массовом эксперименте по выживанию особей под воздействием внешней среды. Среди этих воздействий были и такие, которые требовали достаточной прочности при минимальных затратах. В результате ей удалось создать такие замечательные в смысле прочности тела, как ствол бамбука, кости птиц и млекопитающих и т.д. Человек при создании конструкций вынужден ориентироваться на минимум эксперимента, который требует обычно больших материальных затрат и длительного времени, и переносить центр тяжести на теоретические исследования. В частности, насущная необходимость в изучении таких фундаментальных свойств тел, как прочность, жесткость и устойчивость, привела к созданию в рамках механики обширного раздела этой науки — механики твердого деформируемого тела. Сопротивление материалов является частью этого раздела, сконцентрировавшей его результаты прикладного характера, на которых основан расчет прочности, жесткости и устойчивости простейших, но наиболее распространенных элементов конструкций.