Понятия прочности, жесткости и устойчивости. Виды деформаций

Часть I. Общие положения и основы расчетов на прочность

Глава 1. Общие положения сопротивления материалов

При работе машин, ее детали находятся под воздействием внешних нагрузок. Материал деталей, их форма и размеры должны быть такими, чтобы эти детали были прочными, чтобы они могли противостоять внешним нагрузкам, чтобы материал, из которого сделаны детали, успешно им сопротивлялся, не допуская изменения размеров и формы деталей. В соответствии с этими представлениями, наука о прочности называется «Сопротивление материалов».

Понятия прочности, жесткости и устойчивости. Виды деформаций

Все тела (а в машинах – звенья или детали) являются деформируемыми. Деформация в основном происходит под действием внешних нагрузок (есть и другие причины деформаций, например, тепловые деформации, но здесь об этом говорить не будем). Внешние нагрузки – это силы и силовые моменты, но для упрощения общих формулировок будем говорить только о силах.

Различают деформации упругие и неупругие или пластические. Если после прекращения действия силы тело приобретает первоначальную форму, то деформация является упругой. В противном случае – пластической.

Все звенья (детали) машин должны работать в пределах упругих деформаций. Обеспечение этого и является главной задачей расчета на прочность. Кроме прочности детали или конструкции различают еще жесткость и устойчивость.

Прочность – это способность звена (детали) выдерживать внешние нагрузки без разрушения.

Жесткость – это способность конструкции или детали сопротивляться нагрузкам в пределах упругих деформаций.

Устойчивость – это способность конструкции или звена сохранять начальную форму равновесия. Имеется в виду начальная расчетная схема внешних сил и деформаций. Примером здесь может служить продольный изгиб стержня. Когда стержень нагружен продольной сжимающей силой, то он испытывает только деформацию сжатия. Если эта расчетная схема сохраняется в пределах заданных нагрузок, то стержень считается устойчивым. Но если стержень под действием продольной силы получит продольный изгиб, то он потеряет начальную форму равновесия: изменится действие силы и вид деформации. Такая конструкция будет неустойчивой.

Исходя из вышесказанного, можно сформулировать, что наука «Сопротивление материалов» изучает инженерные методы расчета элементов сооружений и деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость.

Наиболее универсальным и употребительным является расчет на прочность. Правильно рассчитанные на прочность детали машин работают в пределах упругих деформаций. Расчетам на жесткость и устойчивость подвергаются лишь некоторые детали и элементы конструкций, например, длинные валы, тонкие стержни, многопролетные балки, работающие в вибрационных режимах. Такие расчеты отнесем к специальным и здесь рассматривать не будем.