Конструктивные элементы машин и сооружений довольно разнообразны. Методы их расчета на прочность различны, и они постоянно совершенствуются, что находит отражение в последних изданных монографиях и учебных пособиях, трудах научно-технических конференций, текстах диссертаций. Всё больше задач, касающихся расчета отдельных элементов, получает аналитическое (хоть и довольно сложное) решение. Однако, оно настолько сложно математически, что большую трудность представляет не только вывод таких формул (что, собственно, уже сделано учеными), но и использование готового аналитического решения на практике в рамках работы обычного конструкторского отдела. Что касается оценки прочности сложных конструкций, то в настоящее время активно используются специализированные программные комплексы (ANSYS, Лира и другие), позволяющие на основе созданной конечно-элементной модели выполнить расчет не аналитически, а численно. Построение модели сложной конструкции – процесс весьма длительный, кропотливый и трудоёмкий, поэтому МКЭ-расчеты выполняются уже на заключительных этапах проектирования. А на начальном этапе проектирования какого-либо объекта, чтобы оценить, насколько пригодна данная конструкция в целом либо оценить, насколько верно техническое решение для конкретного разрабатываемого узла, нужно выполнить хотя бы прикидочные прочностные расчеты. О том, как их выполнять, говорится в курсе сопротивления материалов, который в рамках общетехнической подготовки изучают все будущие инженеры.
Связано это с тем, что именно инженерным работникам при проектировании машин и сооружений приходится выбирать для каждого элемента конструкции материал и размеры поперечных сечений так, чтобы этот элемент конструкции сопротивлялся действию внешних сил, не разрушаясь и не искажая свою форму (или искажая её в допустимых пределах). Иногда задача перед инженерами стоит иначе: нужно проверить достаточность поперечных сечений для уже спроектированной или существующей конструкции. Особое внимание всегда уделяется несущим конструкциям, так как именно они предназначены для восприятия нагрузок и различных силовых воздействий.
В некоторых случаях возникающие на практике вопросы насчет прочности или жесткости конструкции можно было бы решить просто: заложить такие размеры элементов конструкций и такие материалы, при которых прочность, устойчивость и жесткость уже не будет вызывать никаких сомнений. Однако, такая конструкция была бы весьма материалоёмкой и, следовательно, не экономичной. В других же случаях, например, для вращающихся элементов машин, такой подход в принципе неприемлем. Возникает вопрос: как выбрать форму и размеры поперечных сечений различных конструктивных элементов, чтобы в целом конструкция была экономичной, а её элементы сопротивлялись бы действию внешних сил?
Именно поэтому одной из обязательных дисциплин в техническом вузе является курс сопротивления материалов. Обычно студенты проходят его на втором курсе. Особенно углубленно изучают сопромат студенты, обучающиеся на строительных и машиностроительных специальностях.
Что такое сопромат
Сопромат – это сокращенное название науки о прочности, называемой сопротивление материалов, и одноименного курса в техническом вузе. Происходит оно от начальных букв полного названия.
Сопротивление материалов (сопромат) – это наука, в которой рассматриваются основные понятия, принципы и методы инженерного расчета отдельных элементов конструкций и некоторых простейших конструкций на прочность, жесткость и устойчивость.
Словосочетанием «инженерный расчет» здесь подчеркивается, что речь идёт о расчете приближенном, оценочном, выполняемом в типичном конструкторском бюро, а не в научно-исследовательском институте.
Несмотря на то, что конструктивные элементы машин и сооружений довольно разнообразны, при инженерном расчете их сводят к небольшому числу основных форм: стержни (прямые и кривые), пластины, оболочки, массивные тела. В основном, в курсе сопромата изучаются методы расчета прямолинейных стержней при их растяжении, сжатии, кручении и изгибе. Прямолинейные стержни, работающие на изгиб, называют балками. Поскольку при решении практически всех задач по сопромату необходимо знать момент инерции, момент сопротивления и другие геометрические характеристики поперечных сечений стержней и балок, в учебниках по сопромату один из разделов посвящен этой теме.
Сопротивление материалов, как наука, основывается и на теоретических, и на экспериментальных данных. Для построения её теории был принят ряд гипотез.
Основные гипотезы теории сопротивления материалов следующие:
Эти гипотезы позволяют выбирать расчетные схемы и выполнять расчеты так, чтобы, с одной стороны, результаты их были достаточно достоверными, а с другой – чтобы они были доступны для понимания и исполнения инженерами, не имеющими специальной университетской математической подготовки.
В технических вузах курс сопромата изучают после курса теоретической механики (иногда — параллельно с ним).
С чего начать изучение сопромата? Как подготовиться к экзамену по сопромату?
Сопромат – дисциплина достаточно сложная. Её изучение обязательно сопровождается решением большого количества задач, выполнением расчетно-графической работы.
Экзамен по сопромату проходит так же, как и по большинству других дисциплин, с письменным ответом на два – три теоретических вопроса и решением одной – двух задач. Также преподавателем могут быть заданы дополнительные вопросы, на которые нужно будет ответить устно. Для хорошей подготовки к экзамену необходимо не только проштудировать книги, но и порешать достаточное количество задач (их можно взять в методическом пособии либо в задачнике по сопромату). Это сделает процесс запоминания материала более легким, а обучение предмету – более эффективным, осознанным и интересным. Если решение задач по сопромату представляет определенные сложности, большую помощь в самообучении оказывают уже решенные кем-то задачи, которые нужно вдумчиво разобрать. Готовые решения задач по сопромату можно найти и в литературе (в решебниках по сопромату), и в Интернете — например, на этих сайтах:
Несмотря на то, что у большинства студентов изучение сопромата вызывает сложности, следует подчеркнуть, что большинство методов расчета, которые используют в курсе сопромата – приближенные. Курс сопромата – это подготовка к восприятию других, уточненных, методов расчета, которые углубленно изучаются в курсах «Строительная механика», «Теория упругости», «Механика разрушения», «Динамика сооружений» и других специальных курсах, требующих как серьёзной математической подготовки, так и знаний основ науки о прочности, т.е. сопромата.
Более подробно о сопромате можно прочитать в одноименных учебниках.
Что такое горизонтальная сбалансированность в бюджетной системе | Вопрос и Ответ
Собственные и регулирующие доходы бюджета Доходы бюджетов подразделяются на собственные и регулирующие. Собственные доходы бюджетов (по Бюджетному кодексу) —
Что такое Новруз (в зороастризме) | Вопрос и Ответ
Зороастризм (авест. Мазда Ясна, букв. «почитание мудрости») — религия, сложившаяся на основе откровения пророка Спитамы Заратуштры (греч. форма имени — Зороастр),
Что такое ментальные карты | Вопрос и Ответ
Что такое ментальные карты (интеллект-карты). Ментальные карты (в оригинале Mind maps) – это разработка известного писателя, лектора и консультанта по вопросам интеллекта, психологии
Что такое контент на интернет-сленге | Вопрос и Ответ
Сленг (от англ. slang) — набор особых слов или новых значений уже существующих слов, употребляемых в различных группах людей (профессиональных, общественных, возрастных и т. д.)
Что такое геморрой | Вопрос и Ответ
Геморрой – это проктологическое заболевание, которое характеризуется образованием в прямой кишке так называемых геморроидальных узлов. Симптомы геморроя: небольшое кровотечение, зуд и жжение
Что такое гимнастёрка | Вопрос и Ответ
Гимнастёрка (до октябрьской революции 1917 г. эта часть формы одежды военнослужащих также называлась «гимнастическая рубаха») — плотная тканевая удлиненная рубашка, которую
Что такое роялти | Вопрос и Ответ
Роялти (англ. royalties) — в широком смысле слова: юридический термин, обозначающий компенсацию за использование патентов, авторских прав, природных ресурсов и других видов собственности,
Что такое мартини | Вопрос и Ответ
Мартини (итал. Martini) — марка производимого в Италии вермута, носящего имя винокуренного завода Martini & Rossi в Турине, в основании которого принимал участие Алессандро Мартини.
Что такое клеточная теория | Вопрос и Ответ
Клеточная теория — одно из общепризнанных биологических обобщений, утверждающих единство принципа строения и развития мира растений и мира животных, в котором клетка рассматривается в
Что такое реинкарнация | Вопрос и Ответ
Переселение душ, реинкарнация (греч. ρε-, «снова» + греч. ενσρκωση, «воплощение»), метемпсихоз (греч.