Лекции по Сопротивлению материалов
При проектировании машин и механизмов необходимо обоснованно выбирать материалы, определять формы и размеры деталей, обеспечивая их высокую прочность и надежность при минимальной массе и стоимости. Основные методы расчета элементов конструкций изложены в курсе «Сопротивление материалов». При изучении сопротивления материалов используются знания, ранее приобретенные студентами и учащимися в курсах математики, теоретической механики, материаловедения и др. Сопротивление материалов является основой для изучения многих последующих расчетно-конструкторских курсов.
В учебном пособии в доступной, но достаточно строгой форме изложены основные разделы классического курса сопротивления материалов, теории упругости и пластичности, которые сопровождаются подробными примерами расчетов, что несомненно должно облегчить процесс самостоятельного освоения предмета, приведены справочные данные. В конце каждого раздела приведены вопросы для самопроверки.
Учебное пособие написано в соответствии с государственными образовательными стандартами и примерными программами по дисциплине «Cопротивление материалов» для технических специальностей высшего и среднего профессионального образования. Так как для различных специальностей программа курса может быть изменена, в учебное пособие включен ряд дополнительных тем.
Наряду с основными задачами пособия – формированием у обучающихся знаний по основным методам расчета конструкций, сооружений, узлов и деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость, развитием практических навыков в применении этих методов, решается задача развития у обучающихся инженерного, технического мышления.
С пожеланиями обращайтесь по e-mail: KarimovI@rambler.ru
В учебном пособии использована Международная система единиц Systeme International d’Unites (в русской транскрипции СИ), которая является обязательной во всех областях науки и техники. Кратко напомним некоторые основные указания по применению СИ.
Значения физических величин, как правило, представляются в виде десятичных кратных и дольных единиц от исходных единиц СИ путем умножения их на число 10 в соответствующей степени. Наименование десятичных кратных и дольных единиц образуется присоединением приставок к наименованиям исходных единиц (табл.1).
Таблица 1
|
Приставка |
Сокращенное обозначение |
Множитель |
|
Тера |
Т |
1012 |
|
Гига |
Г |
109 |
|
Мега |
М |
106 |
|
Кило |
к |
103 |
|
Гекто |
г |
102 |
|
Дека |
да |
101 |
|
Деци |
д |
10-1 |
|
Санти |
с |
10-2 |
|
Милли |
м |
10-3 |
|
Микро |
мк |
10-6 |
|
Нано |
н |
10-9 |
|
Пико |
п |
10-12 |
Приставки рекомендуется выбирать таким образом, чтобы числовые значения
величин находились в пределах 0,1-1000. Например, сила
равняется 14,3 кН (килоньютона), но не 0,0143
МН (меганьютона) или 1430 даН
(деканьютона).
Для каждой физической величины, как правило, следует применять одно (основное) наименование. Например, в качестве характеристики количества вещества, заключенного в теле, следует применять массу (а не вес); в качестве параметра вещества - плотность, определяемую как отношение массы к объему.
Среди производных единиц с большой буквы пишутся те, которые образованы от фамилий ученых (Гц, Н, Па и т.д.).
Производные единицы связаны с основными, например:
1 Н = 1 кг∙м/с2; 1 Па=1 Н/м2; 1 Дж=1 Н∙м; 1 Вт=1 Дж/с.
Приведем пример использования указанных выше приставок. Модуль упругости для стали Е =2,1∙1011Па =2,1∙109гПа = 2,1∙108 кПа = 2,1∙105 МПа = 0,21∙103 ГПа = 0,21 ТПа.
В некоторых задачах по сопротивлению материалов в исходных данных используются внесистемные единицы, например обороты в минуту или сантиметр в четвертой степени и т.д. Это связано с тем, что на многих работающих сейчас электродвигателях, создающих динамическую нагрузку, обозначено именно количество оборотов в минуту, а в действующих сортаментах на прокат даны геометрические характеристики пока еще в единицах, производных от сантиметра. Переход от этих единиц к системным очевиден. Например:
1см4 = 1(10-2 м)4 = 1∙10-8 м4;
300 об/мин = 5 об/с = 5∙2π Гц.
Основные механические величины в единицах СИ и соотношения между ними и прежними единицами, подлежащими изъятию, приводятся в таблице 2.
Таблица 2
|
Наименование величины |
Единица |
Соотношение единиц |
|
|
Наименование |
Обозначение |
||
|
Сила, нагрузка, вес |
Ньютон |
Н |
1Н ≈ 0,1 кгс 1кН ≈ 0,1 тс |
|
Линейная нагрузка |
Ньютон на метр |
Н/м |
1Н/м ≈ 0,1 кгс/м 1кН/м ≈ 0,1 тс/м |
|
Механическое напряжение, модуль упругости |
Паскаль |
Па |
1Па ≈ 0,1 кгс/м2 1кПа
≈ 0,1 тс/м2 1мПа ≈ 10 кгс/см2 |
|
Момент силы, момент пары сил |
Ньютон-метр |
Н∙м |
1Н∙м ≈ 0,1 кгс∙м 1кН∙м ≈ 0,1 тс∙м |
|
Работа (энергия) |
Джоуль |
Дж |
1Дж ≈ 0,1 кгс∙м |
|
Мощность |
Ватт (джоуль в секунду) |
Вт |
1Вт ≈ 0,1 кгс∙м/с 1 кВт ≈ 1,36 л.с. |
Основные обозначения
|
F, P |
- сосредоточенная сила |
|
N |
- продольная (нормальная) сила |
|
Ncal |
- расчетная несущая способность |
|
q |
- интенсивность распределенной нагрузки |
|
M |
- сосредоточенный момент |
|
Qx, Qy |
- поперечные силы, направленные вдоль осей x, y |
|
Mx, My |
- изгибающие моменты в поперечном сечении бруса относительно осей x, y |
|
T, Mкр |
- крутящий момент в поперечном сечении бруса |
|
Mu |
- изгибающий момент в поперечном сечении бруса |
|
Mэкв |
- эквивалентный момент |
|
b |
- ширина |
|
t |
- толщина |
|
e |
- эксцентриситет силы |
|
l |
– длина, пролет |
|
lef |
- расчетная (условная) длина |
|
lw |
- длина сварного шва |
|
x |
- продольная ось стержня |
|
y, z |
- главные центральные оси инерции поперечного сечения стержня. |
|
σ |
- нормальное напряжение (общее обозначение) |
|
σx, σy |
– нормальные напряжения на площадках с нормалями параллельными осям x и y |
|
τ, τα, τxy |
- касательное напряжение (общее обозначение) |
|
σ1, σ2, σ3 |
- главные нормальные напряжения |
|
σэкв |
- эквивалентное напряжение |
|
σсм |
- нормальное напряжение при смятии |
|
σy |
- предел текучести |
|
σut |
– предел прочности при растяжении |
|
σuc |
– предел прочности при сжатии |
|
σmax, σmin, σm, σa |
- нормальные напряжения цикла: максимальное, минимальное, среднее, амплитуда |
|
τa, τm |
- касательные напряжения цикла: амплитуда и среднее |
|
σm |
- предел текучести |
|
σв |
- временное сопротивление (предел прочности) |
|
σR |
- предел выносливости (общее обозначение) |
|
σ-1, τ-1 |
- пределы выносливости при симметричном цикле изгиба и кручения |
|
σ0, τ0 |
- пределы выносливости при отнулевом цикле изгиба и кручения |
|
Rbp |
- расчетное сопротивление смятию болтовых соединений |
|
Rbs |
- расчетное сопротивление срезу болтов |
|
Rbt |
- расчетное сопротивление болтов растяжению |
|
Rs |
- расчетное сопротивление стали сдвигу |
|
Ru |
- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по временному сопротивлению |
|
Run |
- временное сопротивление стали разрыву, принимаемое равным минимальному значению σb по государственным стандартам и техническим условиям на сталь |
|
Ry |
- расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести |
|
Ryn |
- предел текучести, принимаемый равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь |
|
Rt |
- расчетное сопротивление чугуна растяжению |
|
Rc |
- расчетное сопротивление чугуна сжатию |
|
Rb |
- расчетные сопротивления бетона осевому сжатию для предельного состояния первой группы |
|
Rbt |
- расчетные сопротивления бетона осевому растяжению для предельного состояния первой группы |
|
Rtb |
- расчетное сопротивление растяжению при изгибе кладки |
|
R |
- коэффициент ассиметрии цикла |
|
[σ], [τ] |
- допускаемые нормальное и касательное напряжения |
|
n |
- коэффициент запаса прочности |
|
[n] |
- допускаемый (требуемый) коэффициент запаса прочности |
|
∆l |
- абсолютное удлинение (абсолютная линейная деформация) |
|
Ε |
- относительное удлинение (относительная линейная деформация) |
|
εt |
- поперечная деформация |
|
εel |
- упругая деформация |
|
γ |
- угол сдвига (относительная угловая деформация) |
|
γc |
– коэффициент условий работы |
|
E |
- модуль продольной упругости |
|
Eb |
- начальный модуль упругости бетона при сжатии и растяжении |
|
Eo |
- модуль упругости каменной кладки |
|
G |
- модуль упругости при сдвиге (модуль сдвига) |
|
Μ |
- коэффициент Пуассона |
|
Α |
- коэффициент линейного температурного расширения |
|
W |
- работа внешних сил |
|
U |
- потенциальная энергия деформации |
|
Δ |
- перемещение сечения бруса при растяжении (сжатии) |
|
φ |
- угол поворота поперечного сечения бруса при кручении |
|
f |
- прогиб балки |
|
θ |
- угол поворота поперечного сечения балки при изгибе |
|
Θ |
- относительный угол закручивания |
|
A |
- площадь поперечного сечения бруса брутто |
|
Abn |
- площадь сечения болта нетто |
|
An |
- площадь поперечного сечения бруса нетто |
|
Anec |
- необходимая площадь |
|
Ab |
- площадь сжатой зоны бетона |
|
Ak |
- площадь сечения каменной кладки |
|
Sx, Sy |
- статические моменты сечения относительно осей x, y |
|
Ix, Iy |
- осевые моменты инерции сечения относительно осей x, y |
|
Ixn, Iyn |
- осевые моменты инерции сечения относительно осей x, y сечения нетто |
|
Ip |
- полярный момент инерции сечения |
|
Ixy |
- центробежный момент инерции сечения |
|
ix, iy, iz |
- радиусы инерции сечения относительно соответствующих осей |
|
imin |
- наименьший радиус инерции сечения |
|
Wx, Wy, Wz |
– моменты сопротивления сечения относительно осей x–x, y–y и z–z соответственно |
|
Wp |
- полярный момент сопротивления сечения |
|
Kσ, Kτ |
- эффективные коэффициенты концентрации напряжений |
|
qσ |
- коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений |
|
ψσ, ψτ |
- коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла |
|
KF |
- коэффициент влияния шероховатости поверхности на предел выносливости |
|
KV |
- коэффициент влияния упрочнения поверхности на предел выносливости |
|
Kd |
- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения на предел выносливости |
|
Pкр |
- критическая сила |
|
σcr, σкр |
- критическое напряжение |
|
λ |
- гибкость стержня |
email: KarimovI@rambler.ru
Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21
Теоретическая механика Строительная механика
Прикладная механика Детали машин Теория машин и механизмов