- •Предисловие
- •Глава 1. Основные понятия
- •1.1. Задачи и цель науки о сопротивлении материалов и ее значение для инженерного образования
- •1.2. Геометрическая классификация объектов
- •1.3. Классификация внешних сил
- •1.4. Расчетная схема
- •1.5. Допущения о свойствах материала
- •1.6. Внутренние усилия в поперечных сечениях бруса
- •1.6.1. Основные понятия
- •1.6.2. Метод сечений
- •1.6.3. Основные виды деформаций бруса
- •1.6.4. Определение внутренних усилий
- •1.6.5. Алгоритм построения эпюр
- •1.6.7. Интегральные зависимости между внутренними силовыми факторами и внешней нагрузкой
- •1.6.8. Примеры и правила построения эпюр
- •1.6.9. Методика построения эпюр в программном продукте MathCAD
- •1.7. Напряжения. Понятие о напряженном состоянии
- •1.8. Перемещения точки и линейного отрезка
- •1.9. Допущения о характере деформаций
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •Глава 2. Геометрические характеристики поперечных сечений брусьев
- •2.1. Моменты сечения
- •2.2. Центр тяжести сечения и свойство статического момента
- •2.3. Зависимости между моментами инерции относительно параллельных осей
- •2.4. Вычисление моментов инерции простых фигур
- •2.5. Изменение моментов инерции при повороте координатных осей
- •2.6. Главные оси и главные моменты инерции
- •2.7. Свойство моментов инерции относительно осей симметрии
- •2.8. Свойство моментов инерции правильных фигур относительно центральных осей
- •2.9. Вычисление моментов инерции сложных фигур
- •2.10. Примеры определения главных центральных осей и главных моментов инерции сечений
- •Вопросы для самопроверки
- •3.1. Основные понятия
- •3.2. Дифференциальные уравнения равновесия материальной частицы тела в случае плоской задачи
- •3.3. Исследование напряженного состояния в данной точке тела
- •3.4. Главные площадки и главные напряжения
- •3.5. Экстремальные касательные напряжения
- •3.6. Понятие об объёмном напряженном состоянии
- •3.6.1. Главные напряжения
- •3.6.2. Экстремальные касательные напряжения
- •3.6.3. Напряжения на произвольно наклонённых площадках
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •4.1. Соотношения Коши
- •4.2. Относительная деформация в произвольном направлении
- •4.3. Аналогия между зависимостями для напряженного и деформированного состояний в точке
- •4.4. Объёмная деформация
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •5.1. Закон Гука при растяжении и сжатии
- •5.2. Коэффициент Пуассона
- •5.3. Закон Гука при плоском и объёмном напряженных состояниях
- •5.4. Закон Гука при сдвиге
- •5.5. Потенциальная энергия упругих деформаций
- •5.6. Теорема Кастильяно
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •Глава 6. Механические характеристики материалов
- •6.1. Общие сведения о механических испытаниях материалов
- •6.2. Машины для испытания материалов
- •6.3. Образцы для испытания материалов на растяжение
- •6.6. Влияние температуры и других факторов на механические характеристики материалов
- •6.7.1. Особенности почвенной среды
- •6.7.2. Модели механического поведения почв
- •6.7.3. Образцы и схемы испытаний образцов почв
- •6.8. Расчетные, предельные, допускаемые напряжения
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •Глава 7. Теории предельного состояния материала
- •7.1. Основные понятия
- •7.2. Теория наибольших нормальных напряжений (первая теория прочности)
- •7.3. Теория наибольших относительных удлинений (вторая теория прочности)
- •7.4. Теория наибольших касательных напряжений (третья теория прочности)
- •7.5. Энергетическая теория (четвёртая теория прочности)
- •7.6. Теория Мора (феноменологическая теория)
- •7.8. Теории предельного состояния почв
- •7.9. Концентрация напряжений и её влияние на прочность при постоянных во времени напряжениях
- •7.10. Механика хрупкого разрушения
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 8. Растяжение и сжатие
- •8.1. Напряженное состояние в точках бруса
- •8.1.1. Напряжения в поперечных сечениях
- •8.1.2. Напряжения в наклонных сечениях
- •8.2. Перемещения при растяжении (сжатии)
- •8.2.1. Перемещение точек оси бруса
- •8.2.2. Перемещения узлов стержневых систем
- •8.3. Расчеты на прочность
- •8.4. Потенциальная энергия при растяжении и сжатии
- •8.5. Статически неопределимые системы
- •8.5.1. Основные понятия
- •8.5.2. Определение напряжений в поперечных сечениях бруса, заделанного двумя концами
- •8.5.5. Расчет статически неопределимых плоских стержневых систем, подверженных действию температуры
- •8.5.6. Монтажные напряжения в статически неопределимых плоских стержневых системах
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •Глава 9. Сдвиг и кручение
- •9.1. Практический расчет соединений, работающих на сдвиг
- •9.1.1. Расчет заклёпочных, штифтовых и болтовых соединений
- •9.1.2. Расчет сварных соединений на срез
- •9.2. Кручение
- •9.2.1. Основные понятия. Крутящие моменты и построение их эпюр
- •9.2.2. Напряжения и деформации при кручении прямого бруса круглого поперечного сечения
- •9.2.3. Анализ напряжённого состояния при кручении бруса с круглым поперечным сечением. Главные напряжения и главные площадки
- •9.2.4. Потенциальная энергия при кручении бруса с круглым поперечным сечением
- •9.2.5. Расчет бруса круглого поперечного сечения на прочность и жесткость при кручении
- •9.2.6. Расчет цилиндрических винтовых пружин малого шага
- •9.2.7. Кручение тонкостенного бруса замкнутого профиля
- •9.2.8. Кручение прямого бруса некруглого поперечного сечения
- •9.2.9. Кручение тонкостенного бруса открытого профиля
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •10.1. Общие понятия
- •10.2. Прямой чистый изгиб. Определение нормальных напряжений
- •10.3. Касательные напряжения при поперечном изгибе
- •10.4. Напряжения при изгибе тонкостенных брусьев
- •10.5. Понятие о центре изгиба
- •10.6. Анализ напряженного состояния при изгибе
- •10.7. Проверка прочности брусьев при изгибе
- •10.8. Рациональная форма поперечных сечений брусьев
- •10.10. Определение перемещений в балках постоянного сечения методом непосредственного интегрирования
- •10.11. Определение перемещений в балках постоянного сечения методом начальных параметров
- •Вопросы для самопроверки
- •Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
- •Приложения
В. А. Жилкин
Вопросы для самопроверки
1.Какие основные требования предъявляются к проектируемым машинам и сооружениям?
2.В чем состоит задача расчета на прочность? на жесткость? на устойчивость?
3.Какие основные задачи решаются в курсе сопротивления материалов?
4.На какие три группы можно разбить элементы реальных конструкций?
5.Что называется брусом, оболочкой, пластинкой, массивным телом?
6.Что такое поперечное сечение бруса? Какие типы брусьев вы знаете?
7.Какое свойство тел называется упругостью?
8.Что называется осью бруса?
9.Что представляет собой расчетная схема сооружения и чем она отличается от действительного сооружения?
10.По каким признакам и как классифицируются нагрузки?
11.Что представляет собой интенсивность распределенной нагрузки?
12.В каких единицах выражаются сосредоточенные силы и моменты, а также интенсивности распределенных силовых нагрузок?
13.Что представляют собой внутренние силы?
14.Какие внутренние усилия (внутренние силовые факторы) могут возникать в поперечных сечениях брусьев и какие виды деформации с ними связаны?
15.В чем сущность метода сечений?
16.Какой метод используется при определении внутренних силовых факторов?
17.Сколько внутренних силовых факторов возникает в поперечных сечениях стержня в общем случае нагружения? Назовите их.
18.Какие случаи простого нагружения вам известны?
19.Что называется напряжением в точке и какова его размерность?
74
ГЛАВА1 Основные понятия
20.Что называется касательным и нормальным напряжением? В каких единицах они выражаются?
21.Какова зависимость между полным, нормальным и касательным напряжениями в точке в данном сечении?
22.Какие перемещения называются линейными и какие угловыми?
23.Какие основные предпосылки положены в основу науки о сопротивлении материалов?
24.Перечислите основные допущения относительно свойств конструкционных материалов, которые принимаются в сопротивлении материалов.
25.Сформулируйте гипотезу сплошности. На каком свойстве реальных тел она основана? Какие возможности она открывает?
26.В чем заключается гипотеза однородности материала? На чем она основана?
27.Что такое изотропные и анизотропные материалы?
28.Какие материалы близки к изотропным? Какие проявляют явную анизотропию?
29.Почему дерево считается анизотропным материалом?
30.Какие деформации тела называют идеально упругими?
31.В чем состоит принцип независимости действия сил?
32.В чем заключается сущность принципа малости деформаций и где он используется?
33.В чем заключается гипотеза плоских сечений?
34.В чем заключается принцип Сен-Венана?
35.В чем заключаются допущения о малости деформаций?
36.Что такое внешние нагрузки? По каким признакам они классифицируются?
37.Дайте определение объемным, поверхностным, погонным силам и их интенсивностям. Что такое сосредоточенная сила? Приведите примеры перечисленных типов нагрузок.
38.Что служит критерием разделения нагрузок на статические и динамические?
39.Что мы называем внутренними силами? Какой метод применяется для их изучения?
40.Возникают ли внутренние силы в ненагруженном теле? В недеформированном теле?
75
В. А. Жилкин
41.В каком месте произойдет разрушение тела: там, где приложена максимальная внешняя нагрузка, или там, где внутренние силы превысят допустимый для материала тела предел?
42.Что мы называем отсеченной частью тела? В чем заключается основная идея метода сечений?
43.Почему обе отсеченные части, на которые разделено тело некоторым произвольным сечением, равноценны с точки зрения определения внутренних сил, действующих в этом сечении?
44.От чего зависят знаки внутренних силовых факторов: от характера их действия на отсеченную часть или от направления координатных осей?
45.Какие величины связаны дифференциальными зависимостями для бруса?
46.В каком месте бруса внутренние силовые факторы будут изменяться скачкообразно?
47.Как определяется по величине и знаку поперечная сила в любом поперечном сечении балки?
48.Как определяется в любом поперечном сечении балки изгибающий момент по величине и знаку?
49.Как определяется в любом поперечном сечении балки продольная сила по величине и знаку?
50.Что понимается под эпюрой внутренних усилий при изгибе?
51.Привести дифференциальные зависимости между интенсивностью распределенной нагрузки, поперечной силой и изгибающим моментом.
52.Сформулировать основные правила построения эпюр при изгибе.
53.Можно ли судить о прочности и жесткости бруса, зная только величину внутренних силовых факторов в его поперечных сечениях?
54.Что такое напряжение? Дайте определение напряжению в точке (полного напряжения) данного сечения. На какие компоненты принято раскладывать полное напряжение? Как они называются и обозначаются?
55.Что такое напряженное состояние в точке?
56.Как, зная напряжения в поперечном сечении бруса, найти внутренние силовые факторы в этом сечении?
76
ГЛАВА1 Основные понятия
Варианты вопросов в билетах ЕГЭ
На все вопросы предлагается четыре вариантов ответа; из них правильный – один. Выбрать единственный вариант.
Основные понятия, определения, допущения принципы
I.Сопротивление материалов – наука об инженерных методах расчета элементов машин и сооружений…
1)на прочность и ползучесть;
2)на прочность, жесткость и твердость;
3)на прочность, жесткость и устойчивость;
4)на устойчивость и сейсмостойкость.
II.Прочность – способность конструкции и её элементов…
1)сохранять при действии внешних сил первоначальную форму;
2)сопротивляться деформации;
3)выдерживать приложенные к ним силы, не разрушаясь;
4)находиться в состоянии статического равновесия под действием внешних сил.
III.Жесткость – способность конструкции и её элементов…
1)сохранять первоначальную твердость материала;
2)выдерживать приложенные к ним силы, не разрушаясь;
3)сопротивляться деформации;
4)сохранять под нагрузкой первоначальную форму упругого равновесия.
IV. Устойчивость – способность элементов конструкции…
1)находиться в состоянии статического равновесия под действием внешних сил;
2)сохранять под нагрузкой первоначальную форму упругого равновесия;
3)оказывать сопротивление деформации;
4)воспринимать приложенные к ним нагрузки, не разрушаясь.
77
В. А. Жилкин
V.Одним из основных допущений (принципов) в сопротивлении материалов является… 1) допущение об идеальной упругости материала;
2) принцип возможных перемещений;
3) закон сохранения энергии;
4) принцип Даламбера.
Модели прочностной надежности
I.В сопротивлении материалов исследование прочности, жесткости или устойчивости любой конструкции начинается… 1) с определения внутренних силовых факторов; 2) с определения напряжений; 3) с выбора соответствующей расчетной схемы; 4) с определения деформаций.
II.Опорные реакции относятся…
1)к объемным силам;
2)к внутренним силам;
3)к внутренним силовым факторам;
4)к внешним силам.
Внутренние силы и напряжения |
|
R |
|
I. Величина, определяемая выражением p lim |
, называ- |
||
ется… |
A 0 |
A |
|
|
|
|
1)нормальным напряжением в точке B заданного сечения;
2)полным напряжением в точке B заданного сечения;
78
ГЛАВА1 Основные понятия
3)касательным напряжением в точке B заданного сечения;
4)средним напряжением в точке B заданного сечения.
II. Составляющая полного напряжения p, перпендикулярная к плоскости сечения, называется…
1)касательным напряжением;
2)средним напряжением;
3)истинным напряжением;
4)нормальным напряжением.
III. Единица измерения напряжения –
1)ньютон (Н);
2)Н/м3;
3)Н/м;
4)паскаль (Па).
Нормальнаяипоперечнаясилы, изгибающиймоментиихэпюры
I.Для стержня, изображенного на рисунке, эпюра нормальных сил N будет иметь вид …
II. Изгибающий момент M , действующий в сечении 1-1, равен …
1) FL; |
2) 3FL; |
3) 2FL; |
4) 0. |
79
|
В. А. Жилкин |
|
III. Консольная балка нагружена сосредоточенным моментом М. |
|
Эпюра изгибающих моментов для этой балки имеет вид … |
|
(эпюра строится на растянутых волокнах) |
1 |
3 |
2 |
4 |
|
IV. Эпюра изгибающих моментов, построенная на сжатых волок- |
|
нах, для балки имеет вид. |
Этой эпюре соответствует нагружение балки, представленное на рисунке …
1 |
3 |
2 |
4 |
80
ГЛАВА1 Основные понятия
V.В поперечном сечении балки при изгибе могут возникать внутренние силовые факторы: Q – поперечная сила и M –
изгибающий момент. В сечении 1-1 балки, представленной на рисунке…
1) |
есть M и Q; |
2) |
есть только М; |
3) |
нет М и Q; |
4) |
есть только Q. |
VI. В поперечном сечении балки при изгибе могут возникать внутренние силовые факторы: Q – поперечная сила и M –
изгибающий момент. В сечении 1-1 балки, представленной на рисунке, …
1) |
есть М и Q; |
2) |
есть только М; |
3) |
нет М и Q; |
4) |
есть только Q. |
81