6 Семестр. Основы расчета механизмов и машин. Сопротивление материалов— это наука об инженерных мето­дах расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций.

Способность конструкции (или отдельного ее элемента) выдерживать заданную нагрузку не разрушаясь и без появления остаточных деформаций называют прочностью.

Способность конструкции (или отдельного элемента) сохранять исходную форму в заданных (обычно весьма малых) пределах называется жесткостью.

Способность конструкции (или отдельного элемента) сохранять первоначальную форму упругого равновесия называют устойчивостью.

Чтобы правильно рассчитать конструкцию на прочность или на жесткость, необходимо уметь определять внутренние силы по нагрузке. Для выявления внутренних сил в сопротивлении материалов применяется метод сечений.

Правила знаков внутренних силовых факторов (ВСФ).

1. Продольная сила считается положительной, если она вызывает растяжение отсеченной части и отрицательной, если вызывает ее сжатие.

2. Поперечная сила считается положительной, если она вращает отсеченную часть по ходу часовой стрелки и отрицательной, если вращение происходит против хода часовой стрелки.

3. Изгибающий момент положителен, если сжаты верхние волокна отсеченной части, и отрицателен, если сжаты нижние волокна. Эпюра изгибающих моментов строится на сжатых волокнах.

4. Правило знаков для крутящего момента удобно принимать произвольным.

Интенсивность, равная величине внутренних сил, приходящихся на единицу площади называется напряжением в точке и является ключевым понятием в сопромате. Напряжения измеряются в Н/м² (Па) и МПа.

Существует 2 вида напряжений:

,

причем (сигма) — нормальное напряжение, действует по нормали (перпендикуляру) к площадке;

(тау) — касательные напряжения, они скользят по площадке, касаются ее .

В сопромате различают несколько простых видов нагружения и несколько сложных. К простым относятся следующие.

Центральное растяжение (сжатие) возникает в случае, ког­да стержень нагружен силами, совпадающими по направлению с его осью В этом случае из шести внутренних силовых факторов пять равны нулю и только продольная сила .

На растяжение, сжатие ра­ботают многие элементы кон­струкций: стержни ферм, ко­лонны, штоки паровых машин и поршневых насосов, стяжные винты, канаты лебедок и другие детали.

Сдвиг или срез возникает, когда внешние силы смещают два параллельных сечения одно относительно другого, при неизменном расстоянии между ними. На сдвиг или срез работают, например, заклепки или болты, скрепляющие элементы, которые внешние силы пытаются сдвинуть

Кручение возникает при действии на стержень внешних сил, образующих моменты от­носительно продольной оси стержня. При этом из шести внутренних сил только . На круче­ние работают валы, шпин­дели токарных и сверлиль­ных станков, роторы дви­гателей и другие детали

Изгиб — это такой вид нагру­жения, когда внешние силы вызыва­ют моменты относительно оси сим­метрии (или главной оси), расположенный в плоскости поперечного се­чения. Этот момент называется изгибающим. Самый простой случай — это плоский изгиб, когда все внешние силы лежат в одной плоскости, совпадающей во всех рассматриваемых нами случаях с плоскостью симметрии (или глав­ной плоскостью) балки.

Расчеты на прочность выполняются в напряжениях: нормальных — или касательных — . Оценка прочности конструкции сво­дится к сравнению расчетных напряжений с допускаемыми:

(1.1)

. (1.2)

Это и есть основные условия прочности, в которых в правой части всегда стоит допускаемое напряжение, а в левой — максимальное рабочее напряжение, иногда его называют «расчетным».