Размещено на http://allbest.ru

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт архитектуры, строительства и дизайна

Кафедра механики и сопротивления материалов

Реферат

«История развития сопротивления материалов»

Иркутск 2020

Содержание

Введение

Глава 1. Сопротивление материалов в XVII веке

1.1 Галилео Галилей

1.2 Роберт Гук

1.3 Мариотт

Глава 2. Сопротивление материалов в XVIII веке

2.1 Михаил Ломоносов

2.2 Леонард Эйлер

Глава 3. Сопротивление материалов в XIX веке

3. 1 Луи Навье

3.2 Сен-Венан

3.3 Состояние науки сопротивления материалов

Глава 4. Сопротивление материалов в XX веке

4.1 Достижения науки сопротивления материалов

4.2 Вклад ученых в развитие науки

4.3 Современные тенденции развития науки

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Сопротивление материалов -- наука о прочности и надёжности деталей машин и конструкций. Эта наука изучает поведение различных материалов при действии на них сил и указывает, как подобрать для каждого элемента конструкции надлежащий материал и поперечные размеры, при условии полной надежности работы и наибольшей конструкции. Сопротивление материалов базируется на понятии «прочность», что является способностью материала противостоять приложенным нагрузкам и воздействиям без разрушения.

Сопротивление материалов оперирует такими понятиями как: внутренние усилия, напряжения, деформации. Приложенная внешняя нагрузка к некоторому телу порождает внутренние усилия в нём, противодействующие активному действию внешней нагрузки. Внутренние усилия, распределенные по сечениям тела, называются напряжениями. Таким образом, внешняя нагрузка порождает внутреннюю реакцию материала, характеризующуюся напряжениями, которые в свою очередь прямо пропорциональны деформациям тела.

Основными понятиями, оценивающими способность материала сопротивляться внешним воздействиям, являются: прочность, жесткость, устойчивость.

Сопротивление материалов считается одной из самых сложных и нужных наук. Она играет большую роль в жизнедеятельности людей, так как в её задачи входит обобщение инженерного опыта создания машин и сооружений, разработка научных основ проектирования и конструирования надёжных изделий, совершенствование методов оценки прочности.

Так как же был создан данный курс и какова его история развития?

Глава 1. Сопротивление материалов в XVII веке

1.1 Галилео Галилей

История сопротивления материалов, как и многих других наук, неразрывно связана с историей развития техники. Уже в те отдаленные времена, когда людям пришлось заняться строительством, они убедились в необходимости располагать сведениями о сопротивлении материалов, на основе которых можно было бы познать надежные размеры частей сооружений.

Зарождение науки относится к 17 в.; её основоположником считается Галилей (рис. 1), который впервые обосновал необходимость применения аналитических методов расчёта взамен эмпирических правил.

Рис. 1 Галилео Галилей (1564--1642)

В эпистолярном наследии Галилея сохранилось несколько писем, где речь идет о конструкциях; а особенно плодотворной, по-видимому, была его переписка с Мерсенном, жившем во Франции. Марэн Мерсенн (1588 -- 1648) был иезуитским священником, но, надо думать, его исследования прочности металлической проволоки не могли вызывать ничьих возражений.

Галилей был очень близок к представлению о напряжениях. В книге «О двух новых науках», написанной им в старости в Арцетри, ? он ясно указывает, что растягиваемый стержень имеет прочность, которая при постоянстве остальных условий пропорциональна площади его поперечного сечения (рис. 2). Кажется почти невероятным, что потребовалось почти два столетия, чтобы разделить разрушающую нагрузку на площадь поверхности в месте разрыва стержня и получить величину, называемую сегодня разрушающим напряжением, соответствующую любым стержням из такого же материала.

Рис. 2 Иллюстрация к испытанию на растяжение

Вклад Галилея в наши знания о сопротивлении материалов оказался не очень заметным, но нельзя забывать, что великому ученому было почти семьдесят, когда он начал заниматься этими вопросами, что он многое испытал.

1.2 Роберт Гук

Важным шагом в развитии сопротивления материалов явились экспериментальные исследования Р. Гука (60--70-е гг. 17 в.), установившего линейную зависимость между силой, приложенной к растянутому стержню, и его удлинением (закон Гука).

В 1678 г. вышла из печати его работа «О восстановительной способности или об упругости». В ней содержатся результаты проведенных опытов с упругими телами (рис. 3).

Рис. 3 Приборы, использующиеся в экспериментах Гука

Из всех своих опытов Гук извлекает важное заключение: «Совершенно очевидно, что правило или закон природы для всякого упругого тела состоит в том, что его способность восстанавливать свое естественное состояние всегда пропорционально той мере, на которую оно выведено из этого своего состояния, совершенно ли это путем его разрежения, отделения его частей или же путем сгущения или уплотнения этих частей…».

Роберт Гук не только установил соотношение между величиной сил и производимыми ими деформациями, но и указал ряд экспериментов. Это линейное соотношение (закон Гука) послужило фундаментом для дальнейшего развития механики упругих тел.

1.3 Мариотт

Экспериментальные и теоретические исследования Галилея и Гука в области растяжения и изгиба продолжил и уточнил Мариотт. Он начинает с простых экспериментов на растяжение (рис. 4).

Рис. 4 Опыты Мариотта на растяжение и изгиб

Мариотт усовершенствовал и подтвердил гипотезу изгиба балок. Также он исследовал влияние, оказываемое на прочность балки заделкой ее концов, и дал формулу для определения прочности труб на разрыв.

Глава 2. Сопротивление материалов в XVIII веке

2.1 Михаил Ломоносов

Развитие прогрессивного в то время капиталистического способа производства нуждалось также в горной и металлургической промышленности и требовало развитие всех отраслей науки. Разработка проблем выдвинутых новым общественным строем привела в этот период к расцвету точных наук.

В 18 в. большой вклад в развитие аналитических методов в сопротивлении материалов был сделан Д. Бернулли, Л. Эйлером и Ш. Кулоном, сформулировавшими важнейшие гипотезы и создавшими основы теории расчёта стержня на изгиб и кручение.

Первые русские работы, относящиеся к сопротивлению материалов, были выполнены в середине 18 столетия академиками Ломоносовым и Эйлером. гук прочность нагрузка кручение

Ломоносову принадлежит рассуждение «о твердости и жидкости тел», в котором он открывает всеобщий закон сохранения материи. Ему также принадлежат ценные мысли о сущности свойства упругости, изложенные в работе «Попытка теории упругой силы воздуха». Ломоносов создал также приборы для испытания материалов - «инструмент для раздавливания и сжимания тел» и «прибор для исследования твердости камней и стекол».

2.2 Леонард Эйлер

Эйлера прежде всего интересовала геометрическая форма упругих линий изгиба (рис. 5).

Рис. 5 Исследованные Эйлером упругие линии

Без серьезного обсуждения он принял теорию Якова Бернулли, утверждавшую, что кривизна изогнутой оси балки в каждой ее точке пропорциональна изгибающему моменту в этой же точке. Основываясь на этом, он исследует форму кривых, которые принимают тонкий гибкий упругий стержень при различных условиях загружения.

Исследования Эйлера в области продольного изгиба послужили основой для создания теории устойчивости стержней и стержневых систем.

Глава 3. Сопротивление материалов в XIX веке

3.1 Луи Навье

В начале 19 века особое развитие науки о сопротивлении материалов получило во Франции, где была создана политехническая школа, внесшая большой вклад в науку. Важный этап в развитии науки связан с опубликованием в 1826 году Л. Навье первого курса сопротивления материалов, обобщившего все полученные ранее результаты и внесшего еще ряд ценных положений. К этому времени отнесено опубликование трудов Лагерьема, создавшего испытательную машину на растяжение. Навье решает задачу об изгибе балки, когда равномерная нагрузка распределена лишь по отдельному ее участку (рис. 6).

Рис. 6 Задача об изгибе балки

Книга совершила большой сдвиг механики материалов за первую четверть 19 века. Навье с самого начала указывает, насколько важно знать предел, до которого сооружения ведут себя идеально упруго и не получают остаточных деформаций.

3.2 Сен-Венан

Большой вклад вносит в этот период Сен-Венан в математическую упругость. Он первым исследовал точность рассуждений, лежащих в основе теории изгиба. Его труды имели принципиальное значение. Им впервые были выведены точные формулы для расчёта на изгиб кривого бруса и сформулирован принцип, согласно которому распределение напряжений в сечениях, отстоящих на некотором расстоянии от места приложения нагрузки, не связано со способом её приложения, а зависит только от равнодействующей этой нагрузки.

Он ссылается на некоторые свои опыты с каучуковыми стержнями как на подтверждение того, что если система самоуравновешивающихся сил распределена по участку поверхности, то деформация возникнет лишь в близости этим силам (рис. 7).

Рис. 7 Пример Сен-Венана

Сен-Венан первый исследовал точность допущений, лежащих в основе теории изгиба, а именно: 1) поперечные сечения балки остаются при деформации плоскими и 2) продольные волокна балки при этом не оказывают давления друг на друга, находясь в состоянии простого осевого растяжения или сжатия.

3.3 Состояние науки сопротивления материалов

Особенно мощным толчком к развитию теоретических и экспериментальных исследований в области сопротивления материалов явилось широкое развитие строительства железных дорог и мостов в 19 веке (рис. 8). В 1824 году в связи со строительством ряда висячих мостов под руководством Ляме была создана и применена первая русская машина по испытанию материалов.

Рис. 8 Николаевская железная дорога

В 20-х годах 19 века в Петербургском институте инженеров путей сообщения впервые было введено в России преподавание сопротивления материалов.

В 1855 году опубликованы выдающиеся работы русского инженера Д. И. Журавского, впервые в мире открывшего касательные напряжения при изгибе и разработавшего их теорию. Журавский проектировал и производил работы по строительству моста через реку Веребье (9 пролетов L=54м, с проезжей частью над горизонтом воды b=51м). В конструкции этого моста Журавский пользовался деревянными балками, а также фермами. Материал оказывал весьма слабое сопротивление продольному срезыванию вдоль волокон и Журавский сделал заключение, что касательные напряжения имеют большое значение.

В Петербургском институте инженеров путей сообщения в 1853 году под руководством профессора П. И. Садко создана первая в России, одна из лучших в мире, механическая лаборатория, ставшая центром исследования прочности и образцом для создания ряда других лабораторий. В 1873 году эта лаборатория переходит в ведение русского инженера и ученого Н. А. Белелюбского. Он первый применил в мостостроении литое железо и разработал его сортамент. Ему также принадлежит разработка теории косых (главных) напряжений при изгибе (1890 г.) и первого русского курса строительной механики (1885 г.).

Белелюбский Н. А. создал первую научную школу по изучению механических свойств материалов. В 1895 году А. Г. Гагарин создал замечательную машину, получившую в 1905 году премию на международной выставке и применяемую до сих пор. Широко известны работы Ф. С. Ясинского по исследованию продольного изгиба в упругой и особенно пластичной стадиях.

Глава 4. Сопротивление материалов в XX веке

4.1 Достижения науки сопротивления материалов

К началу 20 века были созданы основы учения о сопротивлении материалов и теории упругости. Усложнение расчетных схем привело к необходимости тщательной экспериментальной проверке аналитических решений в области сопротивления материалов. Ярчайшей страницей в отечественной и мировой науке является советский этап в развитии механики твердого деформируемого тела.

Основное направление в развитии сопротивления материалов в этот период характеризуется широким приспособлением и применением к расчетам деталей машин работ из области теории упругости и строительной механики. Эти работы получили развитие благодаря трудам многих научных работников и инженеров в связи с расширением и совершенствованием математического аппарата и уточнением представлений о физико-механических свойствах материалов.

Большие успехи достигнуты и в экспериментальном изучении физико-механических свойств материалов.

Следует отметить лаборатории П. К. Худякова, И. П. Прокофиева, ЦНИИТ МАШ, ЦИАМ АНСССР по исследованию материалов, применяемых в сельскохозяйственном машиностроении. Разработаны новые методы испытаний материалов, определения деформации и напряжений, исследования их распределения.

4.2 Вклад ученых в развитие науки

Вначале 20 в. расширение масштабов применения железобетонных и стальных конструкций, появление сложных машин и механизмов обусловили быстрое развитие науки о сопротивлении материалов. Были опубликованы классические учебники С. П. Тимошенко по сопротивлению материалов и строительной механике, труды А. Н. Динника по продольному изгибу, устойчивости сжатых стержней и др.

Дальнейшему совершенствованию методов способствовало создание в СССР ряда научно-исследовательских учреждений для проведения исследований в области расчёта конструкций. Появились новые разделы С. м. Большое влияние на развитие С. м. оказали труды Н. М. Беляева в области пластических деформаций, А. А. Ильюшина по теории пластичности, Ю. Н. Работнова и А. Р. Ржаницына по теории ползучести. Значительным вкладом в науку о С. м. явилась созданная В. З. Власовым теория расчёта тонкостенных стержней и оболочек. Важные фундаментальные исследования выполнены советскими учёными Н. И. Безуховым, В. В. Болотиным, А. Ф. Смирновым, В. И. Феодосьевым и др.

Советским ученым принадлежит честь создания целой области науки о сопротивлении материалов - теории сложной изгибо-крутильной деформации стержней и оболочек. Законченную теорию расчета на прочность, устойчивость и колебания тонкостенных стержней и оболочек дал В. З. Власов, А. А. Уманским разработаны методы расчета тонкостенных стержней с замкнутым контуром поперечного сечения и с криволинейной осью. Теорию сложных деформаций стержней и оболочек продолжат развивать другие советские ученые.

4.3 Современные тенденции развития науки

Одна из важнейших задач сопротивления материалов -- установление причин и характера разрушения материалов, требующее всестороннего теоретического и экспериментального изучения процессов, происходящих в микрообъёмах тела, в частности характера возникновения и развития трещин. Установлено существование таких (предельных) напряжений, превышение которых влечёт за собой прогрессирующий рост уже появившихся трещин, приводящий, в конечном счёте, к разрушению тела. Если напряжения меньше указанного предела, то тело, имеющее трещины, находится в состоянии трещиноустойчивости. В некоторых случаях под действием нагрузки разрушения в микроэлементах распространяются на весь объём тела (особенно при высоких температурах). Исследование этих вопросов требует создания нового важного раздела механики деформируемого тела -- механики разрушения. Ещё недостаточно изучен ряд вопросов т. н. усталостной прочности материалов, в частности прочность элементов (деталей) машин при их длительном циклическом нагружении.

В связи с появлением новых конструкционных материалов (например, пластмасс, лёгких сплавов) возникла необходимость создания теорий прочности, отражающих специфические свойства этих материалов. Современные технологические процессы (например, с применением высоких давлений) позволяют получать материалы с весьма высокой прочностью, поведение которых под нагрузкой недостаточно изучено и требует целенаправленных исследований.

Заключение

История развития такой науки, как «Сопротивление материалов» начинается еще в 17 веке и связана с развитием техники и строительства. За все это время над курсом трудились большое количество ученых, которые внесли неимоверный вклад. Безусловно, как во всякой науке, в сопротивлении материалов имеется неисчерпаемое количество еще не решенных вопросов, нерешенных задач, решение которых лежит за совместными усилиями ученых всех стран. Сопротивление материалов изучает условия прочности, жесткости и устойчивости элементов конструкций, которые могут иметь форму пластины, стержня и оболочки. Проще говоря, сопромат - это наука о прочности машин и построек.

Курс «Сопротивление материалов», стал самостоятельной дисциплиной в связи с усложнением разнообразных расчетов на прочность для все более усложняющихся конструкций. А в последнее время его важность особенно повысилась, так как увеличиваются размеры сооружений, создаются новые конструкции кораблей, машин, летательных аппаратов, увеличиваются скорости подвижных деталей машин, повышаются мощности, используются все более высокие температуры и давления, а также применяются новые, созданные по последним технологиям, материалы. Поэтому ответственность расчетов на прочность также многократно увеличилась. Несмотря на кажущуюся, на первый взгляд сложность дисциплины, регулярные практические занятия, решение разнообразных интересных задач по сопромату, поможет преодолеть неосознанный страх перед этим, постоянно развивающимся, предметом, и достичь определенных успехов в изучении сопротивления материалов.

Список использованной литературы

1. Тимошенко С.П. История науки о сопротивлении материалов, Москва: государственное издательство технико-технической литературы, 1957 - 536 с.

2. Сопротивление материалов [Электронный ресурс] URL: https://www.booksite.ru/fulltext/1/001/008/104/586.htm

3. Краткий исторический обзор истории развития «Сопротивления материалов» как науки [Электронный ресурс] URL: https://american-issue.info/tehnicheskie-nauki/kratkij-istoricheskij-obzor-istorii-razvitiya-soprotivleniya-materialov-kak-nauki/

4. Важность дисциплины сопромат [Электронный ресурс] URL: https://calvinism.ru/material/4/283/

5. Сопротивление материалов [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сопротивление_материалов

Размещено на Allbest.ru