Mecanica structurală - un set de științe despre rezistența , rigiditatea și stabilitatea structurilor de construcție.
Sarcina principală a mecanicii structurale este dezvoltarea metodelor de calcul și achiziția de date pentru proiectarea fiabilă și economică a clădirilor și structurilor . Pentru a asigura fiabilitatea necesară a structurii, elementele structurale principale trebuie să aibă secțiuni suficient de mari, dar economia impune ca consumul de materiale utilizate pentru fabricarea structurilor să fie cât mai mic posibil. Pentru a găsi un compromis acceptabil între cerințele de fiabilitate și eficiență, este necesar să se facă calculul cât mai exact posibil și să se respecte cu strictețe cerințele care decurg din acest calcul în procesul de proiectare, ridicare și exploatare a structurii.
Multă vreme, omenirea nu a avut la dispoziție metode de calcul al structurilor. În ciuda acestui fapt, a fost posibil să se construiască monumente de arhitectură grandioase și perfecte din punct de vedere structural. Acest lucru depindea de talentul arhitecților, care simțeau intuitiv munca structurilor și puteau găsi dimensiunile necesare ale elementelor. De mare importanță a fost și acumularea de experiență în construcții, dobândită uneori cu prețul prăbușirilor unor structuri nereușite.
Această experiență a fost reflectată în reguli empirice, pe baza cărora ar fi posibil să se atribuie dimensiuni fiabile ale părților structurilor. S.P. Timoshenko credea că astfel de reguli erau deja cunoscute de vechii egipteni , iar grecii și romanii puteau deja să efectueze anumite calcule matematice, bazate pe realizările staticii teoretice în curs de dezvoltare ; totuși , inginerii antici nu posedau cunoștințele necesare date de analiza stării de stres [1] .
Formarea mecanicii structurale a avut loc în cadrul mecanicii generale , din care mecanica structurală nu s-a remarcat în perioada inițială a dezvoltării sale. Progresele în mecanică, începând cu lucrările lui G. Galileo , care au pus bazele rezistenței materialelor , au creat baza dezvoltării calculelor de rezistență [2] [3] . De mare importanță au fost și: descoperirea lui R. Hooke a proporționalității între deformații și tensiuni într-un material elastic ( legea lui Hooke ) [4] ; studii de L. Euler , dedicate îndoirii grinzilor și tijelor și găsirii valorii sarcinii critice în timpul comprimării unei tije elastice [5] [6] ; lucrarea lui Sh. Coulomb asupra calculelor boltilor si zidurilor de sprijin [7] . În același timp, legătura dintre majoritatea studiilor efectuate în secolele XVII-XVIII și practică a fost foarte slabă [8] .
Începutul dezvoltării mecanicii structurale ca știință independentă datează din anii 20 ai secolului al XIX-lea și a fost cauzat, în primul rând, de desfășurarea construcției armate de poduri , autostrăzi și căi ferate , baraje , nave , clădiri industriale și coșuri de fum înalte. . Lipsa unor metode fiabile de calcul a unor astfel de structuri nu a permis construirea unor structuri suficient de ușoare și fiabile. Meritul unei restructurări decisive a mecanicii structurale, întoarcerea ei către nevoile practicii (după care a început să se dezvolte rapid ca știință aplicată independentă) îi aparține mecanicului și inginerului francez A. Navier , care a pornit pe calea studierii funcționarea efectivă a unei structuri sub sarcină, pe calea calculării structurilor pentru solicitările admisibile [9] .
B. Clapeyron , W. Rankin , D. I. Zhuravsky , C. Bress , J. Maxwell , E. Winkler , V. L. Kirpichev , F. Engesser [ , A. Föppl , F. S. Yasinsky , S. P. I Timoshenko . Rabinovici și alți oameni de știință de seamă.
Secțiunile clasice ale mecanicii structurale sunt:
Rezistența materialelor se preocupă în mod predominant de teoria unei grinzi simple și este o disciplină la fel de importantă atât pentru structurile de construcții, cât și pentru ingineria mecanică . Statica și dinamica structurilor sau teoria structurilor (mecanica structurală în sensul restrâns al cuvântului) se ocupă în primul rând de teoria calculului sistemului de grinzi sau tije care formează o structură. Ambele discipline tind să-și rezolve problemele în principal prin metode matematice relativ simple. La rândul său, teoria elasticității evidențiază rigoarea și acuratețea concluziilor sale și, prin urmare, recurge la un aparat matematic mai complex. Granița dintre aceste trei discipline nu poate fi clar delimitată.
Teoria plasticității se ocupă cu studiul corpurilor plastice și elastico-plastice.
În prezent, diferite metode numerice cu utilizarea tehnologiei computerizate sunt utilizate în mod activ pentru a rezolva probleme practice de mecanică structurală; în special, metoda elementelor finite a primit cea mai răspândită utilizare .
În mecanica structurilor, există:
De obicei, în practică, structurile spațiale tind să fie împărțite în elemente plate, care sunt mult mai ușor de calculat, dar acest lucru nu este întotdeauna posibil.
Mecanica structurală este, de asemenea, împărțită în liniară și neliniară. Există neliniarități geometrice și fizice. Neliniaritatea geometrică a ecuațiilor mecanicii structurale ia naștere la deplasări și deformații mari ale elementelor, ceea ce este relativ rar în structurile de construcție, cu excepția celor suspendate. Neliniaritatea fizică apare în absența proporționalității între forțe și deformații, adică atunci când se folosesc materiale inelastice. Neliniaritatea fizică este deținută într-o oarecare măsură de toate materialele și structurile. Totuși, cu o anumită precizie, cu puțin efort, dependențele fizice neliniare sunt înlocuite cu cele liniare.
De asemenea, se obișnuiește să se facă distincția între sarcinile statice și dinamice - acestea din urmă iau în considerare proprietățile inerțiale ale structurii și factorul timp.
Mecanica structurală este, de asemenea, împărțită în secțiuni legate de calculul structurilor de un anumit tip și anume: structuri de bare (inclusiv ferme, cadre, sisteme de grinzi și arcade), plăci și sisteme lamelare, cochilii, fire flexibile și sisteme de cabluri, elastice și inelastice. fundatii, membrane etc.
| Secțiuni de mecanică | |
|---|---|
| Mecanica continuului | |
| teorii | |
| mecanica aplicata | |