Писаренко - Справочник по сопротивлению материалов

Г. С. ПИСАРЕНКО, A. П. ЯКОВЛЕВ, B. В. МАТВЕЕВ

СПРАВОЧНИК по СОПРОТИВЛЕНИЮ МАТЕРИАЛОВ

ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

КИЕВ НАУКОВА ДУМКА 1988

Справрчник па соаротивлению материалов / Писаренко Г. С, Яковлев А. П., Матвеев В. В.; Отв. ред. Писаренко Г. С.— 2-е изд., перераб. и доп.— Киев: Наук, думка, 1988.— 736 с.

В справочнике приведены сведения по основным вопросам курса сопротивления материалов для высших технических учебных заведений, а также данные по результатам расчета наиболее типичных элементов конструкций.

Для инженерно-технических работников различных специальностей, практическая деятельность которых связана с расчетами на прочность, студентов высших технических учебных заведений, преподавателей и аспирантов, занимающихся вопросами сопротивления материалов и строительной механики.

Ил. 1114. Табл. 62. Библиогр.: с. 724—725.

(с) Издательство «Наукова думка», 1975

(с) Издательство «Наукова думка», изменения, дополнения, 1988

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ

Изданный в 1975 г. «Справочник по сопротивлению материалов», в котором в отличие от подобных справочников приведены не только окончательные расчетные формулы, таблицы и графики, но и теоретические основы по учебнику Г. С. Пнсаренко, В. А. Агарева, А. Л. Квитки, В. Г. Попкова, Э. С. Уманского «Сопротивление материалов» (второго и третьего изданий), приобрел популярность как в нашей стране, так и за рубежом. Он издавался в 1979 г. на испанском и французском языках, а в 1985 г. — на португальском, а также вторично издан на испанском и французском языках.

В связи с большим спросом, а также накопившимися за последние годы новыми данными по вопросам сопротивления материалов возникла необходимость в переиздании справочника на русском языке.

В предлагаемом издании введена Международная система единиц (СИ), дополнительно внесены в соответствии с пятым изданием указанного учебника такие важные разделы, как малоцикловая усталость и механика разрушения, расширен раздел по механическим колебаниям, дополнены справочные данные, произведены отдельные уточнения, исправлены замеченные ошибки и опечатки, а также составлен предметный указатель.

Авторы

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сопротивление материалов является одной из основных общеобразовательных инженерных дисциплин и играет существенную роль в формировании инженера почти любой специальности. Особенно большое значение сопротивление материалов имеет для механических, машиностроительных и строительных инженерных специальностей.

Введение в учебные программы высших технических учебных заведений новых дисциплин, отражающих современное состояние науки и техники, при ограниченных сроках обучения привело к существенному сокращению количества лекционных часов по курсу сопротивления материалов. Восполнение появившихся в результате этого пробелов в знании студентами втузов сопротивления материалов может быть достигнуто в известной мере за счет самостоятельного изучения ими необходимых разделов этого важного для будущего инженера курса по соответствующим учебникам.

В Советском Союзе многократно издавались учебники по сопротивлению материалов С. П. Тимошенко, Н. М. Беляева, В. И. Феодосьева и многие другие. Вместе с тем имеется большая заинтересованность в справочнике по сопротивлению материалов, отражающем с достаточной полнотой современное состояние науки о прочности, как со стороны большой армии инженеров — производственников и конструкторов, так и со стороны учащихся и научных работников, К сожатению, такого справочника нет ни в нашей стране, и за рубежом, а существующие краткие справочники по сопротивлению материалов и строительной механике носят специализированный характер и подают материал по ряду важнейших разделов, базируясь на различных подходах, применяемых в разных курсах сопротивления материалов.

Авторы поставили перед собой цель создать справочник по сопротивлению материалов, который обладал бы достаточной полнотой и универсальностью, отражал современное состояние науки о прочности и основывался на едином подходе к подаче справочного материала, увязанного с соответствующим теоретическим курсом. В качестве последнего был принят учебник Г. С. Писаренко, В. А. Агарева, А. Л. Квитки, В. Г. Попкова, Э. С. Уманского «Сопротивление материалов», изд. 3, Киев, «Вища школа», 1973, в котором отражен многолетний опыт преподавания сопротивления материалов в Киевском политехническом институте и опыт использования двух предыдущих изданий этого учебника студентами многих высших учебных заведений страны.

Перед справочным материалом в виде окончательных формул, таблиц и графиков в каждой главе кратко излагаются основные теоретические предпосылки. При этом формулируются исходные гипотезы, соответствующие правила, теоремы и даются важнейшие заключения и рекомендации. Для облегчения пользования справочными данными на с. 720 приведен перечень таблиц, содержащихся в книге.

Мы надеемся, что настоящий справочник будет полезен не только инженерам-конструкторам и производственникам всех специальностей, встречающимися в практической деятельности с расчетами на прочность, но будет с успехом использован студентами, аспирантами, преподавателями и научными работниками.

ГЛАВА 1

ВВЕДЕНИЕ

1.1. Общие сведения о сопротивлении материалов. Изучаемые объекты

Сопротивление материалов — наука об инженерных методах расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов машин и сооружений.

Прочность — способность конструкции, ее частей и деталей выдерживать определенную нагрузку, не разрушаясь.

Жесткость — способность конструкции и ее элементов противостоять внешним нагрузкам в отношении деформаций (изменение формы и размеров). При заданных нагрузках деформации не должны превышать определенных величии, устанавливаемых в соответствии с требованиями к конструкции.

Устойчивость — способность конструкции и ее элементов сохранять определенную начальную форму упругого равновесия. Для того чтобы конструкции в целом отвечали требованиям прочности, жесткости и устойчивости, необходимо придать их элементам наиболее рациональную форму и определить соответствующие размеры.

Сопротивление материалов решает указанные задачи, основываясь как на теоретических, так и на опытных данных, имеющих в этой науке одинаково важное значение.

В теоретической части сопротивление материалов базируется на теоретической механике и математике, а в экспериментальной —на физике и материаловедении.

Сопротивление материалов является наиболее общей наукой о прочности машин н сооружений. Без фундаментального знания сопротивления материалов немыслимо создание различного рода машин и механизмов, гражданских и промышленных сооружений, мостов, линий электропередач и антенн, ангаров, кораблей, самолетов и вертолетов, турбомашин и электрических машин, агрегатов атомной энергетики, ракетной и реактивной техники и др.

Сопротивление материалов не исчерпывает всех вопросов механики деформируемого твердого тела. Этими вопросами занимаются такие смежные дисциплины, как строительная механика стержневых систем, теория упругости и теория пластичности. Однако основная роль при решении задач на прочность принадлежит сопротивлению материалов.

При всем разнообразии видов конструктивных элементов, встречающихся в сооружениях и машинах, их можно свести к сравнительно небольшому числу основных форм. Тела, имеющие эти основные формы, и являются объектами расчета на прочность, жесткость и устойчивость. Это стержни, пластинки и оболочки, массивные тела.

Стержнем, или брусом, называется тело, у которого один размер (длина) значительно превышает два других (поперечных) размера (рис. 1). В инженерном деле встречаются стержни с прямолинейной (рис. I, а), и криволинейной (рис. 1, б) осями. Как прямые, так и кривые стержни могут быть постоянного (рис. 1, а) или переменного (рис. 1, в) сечения. Примерами прямых стержней являются балки, оси, валы. Примерами кривых стержней могут служить грузоподъемные крюки, звенья цепей и т. п. Стержни со сложным профилем поперечного сечении, у которых толщина стенок значительно меньше габаритных размеров сечения, называются тонкостенными (рис. 1, г).

Оболочка представляет собой тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расположенными на близком расстоянии одна от другой. Геометрическое место точек, равноудаленных от обеих поверхностей оболочки, называется срединной поверхностью. По форме срединной поверхности различают оболочки цилиндрические (рис. 2, а), конические (рис. 2, б), сферические (рис. 2, в) и др. К оболочкам относятся тонкостенные резервуары, котлы, купола зданий, обшивки фюзеляжей, крыльев и других частей летательных аппаратов, корпуса судов и т. п.

Если срединная поверхность представляет собой плоскость, то такая оболочка называется пластиной (рис. 2, е). Пластины могут быть круглыми, прямоугольными и Иметь другие очертания. Толщина пластин, как и оболочек, может быть постоянной или переменной. Пластинами являются плоские днища и крышки резервуаров (рис. 2, д), перекрытия инженерных сооружений, диски турбомашин и т. п.

Массивным называется тело, у которого все три размера — величины одного порядка. Это — фундаменты сооружений, подпорные стенки и т. п.

В сопротивлении материалов, как правило, задачи решаются простыми математическими методами с привлечением ряда упрощающих гипотез и использованием данных эксперимента; решения при этом доводятся до расчетных формул, пригодных для использования в инженерной практике. Основным объектом, рассматриваемым в сопротивлении материалов, является прямой стержень.