Техническая механика, Вереина Л.И., 2015
Техническая механика, Вереина Л.И., 2015.
Учебник создан для профессий, связанных с металлообработкой.
Изложены основы теоретической механики, сопротивления материалов, деталей и механизмов машин; даны примеры расчетов. Приведены сведения об основных способах повышения механических свойств материалов и тенденции развития конструкций машин и механизмов.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Основные используемые обозначения
Введение
Раздел 1. Теоретическая механика
1.1. Основные понятия и аксиомы статики
1.2. Связи и их реакции
1.3. Плоская система сил
1.4. Элементы теории трения
1.5. Пространственная система сил
1.6. Определение центра тяжести
1.7. Кинематика точки
1.8. Простейшие движения твердого тела
1.9. Законы динамики, уравнения движения материальной точки, принцип Д’Аламбера
1.10. Силы, действующие на точки механической системы
1.11. Теорема о движении центра масс механической системы
1.12. Работа силы
1.13. Мощность
1.14. Коэффициент полезного действия
Раздел 2. Основы сопротивления материалов
2.1. Основные понятия
2.2. Растяжение и сжатие
2.3. Основные механические характеристики материалов
2.4. Расчеты на прочность при растяжении и сжатии
2.5. Срез и смятие
2.6. Кручение
2.7. Прямой изгиб
2.8. Определение перемещений при изгибе способом Верещагина
2.9. Расчет бруса на совместное действие кручения и изгиба
2.10. Прочность при динамических нагрузках
2.11. Устойчивость при осевом нагружении стержня
2.12. Раскрытие статической неопределимости стержневых систем
Раздел 3. Детали и механизмы машин
3.1. Машины и их основные элементы
3.2. Основные критерии работоспособности и расчета деталей машин
3.3 Машиностроительные материалы
3.4. Детали вращательного движений
3.5 Корпусные детали
3.6 Пружины и рессоры
3.7 Неразъемные соединения деталей
3.8 Разъемные соединения деталей
3.9. Подшипники скольжения
3.10. Подшипники качения
3.11. Муфты
3.12. Фрикционные передачи
3.13. Ременные передачи
3.14. Зубчатые передачи
3.15. Червячные передачи
3.16. Цепные передачи
3.17. Передача винт—гайка скольжения
3.18. Передача винт—гайка качения
3.19. Реечные передачи
3.20. Кривошипно-шатунные механизмы
3.21. Кулисные механизмы
3.22. Кулачковые механизмы
3.23. Общие сведения о редукторах
Раздел 4. Повышение механических свойств материалов и конструкций
4.1. Основные способы повышения механических свойств
4.2. Упрочняющая обработка пластическим деформированием
4.3. Повышение износостойкости поверхностных слоев
4.4. Поверхностные покрытия
4.5. Упрочнение поверхностных слоев химико-термической обработкой
4.6. Упрочнение ходовых винтов
Заключение. Тенденции развития конструкций машин и механизмов
Приложения
1. Уголки стальные горячекатаные равнополочные (по ГОСТ 8509-93)
2. Уголки стальные горячекатаные неравнополочные (по ГОСТ 8510-86)
3. Швеллеры стальные горячекатаные (по ГОСТ 8240-89)
4. Двутавры стальные горячекатаные (по ГОСТ 8239-89)
5. Обозначения условные графические в схемах. Элементы кинематики (по ГОСТ 2.770-68*)
Список литературы.
Скачать pdf
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу
ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ДЛЯ СТРОИТЕЛЕЙ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ БАКАЛАВРОВ
С.Ю. Молдаванов, С.Б. Лозовой
ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА ДЛЯ СТРОИТЕЛЕЙ
Допущено в качестве учебного пособия по дисциплине
«Техническая механика» для подготовки бакалавров направления 270800 Строительство
Молдаванов С.Ю., Лозовой С.Б.Техническая механика для строителей: учеб. пособие / Кубан. гос. технол. ун-т. – Краснодар: Изд. ФГБОУ ВПО «КубГТУ», 2013. – 363 с.
Учебное пособие включает в себя все основные разделы, необхо- димые для успешного усвоения студентами учебной дисциплины «Тех- ническая механика». Кроме теоретических сведений и большого коли- чества иллюстративного и справочного материала приведено большое число контрольных вопросов и решенных задач по каждой теме курса. Существенно обновлена система выводов и доказательств различных расчетных формул, а также рассмотрены новые алгоритмы решения многих инженерных задач.
Ил. 214. Табл. 4. Библиогр.: 25 назв. Прил. 7.
Рецензенты: академик РАН, д-р физ.-мат. наук, В.А. Бабешко (Кубан- ский государственный университет);
д-р техн. наук, проф. Ж.М. Бледнова (Кубанский госу- дарственный технологический университет)
© ФГБОУ ВПО «КубГТУ», 2013
ISBN 978-5-8333-0444-0 © Молдаванов С.Ю., Лозовой С.Б., 2013
Глава 1. Основные понятия, допущения и гипотезы. 10
Техническая механика и ее место среди других научных
Классификация объектов изучения. 11
Предмет и задачи курса технической механики. 13
Основные гипотезы и допущения. 14
Классификация внешних сил. 15
Деформация твердых тел. 17
Метод сечений. Внутренние силы в сечении твердого тела.
Простое и сложное сопротивление прямого бруса. 19
Понятие о напряжениях в точке твердого тела. 22
Связь между напряжениями и внутренними силовыми
Краткий исторический очерк развития науки
о сопротивлении материалов. 24
Глава 2. Геометрические характеристики плоских сечений. 27
Моменты плоских сечений. 27
Вычисление моментов инерции простейших геометрических
Преобразование геометрических характеристик при
параллельном переносе осей. 31
Преобразование геометрических характеристик при
повороте координатных осей. 32
Радиусы инерции и эллипс инерции. Моменты сопротивления плоского сечения 35
Глава 3. Центральное растяжение и сжатие прямых стержней. 51
Внутренние силы и напряжения при центральном растяжении
Деформации при растяжении и сжатии. Понятие
о коэффициенте Пуассона. Закон Гука. 53
Напряжения в сечениях, наклонных к оси стержня. 55
Испытания материалов на растяжение и сжатие. 56
Диаграмма растяжения пластичных материалов. 59
Упругие и остаточные деформации. Явление наклепа. 62
Условная и истинная диаграммы растяжения. 63
Диаграмма растяжения малопластичных и хрупких материалов. 64
Диаграмма сжатия различных материалов. Особенности
разрушения при сжатии. 66
Методики расчета строительных конструкций. 68
Статически определимые задачи при одноосном растяжении
Статически неопределимые задачи при растяжении
Расчет статически неопределимых систем на действие
Расчет статически неопределимых систем на температурные воздействия 75
Расчет статически неопределимой системы на монтажные
Определение предельной нагрузки для статически
неопределимой системы. 79
Глава 4. Двухосное напряженное состояние в точке тела. 103
Понятие о напряженном состоянии в точке тела. 103
Плоское напряженное состояние. 104
Напряжения на наклонных площадках. 105
Главные напряжения в случае на плоского напряженного
Обобщенный закон Гука. 109
Изменение объема материала при деформации. 110
Удельная потенциальная энергия при плоском напряженном состоянии 111
Круги Мора при плоском напряженном состоянии. 112
Критерии прочности и пластичности. 114
Критерии наибольших нормальных напряжений. 115
Критерии наибольших относительных удлинений. 116
Критерии наибольших касательных напряжений. 117
Энергетический критерии прочности. 118
Теория прочности Мора. 120
Глава 5. Сдвиг и кручение. 126
Понятие о чистом сдвиге. Анализ напряженного состояния
при чистом сдвиге. 126
Закон Гука при чистом сдвиге. Зависимость между модулям упругости первого и второго рода. 126
Потенциальная энергия при чистом сдвиге. 128
Расчет заклепочных и болтовых соединений. 129
Основы расчета сварных соединений на срез. 131
Напряжения и деформации при кручении стержня круглого поперечного сечения 131
Потенциальная энергия при кручении вала круглого
поперечного сечения. 135
Расчет цилиндрических пружин с малым шагом витка. 136
Глава 6. Внутренние усилия в балках и рамах при изгибе. 143
Классификация нагрузок, действующих на брус. 143
Общие сведения об эпюрах. 144
Общий порядок построения эпюр внутренних силовых
Дифференциальные уравнения равновесия бруса с
прямолинейной осью. 150
Интегральные уравнения равновесия бруса. 152
Правила контроля эпюр внутренних силовых факторов. 155
Построение эпюр внутренних силовых факторов без
составления уравнений статики. 156
Частные случаи загружения балок внешней нагрузкой. 160
Построение эпюр внутренних силовых факторов в плоских
Глава 7. Напряжения в балках при изгибе. 180
Нормальные напряжения при чистом изгибе. 180
Касательные напряжения при поперечном изгибе. 184
Распределение касательных напряжений по высоте
поперечного сечения балки. 186
Анализ напряженного состояния при плоском изгибе балки. 189
Глава 8. Определение перемещений в стержневых системах. 201
Прогиб и поворот сечения балки. Дифференциальное
уравнение изогнутой оси. 201
Интегрирование дифференциального уравнения изогнутой
Метод уравнивания постоянных интегрирования дифференциального уравнения изогнутой оси. 206
Использование метода начальных параметров для
определения перемещений в балках. 208
Графоаналитический метод вычисления перемещений
при плоском изгибе. 216
Основные теоремы об линейно упругих деформируемых
Теорема о взаимности работ (теорема Бетти). 224
Теорема о взаимности перемещений (теорема Максвелла). 225
Определение перемещений. Интеграл Мора. 225
Правило Верещагина. 227
Глава 9. Сложное сопротивление. 234
Общий случай сложного сопротивления прямого бруса. 234
Косой изгиб прямого бруса. Определение нормальных
Определение положения нейтральной линии при косом
Определение перемещений при косом изгибе. 237
Определение нормальных напряжений в случае
внецентренного растяжения или сжатия. 242
Определение положения нейтральной линии при
внецентренном растяжении или сжатии. 243
Общие понятия о ядре сечения. 245
Совместное действие изгиба с кручением. 253
Глава 10. Устойчивость сжатых стержней. 261
Основные понятия об устойчивости механических систем. 261
Потеря устойчивости центрально-сжатых стержней.
Формула Эйлера. 262
Влияние способов закрепления концов стержня на величину критической силы 265
Пределы применимости формулы Эйлера.
Формула Ясинского. 268
Практический расчет сжатых стержней. 270
Безытерационный метод расчета сжатых стержней
на устойчивость. 273
Глава 11. Динамические и периодические нагрузки. 289
Динамическое действие нагрузок. Силы инерции.
Принцип Даламбера. 289
величину динамических напряжений. 292
Колебания систем с одной степенью свободы. Свободные колебания. 297
Вынужденные колебания системы с одной степенью
Усталостная прочность. 303
Коэффициент запаса усталостной прочности. 310
Глава 12. Расчет статически неопределимых стержневых систем
Основные понятия о статически неопределимых стержневых системах 316
Основная система и канонические уравнения метода сил. 317
Вычисление коэффициентов и свободных членов системы канонических уравнений метода сил. 318
Определение внутренних усилий в заданной системе. 319
Промежуточные и окончательная проверки правильности
Глава 13. Основы расчета тонкостенных оболочек. 330
Основные понятия о безмоментной теории тонкостенных
Напряжения, действующие в тонкостенной осесимметричной оболочке 331
Расчет осесимметричных сосудов давления по
безмоментной теории. 333
Краевой эффект в цилиндрической оболочке. 336
Список литературы. 341
Приложение А (справочное). 343
Приложение Б (справочное). 345
Приложение В (справочное). 346
Приложение Г (справочное). 348
Приложение Д (справочное). 349
Приложение Е (справочное). 360
Приложение Ж (справочное). 362
Учебная дисциплина «Техническая механика» впервые включена в образовательный стандарт высшего профессионального образования для строителей, поэтому в настоящий момент учебная литература по этой дисциплине практически полностью отсутствует. Многочислен- ные существующие учебники с аналогичным названием предназначены для студентов учебных заведений среднего профессионального образо- вания и представляют собой компиляцию таких учебных дисциплин, как теоретическая механика, сопротивление материалов, статика со- оружений и детали машин и механизмов.
Учебное пособие «Техническая механика для строителей» напи- сано в соответствии с действующей основной образовательной про- граммой высшего профессионального образования третьего поколения. Оно предназначено для студентов бакалавриата, обучающихся по на- правлению подготовки 270800 Строительство. В пособии рассмотрены классические методики расчета простейших элементов строительных конструкций на прочность, жесткость и устойчивость, что позволяет дать студентам фундаментальные знания о напряженно-деформирован- ном состоянии стержней и стержневых систем под действием различ- ных внешних нагрузок, сформировать представления о работе инже- нерных конструкций, научить их решать различные прикладные задачи. Приобретенные знания способствуют формированию у студентов основ инженерного мышления.
Форма изложения материала основана на многолетнем опыте пре- подавания различных учебных дисциплин, составляющих механику деформируемого твердого тела, на кафедре «Строительная механика и сопротивления материалов» Кубанского государственного технологи- ческого университета (КубГТУ). Предлагаемое учебное пособие со- держит сведения, которые охватывают основные теоретические вопро- сы курса технической механики для студентов-строителей. Эти мате- риалы рассматривают на лекционных занятиях.
Все читатели могут получить практические навыки в решении инженерных задач, изучая примеры, приведенные в учебном пособии. Практически каждый раздел дисциплины проиллюстрирован примера- ми решения типовых задач. Особый упор сделан на решении задач, входящих в состав расчетно-графических работ. Эти материалы тради- ционно рассматриваются и обсуждаются на практических занятиях. Самостоятельное выполнение студентами расчетно-графических работ позволяет повысить степень усвоения материалов лекций и практиче- ских занятий.
В формулировках рассмотренных задач и расчетно-графических работ используется Международная система единиц (СИ). В предла- гаемом учебном пособии имеется существенное отличие от других. В нем не выполняются расчеты по методу допускаемых напряжений, ко- торый уже около шестидесяти лет не используется в строительных нормах. В учебном пособии сохранены суть и методика расчета по пре- дельным состояниям в целом, а также структура формул и обозначения, принятые в строительных нормах и правилах. В тоже время с целью сделать их более простыми и понятными для студентов в данной книге опущены некоторые специальные вопросы расчета по методу предель- ных состояний (учет коэффициентов условий работы, перегрузки и др.), так как их изложение было бы преждевременным в общетехниче- ском курсе.
Данное учебное пособие предназначено для студентов и препо- давателей высших технических учебных заведений. Она также может служить пособием для проектировщиков и инженеров, изучающих и использующих в практической работе методы технической механики.
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ДОПУЩЕНИЯ И ГИПОТЕЗЫ
ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА И ЕЕ МЕСТО СРЕДИ ДРУГИХ НАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН
Задачи модернизации российской экономики и выполнение на- циональной программы по обеспечению граждан нашей страны дос- тупным и качественным жильем напрямую связаны с постоянно увели- чивающимися объемами строительства, что требует повышенного вни- мания к расчетам различных строительных конструкций и их элемен- тов. Расчет строительных конструкций и сооружений должен обеспечи- вать как их надежность при эксплуатации, так и рациональное исполь- зование самых разнообразных материалов. Такие задачи могут быть решены лишь на основе глубокого знания свойств различных конст- рукционных материалов и умения выполнять инженерные расчеты, опираясь на последние достижения механики деформируемого твердо- го тела (МДТТ).
Механика деформируемого твердого тела изучает законы дефор- мирования тел, возникающих под действием внешних сил, температур- ных полей, электромагнитных воздействий и т.д. Внешние воздействия вызывают деформации тела. Деформация тела связана с изменением его первоначальных размеров и формы. В процессе деформации мате- риальные частицы тела приходят в движение, что приводит к измене- нию расстояния между ними. Это приводит к появлению в деформи- руемом теле дополнительных сил взаимодействия между его отдель- ными частями, которые называются внутренними силами. Мерой изме- нения внутренних сил служат напряжения. Напряжения и деформации являются взаимосвязанными параметрами, которые характеризуют со- стояние деформируемого твердого тела.
Механика деформируемого твердого тела основывается на ре- зультатах экспериментов, которые позволяют определить физико- механические характеристики материалов и проверить правильность расчетных теорий. Однако МДТТ является не только эксперименталь- ной, но и теоретической наукой, использующей свой математический аппарат.
Изучение механики деформируемого твердого тела базируется на ряде учебных дисциплин. Из курса высшей математики в механике де- формируемого твердого тела широко используют элементы дифферен- циального и интегрального исчисления, начала векторной и линейной алгебры, аналитическую геометрию, сведения из теории рядов, диффе- ренциальные уравнения, элементы математической статистики и тео-
рии вероятностей. Из курса физики используются следующие разделы: механика, оптика, электричество, теплота и т.д. В МДТТ применяют ряд методов и уравнений теоретической механики. К ним относятся ус- ловия равновесия системы сил, уравнения движения тела, аксиомы ста- тики, метод сечений, метод приведения системы сил к заданному цен- тру, принцип возможных перемещений и т.д.
Механика деформируемого твердого тела в свою очередь исполь- зуется при изучении для целого ряда прикладных инженерных дисцип- лин: «Детали машин и механизмов», «Статика и динамика сооруже- ний», «Строительные конструкции» и т.д. Поэтому глубокое изучение основ МДТТ является гарантией качественной инженерной подготовки студента и позволяет ему квалифицированно решать различные при- кладные задачи.
Механика деформируемого твердого тела включает в себя на це- лый ряд отдельных дисциплин: «Техническая механика», «Сопротивле- ние материалов», «Строительная механика», «Теория упругости», «Тео- рия пластичности», «Теория ползучести», «Аэрогидроупругость», «Ме- ханика грунтов» и др.
В МДТТ используется классификация научных дисциплин по объектам изучения. Традиционный курс «Сопротивление материалов» является теорией стержней и брусьев. Наиболее простые разделы курса
«Сопротивления материалов», имеющие непосредственное прикладное значение, составляют дисциплину «Техническая механика». Она дает фундаментальные знания о расчетных схемах различных строительных конструкций, видах напряженно-деформированного состояния отдель- ных стержней и простейших стержневых систем, формирует необходи- мые представления о работе их элементов под действием различных нагрузок, задачах расчета стержневых систем на прочность, жесткость и устойчивость.
Изучение дисциплины «Техническая механика» способствует формированию у студентов инженерного мышления и имеет своей це- лью подготовить будущего специалиста к решению различных при- кладных задач сопротивления материалов и строительной механики.
КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ ИЗУЧЕНИЯ
Тела, представляющие собой элементы инженерных конструк- ций, в механике деформируемого твердого тела рассматриваются уп- рощенно, без учета второстепенных их характеристик, в виде так назы- ваемых расчетных схем. Все многообразие твердых тел можно разде- лить на три основные группы.
Материальное тело, два измерения которого значительно меньше третьего, называется брусом (рис. 1.1). Брус может быть образован при перемещении некоторой плоской фигуры S вдоль пространственной линии L. В процессе движения центр тяжести замкнутой области S (точка О) должен принадлежать этой линии, а фигура S при этом пер- пендикулярна касательной к линии L в точке О. В дальнейшем линию L будем называть осью бруса. Фигуру S будем называть поперечным се- чением бруса.
Если область S изменяет свои размеры по мере передвижения вдоль оси L, то мы получим брус переменного поперечного сечения. В противном случае мы имеем брус постоянного поперечного сечения.