Strukturel mekanik - et sæt videnskaber om styrken , stivheden og stabiliteten af bygningskonstruktioner.
Strukturmekanikkens hovedopgave er udvikling af beregningsmetoder og dataindsamling til pålidelig og økonomisk design af bygninger og konstruktioner . For at sikre den nødvendige pålidelighed af konstruktionen skal de vigtigste konstruktionselementer have tilstrækkeligt store sektioner, men økonomi kræver, at forbruget af materialer, der anvendes til fremstilling af konstruktioner, er så lavt som muligt. For at finde et acceptabelt kompromis mellem kravene til pålidelighed og effektivitet, er det nødvendigt at foretage beregningen så nøjagtigt som muligt og nøje overholde de krav, der følger af denne beregning i processen med at designe, opføre og betjene strukturen.
I lang tid havde menneskeheden ikke til sin rådighed metoder til at beregne strukturer. På trods af dette var det muligt at bygge storslåede og strukturelt perfekte monumenter af arkitektur. Dette afhang af talentet hos arkitekter, som intuitivt følte arbejdet med strukturer og var i stand til at finde de nødvendige dimensioner af elementer. Af stor betydning var også akkumuleringen af erfaring inden for byggeri, nogle gange erhvervet på bekostning af sammenbrud af mislykkede strukturer.
Denne erfaring blev afspejlet i empiriske regler, på grundlag af hvilke det ville være muligt at tildele pålidelige størrelser af dele af strukturer. S.P. Timoshenko mente, at sådanne regler allerede var kendt af de gamle egyptere , og grækerne og romerne kunne allerede udføre visse matematiske beregninger, baseret på resultaterne af den daværende udvikling af teoretisk statik ; de gamle ingeniører besad dog ikke den nødvendige viden givet ved analysen af stresstilstanden [1] .
Dannelsen af strukturmekanik foregik inden for rammerne af generel mekanik , hvorfra strukturmekanikken ikke skilte sig ud i den indledende periode af dens udvikling. Fremskridtene inden for mekanik, startende med G. Galileos værker , som lagde grundlaget for materialernes styrke , skabte grundlaget for udviklingen af styrkeberegninger [2] [3] . Af stor betydning var også: R. Hookes opdagelse af proportionalitet mellem belastninger og spændinger i et elastisk materiale ( Hookes lov ) [4] ; undersøgelser af L. Euler , dedikeret til bøjning af bjælker og stænger og at finde værdien af den kritiske belastning under kompression af en elastisk stang [5] [6] ; Sh. Coulombs arbejde om beregninger af hvælvinger og støttemure [7] . Samtidig var sammenhængen mellem de fleste undersøgelser udført i det 17.-18. århundrede og praksis meget svag [8] .
Begyndelsen på udviklingen af strukturmekanik som en selvstændig videnskab går tilbage til 20'erne af det 19. århundrede og var først og fremmest forårsaget af den udfoldede forstærkede konstruktion af broer , motorveje og jernbaner , dæmninger , skibe , industribygninger og høje skorstene . Manglen på pålidelige metoder til beregning af sådanne strukturer tillod ikke konstruktion af tilstrækkeligt lette og pålidelige strukturer. Fortjenesten ved en afgørende omstrukturering af strukturmekanikken, dens vending til praksiss behov (hvorefter den begyndte at udvikle sig hurtigt som en uafhængig anvendt videnskab) tilhører den franske mekaniker og ingeniør A. Navier , som begyndte at studere faktisk drift af en konstruktion under belastning, på vej til beregning af konstruktioner for tilladte spændinger [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. Timoshenko , I. M. Rabinovich og andre fremtrædende videnskabsmænd.
De klassiske sektioner af strukturel mekanik er:
Materialernes styrke er overvejende beskæftiget med teorien om en simpel bjælke og er en disciplin lige så vigtig for både bygningskonstruktioner og maskinteknik . Strukturernes statik og dynamik eller teorien om strukturer (strukturmekanik i ordets snævre betydning) beskæftiger sig primært med teorien om beregning af systemet af bjælker eller stænger, der danner en struktur. Begge disse discipliner har en tendens til at løse deres problemer hovedsageligt ved relativt simple matematiske metoder. Til gengæld fremhæver elasticitetsteorien stringens og nøjagtigheden af dens konklusioner og tyer derfor til et mere komplekst matematisk apparat. Grænsen mellem disse tre discipliner kan ikke tydeligt afgrænses.
Teorien om plasticitet beskæftiger sig med studiet af plastiske og elastisk-plastiske legemer.
På nuværende tidspunkt bruges forskellige numeriske metoder med brug af computerteknologi aktivt til at løse praktiske problemer med strukturel mekanik; især finite element-metoden har fået den mest udbredte anvendelse .
I konstruktionsmekanik er der:
Normalt har rumlige strukturer i praksis en tendens til at blive opdelt i flade elementer, som er meget nemmere at beregne, men det er ikke altid muligt.
Strukturel mekanik er også opdelt i lineær og ikke-lineær. Der er geometriske og fysiske ulineariteter. Den geometriske ulinearitet af strukturmekanikkens ligninger opstår ved store forskydninger og deformationer af elementer, hvilket er relativt sjældent i bygningskonstruktioner, med undtagelse af skråstilede. Fysisk ikke-linearitet opstår i fravær af proportionalitet mellem kræfter og deformationer, det vil sige ved brug af uelastiske materialer. Fysisk ikke-linearitet besidder til en vis grad alle materialer og strukturer. Men med en vis nøjagtighed, med lille indsats, erstattes ikke-lineære fysiske afhængigheder af lineære.
Det er også sædvanligt at skelne mellem statiske og dynamiske opgaver - sidstnævnte tager højde for strukturens inertiegenskaber og tidsfaktoren.
Strukturmekanik er også opdelt i sektioner relateret til beregning af strukturer af en bestemt type, nemlig: stangkonstruktioner (herunder spær, rammer, bjælkesystemer og buer), plader og lamelsystemer, skaller, fleksible gevind og kabelsystemer, elastiske og uelastiske fundamenter, membraner mv.
| Afsnit af mekanik | |
|---|---|
| Kontinuum mekanik | |
| teorier | |
| anvendt mekanik | |