Строительная механика машин представляет собой область теоретической механики, которая изучает особенности деформируемого твердого тела.
Данное научное направление производит расчеты на жесткость, прочность, стабильность в более комплексной постановке, чем дисциплина «Сопротивление физических материалов». Расчетные основные элементы в виде криволинейных и тонкостенных стержней являются объектами изучения механики машин.
Гипотеза пространственно-криволинейных оболочек сводится к формированию расчетной схемы стержня, что считается составной частью многих механизмов, устройств и конструкций. Особый интерес в указанной сфере представляют задачи о постоянном взаимодействии стержневых компонентов с потоком жидкости или газа.
Прямолинейные упругие стержни являются частным условием криволинейных элементов. Например, задача о пластинке, находящейся на упругом основании, со стороны базы определяет действие контактной силы.
Основные определения механики стержневых элементов машин
Стержень – материальное тело, объемы поперечного разреза которого малы по сравнению с его длиной.
Осевое направление – геометрическое положение центров тяжести продольных сечений. Различают два вида долевой линии: ненагруженный и нагруженный стержень. Данный параметр считается нерастяжимым.
Отличительная характеристика гибких стержневых частей – векторная линия нагруженного элемента значительно отличается от осевой позиции естественного состояния, но искажения остаются в рамках действия закона Гука.
То есть уравнение будет физически линейным, но с геометрической точки зрения - нелинейным.
Геометрическая особенность приводит в итоге к тому, что принцип суперпозиции перестает быть справедливым, а теория неизменности начальных показателей (движения, появляющиеся при деформации) становится основной.
Поперечные разрезы в строительной механике машин до деформации остаются перпендикулярными и плоскими по отношению к осевой линии. Для рассмотрения условий стабильного равновесия гибкого стержневого клапана понадобится использовать сразу две системы координат: неподвижный комплекс величин координат $x_1, x_2, x_3$ с базисом $i_1, i_2, i_3$, а также подвижная концепция координат $x_1, x_2, x_3$, которая тесно связана с осевой позицией стержня с основами $е_1, е_2, е_3$.
Вектор движения может быть представлен посредством базисных компонентов:
$u = u_1 e_1 + u_2 e_2 + u_3 t_3$
- $е$ – криволинейный параметр сечения (размер дуги векторной линии, отсчитываемая от начала неподвижности элементов)
- $u$ – ось перемещения сечения;
Особенности строительной механики корабля
Строительная механика корабля – это научная отрасль, исследующая способы расчёта устойчивости и упругости корпусных конструкций любого судна.
Данная дисциплина рассматривает влияние внешних сил на приборы, изучает возможные деформации и перепады напряжения, которые возникают в них под воздействием заданной концепции сил.
Строительная механика кораблей базируется на принципах теоретической механики, гипотезе пластичности, теории упругости сопротивления твердых материалов.
Таким образом, сфера использования указанного научного направления достаточно широкая, так как между процедурой проведением расчета различных сооружений и конструкций на жесткость и стабильность нет особой разницы.
Вычисление на прочность должно гарантировать способность судна сопротивляться разрушительным внешним воздействиям, оставаясь неповрежденными. Расчёт на жёсткость конструкций позволяет оснащать корабли вибрацией, которая необходима для нормальной эксплуатации объекта.
Проведение расчетов на устойчивость помогает инженерам определить возможность сооружения сохранять начальную форму при любых состояниях.
Например, судна могут иметь небольшие деформации, но при этом обязаны сохранять собственное вертикальное положение. В каждом нормальном разрезе стержневой системы поле электрических напряжений можно привести к трем основным силовым факторам (внутренним параметрам) – искривленному моменту $M$, продольному (перерезывающему) вектору $Q$ и поперечной силе $N$.
Таким образом, возможно определить перемещение каждого элемента, так и всего сооружения. Зная $M, Q и N$ во всех сечениях расчетного модуля кораблей, еще невозможно ответить на вопрос об устойчивости конструкций. Решить данную задачу можно только “добравшись” до принципов применения напряжений. Эпюры внутренних сил помогают указать на самые слабые места в сооружении, и, применяя известные из курса движения твердых материалов уравнения, найти необходимые коэффициенты.
Например, в сильно изогнутых в одной среде стержневых компонентов максимально допустимые напряжения в крайних системах определяются по следующей формуле:
$\sigma = \frac {N}{A} + \frac {M}{W}$, где:
- $W$ – момент сопротивления стержневого разреза,
- $A$– общая площадь сечения,
- $M$ – изгибающий период,
- $N$ – поперечная сила.
Используя определенную гипотезу прочности, сопоставляя полученные данные с допускаемыми расчетными показателями можно ответить на вопрос, способна ли конструкция выдержать требуемую ли конструкция нагрузку?
Судно способно принимать нагрузку только в том случае, если оно на постоянной основе сохраняет начальную форму. Деформируемые системы не могут сбалансировать внешние силы и внутреннюю энергию, которые зачастую приходят в движение, изменяются и становятся неконтролируемыми. Такие концепции нельзя применять в качестве основных сооружений.
Чтобы определить неизменяемость конструкций, нужно систематически проводить кинематический анализ, посредством которого реально установить стабильность той или иной системы к дополнительным нагрузкам. Кинематический разбор судна помогает также выяснить, какое значение играют отдельные части в работе приборов и механизмов.
Векторные уравнения баланса стержневых конструкций на кораблях
Чтобы понять суть векторных формул необходимо рассмотреть элемент стержня длиной $ds$, который является неподвижным. Действующие на него внутренние силы:$Q = Q_1 e_1 + Q_2 E_2 + Q_3 e_3$ - ось внутренних усилий, где $Q_1$ - векторная линия, $Q_2$ и $Q_3$ - перерезывающие моменты. Направления продольных линий, определяемых единичными осями, полностью совпадают с движениями основных осей сечения стержня. Компоненты системы находятся в равновесии; следовательно, совокупность всех сил и сумма основных моментов приравниваются к нулю, что дает такую векторную формулу:
$dQ = qdS = 0$
$dM + d se_1 Q + \mu ds = 0$
Здесь период силы определен посредством осевого произведение первого вектора силы $Q$ на радиус-точки дополнительного элемента. В векторной схеме записи все уравнения будут инвариантны по отношению к любой концепции координат. Для перехода от формул к уравнениям, записанным учетом показателей векторов в конкретном базисе, нужно представить коэффициенты в виде разложения по осям данной системы.
