Прикладная механика что это такое


Специальность "Прикладная механика" (бакалавриат)

Наиболее распространенные экзамены при поступлении:

  • Русский язык
  • Математика (профильный) - профильный предмет, по выбору вуза
  • Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) - по выбору вуза
  • Физика - по выбору вуза
  • Химия - по выбору вуза
  • Иностранный язык - по выбору вуза

Прикладная механика – научная область, занимающаяся изучением устройств и принципов механизмов. Данное направление играет большую роль в разработке и создании инновационной техники и оборудования. Любое устройство проектируется на основании тщательных расчетов и методов, которые обязаны отвечать всем принятым стандартам. Исправность работы техники и ее долговечность зависит от правильно рассчитанной конструкции, что требует глубоких технических знаний. Эта область актуальна в любое время, поскольку прогресс не стоит на месте, предприятия проектируют новые приборы и оборудование, создание которых невозможно без четких расчетов. Именно поэтому сегодня некоторые абитуриенты с математическим складом ума стремятся поступить на специальность 15.03.03 «Прикладная механика»: ведь найти персонал с качественными знаниями довольно сложно, что создает высокий спрос на профессию.

Условия поступления

Каждое учебное заведение предъявляет свои требования для поступающих, поэтому всю информацию стоит уточнять заранее. Свяжитесь с деканатом выбранного вами вуза и узнайте, какие именно предметы вам понадобится сдавать для поступления.

Тем не менее, профильной дисциплиной была и остается математика профильного уровня. Среди остальных же предметов вам могут встретиться:

  • русский язык,
  • физика,
  • химия,
  • иностранный язык,
  • информатика и ИКТ.

Будущая профессия

В ходе своего обучения студенты направления изучают теорию прикладной механики и осваивают навыки расчетно-экспериментальных работ. Программа предусматривает решение задач по динамике, анализ и расчет таких параметров оборудования, как прочность и устойчивость, надежность и безопасность. Кроме того студенты учатся применять информационные технологии и приобретают знания в области компьютерной математики и компьютерного инжиниринга.

Куда поступать

Сегодня ведущие вузы Москвы предлагают абитуриентам освоить специальность «Прикладная механика», предоставляя им все необходимое техническое оснащение для получения качественных знаний. Наибольшее доверие вызывают такие учебные заведения, как:

  • Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;
  • Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ);
  • МАТИ – Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского;
  • Московский государственный машиностроительный университет;
  • Национальный исследовательский университет «МЭИ».

Срок обучения

Продолжительность образовательной программы в бакалавриате на очной форме обучения составляет 4 года, на заочной – 5 лет.

Дисциплины, входящие в курс обучения

В процессе обучения студенты осваивают такие дисциплины, как:

  • аналитическая динамика и теория колебаний,
  • детали машин и основы конструирования,
  • инженерная и компьютерная графика,
  • материаловедение,
  • механика жидкости и газа,
  • основы автоматизированного проектирования,
  • сопротивление материалов,
  • теоретическая механика,
  • теория упругости.

Приобретаемые навыки

В результате прохождения курса учебной программы выпускники приобретают следующие умения:

  1. Коллективное осуществление расчетов в сфере прикладной механики.
  2. Подготовка и оформление описаний, докладов и презентаций по производимым расчетам.
  3. Проектирование новой техники с учетом методов и расчетов, обеспечивающих прочность, надежность и долговечность машин.
  4. Разработка машинных деталей и узлов с помощью специального программного обеспечения для проектирования.
  5. Оформление технических документов на разрабатываемую продукцию.
  6. Проведение экспериментальных работ над создаваемыми продуктами.
  7. Рационализация технологических процессов.
  8. Внедрение инновационных объектов прикладной механики в современный экономический сектор.
  9. Осуществление контроля за безопасностью изготавливаемых объектов.
  10. Составление плана работы для подразделений и разработка эффективного графика для отдельных специалистов.

Перспективы трудоустройства по профессии

Кем можно работать по окончании университета? Выпускники данного направления могут занимать разнообразные должности, среди которых:

  • инженер,
  • триботехник,
  • специалист по компьютерной биомеханике,
  • инженер-конструктор,
  • специалист по прикладной механике,
  • инженер-механик,
  • специалист по компьютерному инжинирингу,
  • инженер-разработчик.

Специалисты данного профиля часто задействованы в строительной, автомобильной, авиационной и железнодорожной областях. В зависимости от опыта и заслуг, а также от места работы они получают в среднем от 30 000 до 100 000 рублей. Некоторые крупные компании с мировым именем готовы платить и большие суммы, но чтобы получить в них должность, необходимо наработать стаж и отличиться в своей профессиональной деятельности.

Преимущества поступления в магистратуру

Некоторые выпускники, получив степень бакалавра, не останавливаются на достигнутом и продолжают свое образование в магистратуре. Здесь у них появляется ряд дополнительных возможностей:

  1. Приобретение навыков в исследовании теоретических и экспериментальных проблем, связанных с разработкой современного оборудования.
  2. Изучение усложненных систем компьютерного проектирования.
  3. Возможность получить степень международного образца, которая позволит работать в иностранных компаниях.
  4. Освоение одного иностранного языка.
  5. Шанс занять ведущую позицию на крупном предприятии.

edunews.ru

Курс лекции по дисциплине «Прикладная механика»

Для специальности «Оптотехника»

Автор: к.т.н., доцент Осипов В.И.

Введение

Прикладная механика является одной из старейших отраслей наук, возникновение и развитие которой обусловлено потребностями практики.

Широко известно, что еще в древности, например при постройке египетских пирамид и других сооружений, люди применяли простейшие механизмы и механические устройства: рычаги, блоки, наклонные плоскости и т.д. Однако наиболее бурное развитие прикладной механики следует отнести к более позднему времени, когда в результате накопления опыта стали возможны некоторые обобщения и определенное формирование методов этой науки.

Курс прикладной механики объединяет многие дисциплины: теоретическую механику, сопротивление материалов, теорию механизмов и машин, детали машин и приборов, основы конструирования и др.

Научными основами прикладной механики являются математика и теоретическая механика. Существенное значение для проектирования деталей машин и приборов имеет курс сопротивления материалов, технологии конструкционных материалов, сварки и д.р.

Теория механизмов и машин представляет собой один из важных разделов прикладной механики, в котором изложены методы исследования и построения механизмов и машин. Под исследованием механизмов и машин понимают изучение движения звеньев машин и их точек. Построение, или синтез механизмов представляет собой разработку рациональных методов определения параметров механизмов машин и приборов по заданным функциям их движения.

Часть курса, посвященная деталям машин, представляет собой раздел прикладной механики, в котором изложены методы расчета и рационального конструирования деталей и сборочных единиц (узлов) общего применения, т.е. присущих любой машине, независимо от ее назначения.

Таким образом, курс прикладной механики составляет теоретическую основу современного машиностроения.

В зависимости от инженерной специальности объем курса прикладной механики варьируется в достаточно больших пределах. Кроме того, как правило, многие дисциплины курса, такие как теоретическая механика, сопротивление материалов, технология конструкционных материалов, теория сварки и т.д. читаются студентам отдельно на разных стадиях обучения.

В данном курсе основное внимание будет уделено теории механизмов, деталям приборов и основам проектирования.

Тема №1 Основы классификации механизмов. Основные понятия и определения.

Курс изучает общие свойства, характеристик для механизмов и машин, методы исследования и проектирования на схемном уровне. При этом имеют место две основные задачи: задачи синтеза и задачи анализа машин

Это можно представить так:

Говоря о машине как таковой, мы представляем её в виде структурной схемы, т.е. изображение без масштаба, отражающую лишь структуру механизма. Если схема дается в масштабе то имеет место кинематическая схема (она позволяет определить кинематические параметры машины)

Дадим определение термина “Машина”, и введем основные понятия:

Машина состоит: из одного или нескольких машинных агрегатов

Машинный агрегат:

Механизмом называется система тел, предназначенная для преобразования движения одного или нескольких тел в требуемые движения других тел. Бывают пространственные и плоские механизмы

Звено – деталь или несколько деталей механизма, движущихся как одно целое

Механизмы классифицируются по виду звеньев:

  • С твердыми телами

  • С упругими звеньями (пружины, торсионы и т.д.)

  • Винтовые

  • Храповые

  • Гидромеханизмы

  • Пневмомеханизмы

И т.д.

Кинематическая пара – подвижное соединение двух звеньев взаимоограничивающее их движение.(одно из звеньев может быть неподвижным – стойка)

Кинематические пары классифицируются :

1.По виду контакта : на низшие и высшие

а) У высших контакт по (.) или по линии.

б) У низших контакт по поверхности.

(Достоинство а): различные законы движения, недостаток - велики удельные нагрузки)

2.По степеням свободы: (По числу ограничений накладываемых на относительное движение звеньев)

а).I Класс – шар на плоскости

5 ст. свободы (высшая кинемат. Пара)

- изобр. по ГОСТ

б). II Класс

4 ст. свободы

- изобр. по ГОСТ

в).III Класс – сферический шарнир

3 ст. свободы

- изобр. по ГОСТ

г). IV Класс – 2 ст. свободы

Внешняя плоская пара

- изобр. по ГОСТ

д). V Класс – 1 ст. свободы

- изобр. по ГОСТ

Кинематическая цепь : Кинематические пары между собой связываются; поэтому связанная совокупность звеньев, образующих кинематические пары называется

кинематической цепью.

Классифицируются кинематические цепи:

  1. Пространственные и плоские

  2. Простые и сложные (простая , когда звено входит не более чем в две кинематические пары)

  3. Замкнутые и разомкнутые

Примеры:

Пространственная, простая разомкнутая

Плоская, сплошная замкнутая

Подавляющее большинство механизмов состоит из замкнутых кинематических цепей.

Структурная формула кинематической цепи:

Она отвечает на вопрос : сколько степеней свободы имеет данная кинематическая цепь? Какова ее подвижность?

Рассмотрим любую кинематическую цепь из k-звеньев. Кинематические пары цепи обозначим P1 – кп 1 кл; P2 – кп 2 кл; …. P5 – кп 5 класса.

Без учета кинематических пар, k звеньев имеют 6-k степеней свободы

Тогда:

- Общее количество ограничений кинем. цепей

Подвижность цепи: (1) – общая структурная формула пространственной кинемат. цепи

Если одно звено неподвижно, то (2) , где n – число подвижных звеньев

Для плоской цепи:

- Формула Чебышева

Из вышесказанного можно дать структурное определение механизма: Механизмом называется замкнутая кинематическая цепь с одним неподвижным звеном в которой при заданном законе движения одного или нескольких звеньев, называемых ведущими, все остальные звенья (ведомые) имеют вполне определенное движение

В механизме могут быть избыточные связи называемые пассивными:

Структурный анализ механизма включает в себя:

1. Определение структуры механизма

2. Количества подвижных звеньев

3. Количества кинематических пар и класс кинематических пар

4. Определение подвижности механизма

5. Определение количества ведущих звеньев

Тема №2 Рычажные механизмы.

Отличительные особенности – в их состав входят только низшие кинематические пары. Для пространственных рычажных механизмов пары 5 кл. (вращат. и поступат.)

4 кл. (цилиндрические ) 3 кл. – сферические механизмы. Для плоских механизмов – только пары 5го класса

Достоинства: 1. Высокая нагрузочная способность (винтовые пары по поверхности)

2. Относительная простота и дешевизна

Недостатки: 1. Небогатый выбор движений на выходе (возвратно-поступательное или вращательное)

2. Сложность метрического синтеза, т.е. расчета размеров механизма при котором достигается требуемый закон движения на выходе.

О классификации рычажных механизмов

В основу классификации положен структурный признак. Любой рычажный механизм состоит из 3-х видов элементов.

1. Одного (весьма редко нескольких) исходного механизма (подвижность его ω = 1)

2. Любого числа наиболее простых кинематических цепей с нулевой подвижностью (ω = 0). Такая цепь называется группой Ассура.

3. Любого числа пассивных звеньев (элемент необязательный и может отсутствовать).

Исходный механизм может быть только двух видов:

Исходных механизм I класса. I-го порядка, в каждом сложном механизме.

Классификация структурных групп

Структурная группа – это простейшая кинематическая цепь обладающая нулевой подвижностью.

Структурная формула группы Асура:

(1)

Для плоских механизмов могут быть только пара 5-го класса (частный случай 1 P4 в 2 P5)

Из (1) следует

- число подвижных звеньев, входящих в группу (только четное , т.е. n = 2, 4, 6, 8

Также следует, что - число кинематических пар 5го класса – кратно трем (3, 6, 9, 12)

Отсюда следуют:

Признаки группы Ассура:

  1. В группе Ассура должно быть четное число звеньев;

  2. Они входят или могут входить в число кинематических пар, кратное 3-м; 3;6;9;12

  3. Группу Ассура нельзя мысленно разбить на более простые цепи с W = 0

  4. Если группу Ассура со свободными элементами пар присоединить к одному и тому же звену (стойке) то получится жесткая ферма.

Все группы Асура делятся на 3 класса (2,3,4)

(1 кл. отдан исходному механизму)

I Группы 2-го класса(диады)

n=2 , P5 = 3- все эти группы являются 2-х поводковыми, т.е. 2-й порядок.

Поводок – звено имеющее свободный элемент кинематической пары

Имеется 5 видов диад: (идет замена вращательной пары поступательными)

1 вид

В – В – В

(В - вращательная пара)

2 вид

В – В – П

(П – поступательная пара)

3 вид

В – П – В

4 вид

В – П – П

5 вид

П – В – П

6 вида не существует, т.к. он является исключением (П-П-П) после присоединения к стойке не образует ферму, а преобразуется в клиновой механизм

=

II Группы 3-го класса (триада – трехповодковая группа)

Характеристический признак : наличие хотя бы одной сложной цепи.

ω = 0

ω = 1

3-й класс

3-й порядок

N = 4

P5 = 6

Любая вращательная пара может быть заменена на поступательную , кроме одной (одну надо оставить)

III Группы 4-го класса

Характеристический признак: наличие замкнутого контура звеньев.

4-й класс

2-й порядок

n=4

Структурный анализ рычажного механизма

1. Определить подвижность и выделить исходный (главный) механизм

2. Мысленно отделить остающуюся цепь от исходного механизма и разбить на гр. Ассура.

3. Определить класс и порядок каждой группы.

4. Всему механизму присвоить класс и порядок старшей группы.

Синтез осуществляется путем присоединения к исходным механизмам любого числа структурных групп

О кинематическом анализе (синтезе) рычажных механизмов

Задача : определение кинематических параметров механизма (угловых или линейных перемещений , скоростей, ускорений звеньев или отдельных точек)

Замечание: Чем выше класс и порядок механизма тем сложнее его кинематический анализ

Методы:

  1. Экспериментальные: дают наиболее достоверные результаты.

Недостатки: требуется лабораторное оборудование (измерительное, регистрирующая аппаратура, образец механизма).

  1. Графические : планы механизмов, скоростей, ускорений; графическое интегрирование, дифференциальное и т.д.

Достоинство: простота, наглядность

Недостатки: необходимость выполнения построений графически, с применением чертежных инструментов в масштабе, иногда невысокая точность.

  1. Аналитические: не требуют графических построений, обеспечивают сколь угодно точный результат.

Недостатки: громоздкость расчетов.

Тема №3 План скоростей и ускорений.

Дано : ω1 = 0

Размеры всех звеньев

Определить : Кинематические параметры

  1. План скоростей – геометрическое построение, представляющее совокупность векторов, отображающих скорость любой точки механизма (последовательно определяем линейную скорость и w любой точки и звена механизма)

Как строить план скоростей?

(1)

┴BO2 ┴DA ┴AB

(2)

┴BO2 0 ┴ BO2

∆ - изв. величина

↑ - изв. направление

Pv – полюс плана

(Кv) – масштабный коэффициент плана скоростей

(3)

Вертик. ┴O2C ┴ DC

Правила:

  1. План скоростей звена является геометрическим местом концов векторов скоростей всех точек данного звена.

  2. План скоростей звена подобен звену и повернут по отношению к этому звену на 90 градусов

Зная линейные скорости любых точек определяем угловые скорости любого звена:

; ;;Направление вращения звена, т.е. знак ω2 , ω3, ω4 определяется просто

План ускорений

При ω1 = const:

, т.к. но

Решение: векторный замкнутый многоугольник

(4)

(5)

Здесь: ;

Масштабный коэффициент

PA – полюс плана ускорений

Угловое ускорение из 1-го многоугольника

,

(6)

знаем направление

Метод позволяет определить угловое ускорение звена

Аналитические методы

Механизм представляется в виде одного или нескольких замкнутых векторных контуров (это можно сделать т.к. звено, аналогично вектору, имеет величину и направление)

Метод удобен когда необходимо определить угловые параметры: угловое ускорение, скорость, узловые перемещения звена

Дано: l1, l2, l3,l4

ω1 = const; φ1

Найти: φ2 φ3 ω2 ω3 ξ2 ξ3

(1)

Проецируем на оси координат:

На ось х: (2)

На ось у: (3) решая их, найдемφ2 и φ3

Продиффиринцируем систему помня, что ; ;

(4)

(5) найдем ω2 и ω3

Дифференцируем 2-й раз, учитывая, что (т. к. ω1 = const)

;

(6)

(7) найдем ξ2 и ξ3

  1. Метод преобразования координат (повернутых координат)

Пригоден для определения линейных кинематических параметров характерных точек ( в него входит метод векторных контуров; угловые параметры φi ωi ξi известны )

Суть метода : с каждым звеном механизма (включая стойку) связывается (жестко) своя система координат движущаяся вместе со звеном

Обозначим координаты точки S , X22 и Y22 - const (конструктивные параметры) φ2 известно из метода векторных контуров.

Связь между системами координат:

Обозначим и -(именно они определяют положение точекS2 на плоскости)

Тогда связь между координатами:

Запишем в матричной форме

(8)

Дифференцируем (8) два раза последовательно по времени, получим:

(9)

(10)

(8); (9); (10) позволяют последовательно определить все величины ;;;;; и далее определить кинематические параметры следующего звена. Работает только с методом векторного контура, т.к. необходимы угловые параметры.

Два последних метода удобны для расчетов на ЭВМ, для расчета «в ручную» они не удобны. Можно перебирать множество вариантов чтобы получить механизм удовлетворяющий выдвигаемым требованиям.

О синтезе рычажных механизмов (замечание)

Дано: структурная схема механизма, его функция положения или её производная

Найти : размеры звеньев механизма, при котором эта функция обеспечивается

Решение:

  1. Выполняется элементарно

  2. Может быть выполнено очень приближенно

  3. Решение невозможно вообще

  1. Условие существования кривошипа

В состав многих механизмов входит шарнирный 4-х звенник. (возникает вопрос – когда он может совершить полный оборот?)

Дано:

AB = a; a

studfiles.net

Специальность «Прикладная механика»

В процессе учебы студенты знакомятся с физическими принципами построения различных систем техники и математическими методами расчетов, видами материалов, их свойствами. Кроме того, особое внимание уделено основам автоматизированного проектирования, применению компьютерных технологий проектирования в различных системах (двух- и трехмерными AUTOCAD, MSC/NASTRAN), компьютерному конструированию и дизайну.

бакалавриат

Facebook

Вконтакте

Google+

Одноклассники

Twitter

Профили обучения: Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры; Проектирование конструкций и систем радиотехнических информационных комплексов Формы обучения:очная, очно-заочная, заочная Экзамены:математика (профильный), русский язык, физика / информатика и ИКТ / химия (на выбор вуза), иностранный язык (на усмотрение вуза) Независимо от профиля обучения, вузовские учебные программы адаптируют студентов практически к любой сфере инженерной деятельности, где важно уметь производить расчеты аппаратуры на те или иные качественные стандарты (прочность, жесткость и др.), активно используя возможности современных технологий. Инженеры могут разрабатывать аналитические и численные расчетные методы, проводить исследования динамики и устойчивости техники во время ее эксплуатации в различных условиях, т.е. осуществлять опытно-конструкторские работы. Инженеры данного направления востребованы в строительстве, автомобильной, железнодорожной и авиационной промышленности.

www.ucheba.ru

Прикладная механика

Прогресс в химической технологии невозможно представить без развития машиностроения, которое основывается на законах прикладной механики. Математические модели и законы механики предоставляют возможность комплексно оценивать вероятность эксплуатируемого и проектируемого оборудования определенного химического производства, будь то изготовление полимерных или силикатных материалов, различных порохов или устройств квантовой электроники.

Определение 1

Прикладная механика – научное направление, которое занимается исследованием и описанием всех механических устройств и принципов работы оборудований.

Данная научная сфера играет весомую роль в создании и разработке уникальной инновационной техники и разнообразных технических новинок.

В настоящее время ученые различают такие разделы прикладной механики:

  • первый – предполагает рассмотрение общих характеристик теории механизмов;
  • второй- посвящается основам общего сопротивления материалов —прочность и динамика инженерных конструкций;
  • третий – изучает вопросы профессионального проектирования самых распространенных механизмов;
  • четвертый – исследует и создает детали.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Любое современное устройство проектируется на базе детализированных расчетов и способов, отвечающие абсолютно всем принятым стандартам. Исправность работы всех механизмов техники, а также их долговечность в эксплуатации непосредственно зависит от грамотно рассчитанной конструкции, что требует глубоких знаний в технической среде. Эта область невероятно актуальна в наше время, поскольку прогресс инноваций не стоит на месте, а предприятия с каждым новым днем проектируют уникальные приборы и оборудование, создание которых невозможно без четких расчетов.

Основные модели прикладной механики

Формы в моделях прикладной механики заключаются в надежности и представлены в таких видах:

  • стержни;
  • металлические пластины;
  • оболочки;
  • пространственные тела.

Модели стабильного нагружения включают в себя схематизацию всех внешних нагрузок по характеру распределения и погружения, а также воздействие окружающих полей и их плотность.

После определения выбора моделей указанной формы и материала необходимо перейти к тщательной оценке надежности посредством методов разрушения. Данные критерии выступают в роли уравнения, связывающие главные параметры работоспособности определенной конструкции в момент полного разрушения с показателями, демонстрирующими прочность.

Эти уравнения исследователи называют условиями прочности, которые зачастую рассматриваются в виде таких моделей разрушения:

  • статические;
  • длительно статические;
  • усталостные;
  • малоцикловые.

Исследование и изучение прикладной механики просто невозможно без определенных знаний основ теоретических гипотез. Поэтому свой ресурс знаний необходимо постоянно пополнять и совершенствовать.

Задача статики в прикладной механике

Теоретическая механика состоит из 3 основных разделов: кинематики, статики и динамики. Статика предполагает учение о силах и рассматривает общие характеристики элементов и законы их сложения, а также определяет наиболее подходящие условия равновесия конкретных систем сил.

Замечание 1

Основными целями этого раздела в прикладной механике является приведении концепции сил к простейшему виду, осуществление равновесии системы интенсивности и определение условия, при котором эта методология будет уравновешенной.

Кинематика подразумевает учение о постоянном движении материальных тел, которые дополняют друг друга независимо от их геометрической стороны и физических причин, вызывающих изменение амплитуды действия.

Определение 2

Динамика - это учение о массовом движении материальных тел под воздействием приложенных неменяющихся сил.

В целом, теоретическая и прикладная механика по своему строению напоминает геометрию, так как при изучении этих научных направлений всегда используются определения, аксиомы и теоремы.

Одной из центральных задач статики является определение важных условий, при которых выбранная система сил будет работать на постоянной основе. Силовой многоугольник в данной концепции выполняет функцию построения колец слагаемой силы, которая совпадает с началом первой системы сходящихся элементов. В этом случае система сходящейся мощности будет всегда находится в состоянии равновесия.

Следовательно, геометрическое условие равновесия системы сходящихся сил заключается в обязательном закрытии ее силового многоугольника. Очень часто направление и величину равнодействующей концепции удобнее определять только с аналитической точки зрения. Для полноценной работы указанной системы необходима пара сил, которая представляет собой взаимодействие двух противоположных сил, которые обладают не совпадающими между собой линиями действия.

Пара сил не может влиять на сдвигающей потенциал твердого тела. Оказываемое парой воздействие невозможно заменить действием только одной силы. Следовательно, данный критерий не имеет равнодействующей и постоянной силы. Для равновесия концепции сил, произвольно движущихся в плоскости, необходимо наличие основного вектора, благодаря которому любой центр системы будет равняться нулю.

Схематизация свойств материалов

Рисунок 1. Структурный анализ и синтез механизмов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для решения вопроса о прочности определенной конструкции обязательно следует выбрать ее расчетную схему. Деление элементов на пластины, стержни и оболочки фактически является систематизацией формы всех материалов. В этой области также используется систематизация свойств элементов, где главным критерием считается упругость материалов в определенном диапазоне температур и нагрузок.

Идеально прочные тела автоматически возвращаются в исходное положение после тестирования. При больших нагрузках определенные материалы обнаруживают свойство некой пластичности, которое выражается в появлении дополнительных деформаций после устранения силовой нагрузки.

Замечание 2

Принцип совместимости деформаций заключается в следующем: под влиянием нагрузок любое физическое тело начинает деформироваться таким образом, что правая и левая части по поверхности выбранного раздела полностью взаимодополняют друг друга по относительным параметрам.

При решении плановых задач на конструкцию может влиять ряд других факторов, поэтому для более точного определения конечного результата стоит применить принцип независимости или суперпозиции действия элементов, то есть итог действия концепции сил равен только сумме действия конкретных методик, находящихся в системе.

К внутренним силам инженеры относят виды взаимодействия между определенными частями исследуемого объекта. В расчетной практике интенсивность силы обычно принято называть нагрузками. Действующие факторы делятся на сосредоточенные и распределенные. Статическими препятствиями считают медленно изменяющиеся во времени нагрузки, которые обычно выступают в роли постоянных элементов. Динамическими называют нагрузки, быстро меняющиеся и движущиеся во времени.

Внешние усилия определяют способом сечений, состоящий в следующем: если физическое тело находится в полном равновесии, то его части автоматически будут уравновешиваться относительно предполагаемой поверхности раздела.

В отличие от теоретической механики прикладная рассматривает задачи, где наиболее важными являются сами свойства деформируемых тел, а законы их основного движения, как комплексной системы, считаются попросту несущественными и отступают на второй план.

Сопротивление исследуемых материалов обладает целью разработать практически приемлемые обычные приемы расчета типичных и наиболее часто встречающихся элементов определенной конструкций. Надобность довести решение поставленной практической задачи до некоторого количественного результата заставляет в большинстве случаев прибегать к упрощенным методам- теорем, которые оправдываются посредством сопоставления в дальнейшем расчетных сведений с экспериментом.

spravochnick.ru

Основные понятия и определения. по курсу «Прикладная механика»

Конспект лекций

по курсу «Прикладная механика»

I раздел. Теоретическая механика

Тема 1. Введение. Основные понятия

Основные понятия и определения

Механикой называют область науки, цель которой – изучение движения и напряженного состояния элементов машин, строительных конструкций, сплошных сред и т.п. под действием приложенных сил.

В теоретической механике устанавливаются общие закономерности изучаемых объектов вне связи с их конкретными приложениями. Теоретическая механика – это наука о наиболее общих законах движения и равновесия материальных тел. Движение, понимаемое в самом широком смысле этого слова, охватывает собой все происходящие в мире явления – перемещение тел в пространстве, тепловые и химические процессы, сознание и мышление. Теоретическая механика изучает простейшую форму движения – механическое движение. Т.к. состояние равновесия есть частный случай механического движения, то в задачу теоретической механики входит также изучение равновесия материальных тел. Теоретическая механика является научной основой целого ряда инженерных дисциплин – сопротивления материалов, теории механизмов и машин, статики и динамики сооружений, строительной механики, деталей машин и др.

Теоретическая механика состоит из 3 разделов – статики, кинематики и динамики.

Статика есть учение о силах. Статика рассматривает общие свойства сил и законы их сложения, а также условия равновесия различных систем сил. 2 основные задачи статики: 1) задача о приведении системы сил к простейшему виду; 2) задача о равновесии системы сил, т.е. определяются условия, при которых данная система будет уравновешенной.

Кинематика есть учение о движении материальных тел с геометрической стороны независимо от физических причин, вызывающих движение.

Динамика есть учение о движении материальных тел под действием приложенных сил.

По своему построению теоретическая механика напоминает геометрию – в ее основе лежат определения, аксиомы и теоремы.

Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях задачи можно пренебречь. Абсолютно твердым телом называется такое тело. В котором расстояние между любыми его точками остается постоянным. Другими словами, абсолютно твердое тело сохраняет неизменной свою геометрическую форму (не деформируется). Твердое тело называется свободным, если его можно переместить из данного положения в любое другое. Твердое тело называется несвободным, если его перемещению препятствую другие тела.

Силой называют действие одного тела на другое, выражающееся в виде давления, притяжения или отталкивания. Сила – это мера механического взаимодействия тел, определяющая интенсивность этого взаимодействия. Сила – векторная величина. Она характеризуется точкой приложения, линией действия, направлением вдоль линии действия и своей величиной или численным значением (модулем).

Для силы имеем (рисунок 1.1): А – точка приложения, ab – линия действия; направление силы вдоль этой линии от А к В (указывается стрелкой), – величина (модуль) силы.

Силы изображаются буквами и т.д. с черточками сверху. Величины этих сил изображаются теми же буквами, но уже без черточек – F, P, Q и т.д. Размерность: .

Совокупность сил, приложенных к телу, называется системой сил. Система сил может быть плоской и пространственной. Система сил является сходящейся, если линии действия всех сил пересекаются в одной точке (рисунок 1.2).

Две системы сил называются эквивалентными, если они оказывают на все точки тела одно и то же действие.

Если под действием системы сил твердое тело остается в покое, то такое состояние тела называется состоянием равновесия, а приложенная система сил называется уравновешенной. Уравновешенная система сил называется еще статически эквивалентной нулю.

Сила, эквивалентная данной системе сил, называется равнодействующей силой.

Силы, действующие на тело со стороны других тел, называются внешними силами. Силы взаимодействия между частицами тела называются внутренними силами.

Сила, приложенная к телу в какой-нибудь одной точке, называется сосредоточенной силой. Силы, действующие на все точки данного объема, поверхности или линии, называются распределенными силами.

Уравновешивающая сила – это сила, равная по величине равнодействующей, но направленная в противоположную сторону (рисунок 1.3).

1.2. Аксиомы статики

В основе статики лежат несколько аксиом или положений, подтвержденных опытом и поэтому принимаемых без доказательства.

Аксиома 1. О равновесии двух сил, приложенных к твердому телу.

Для равновесия двух сил, приложенных к твердому телу, необходимо и достаточно, чтобы эти силы были противоположны и имели общую линию действия (рисунок 1.4)

.

Действие уравновешенной системы сил на покоящееся твердое тело не изменяет покоя этого тела.

Аксиома 2. О присоединении или отбрасывании уравновешенной системы сил.

Не изменяя действия данной системы сил, можно прибавить к этой системе или отнять от нее любую уравновешенную систему сил (рисунок 1.5).

Аксиома 3. Закон параллелограмма.

Величина равнодействующей силы и ее направление определяется соответственно по теореме косинусов, т.е. равнодействующая двух сил, выходящих из одной точки, выходит из этой же точки и равна диагонали параллелограмма, построенного на данных векторах (рисунок 1.6)

­– аналитическое решение,

Геометрическое решение:

,

где – масштабный коэффициент, Н/мм.

Аксиома 4. О равенстве сил действия и противодействия.

Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равнопротивоположные и имеют общую линию действия (рисунок 1.7.)

.

Силы действия и противодействия не образуют уравновешенной системы сил, т.к. они приложены к различным телам.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 2

1) Связь, осуществляемая посредством гладкой поверхности или плоскости (рисунок 1.8)

Тело опирается на гладкую поверхность в точке А. Реакция поверхности приложена к телу в точке А и направлена по нормали к этой поверхности. Поэтому сила называется нормальной реакцией.

2) Связь, осуществляемая посредством гибких тел (веревки, тросов, канатов, нитей и т.д.) (рисунок 1.9)

Тело подвешено на двух веревках. Реакции и называются натяжением веревок. Они приложены к точкам крепления веревок и направлены вдоль них. Т.к. веревки работают только на растяжение, то можно сразу узнать направление реакций.

3) Связь, осуществляемая посредством невесомого стержня с шарнирами на концах (рисунок 1.10)

В точке В тело соединено шарнирно с невесомым стержнем АВ. Реакция стержня направлена вдоль его оси.

4) Шарнирно-неподвижная опора (рисунок 1.11)

Реакция проходит через центр шарнира и имеет 2 составляющие: горизонтальную и вертикальную .

5) Шарнирно-подвижная опора (рисунок 1.11)

Реакция проходит через центр шарнира перпендикулярно опорной поверхности.

6) Жесткая заделка (рисунок 1.12)

Балка АВ одним своим концом заделана в стену, другой ее конец, к примеру, служит опорой для какой-либо конструкции. В случае нагружения балки в заделке возникают реакции, состоящие из горизонтальной силы , вертикальной силы и момента МА. Направление этих реакций неизвестно и определяется при решении задачи. Момент на рисунке обозначается круговой стрелкой.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 3

2.1. Система сходящихся сил и ее равнодействующая сила

Система сил, линии действия которых пересекаются в одной точке, называется системой сходящихся сил. Точка, в которой пересекаются линии действия всех сил, называется точкой схода (рисунок 2.1).

Следствие из 2-й аксиомы статики: силу, действующую на тело, можно перенести в любую точку вдоль линии действия, но в пределах тела (рисунок 2.2).

Для переноса сила в точку А достаточно приложить в этой точке пару сил, равных по величине и противоположно направленных: и :

.

Система сил и является уравновешенной и эквивалентна нулю, т.е. ее можно отбросить.

Пусть к твердому телу приложена система сходящихся сил (рисунок 2.3). Перенесем все силы по линии их действия в точку схода О и сложим их по правилу сложения векторов (рисунок 2.4). В результате сложения получим равнодействующую силу , линия действия которой проходит через точку схода О:

.

Промежуточные векторы можно не строить, а последовательно отложить силы одну за другой и начало первой соединить с концом последней (рисунок 2.5). Полученная фигура называется силовым многоугольником. Необходимо обратить внимание, что стрелка равнодействующей всегда направлена навстречу обхода многоугольника.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 4

Одной из основных задач статики является определение условий, при которых заданная система сил будет находиться в равновесии.

Вернемся к силовому многоугольнику. Если при его построении конец последней слагаемой силы совпадает с началом первой силы системы сходящихся сил, то равнодействующая такой системы будет (рисунок 2.6). В этом случае система сходящихся сил будет находиться в равновесии.

Следовательно, геометрическое условие равновесия плоской системы сходящихся сил: необходимо и достаточно, чтобы ее силовой многоугольник был замкнут.

Зачастую величину и направление равнодействующей удобнее определять аналитически. Так, если за систему отсчета принять прямоугольную систему координат Оху с началом координат, совпадающим с точкой схода, то задачу о сложении сил можно решить с помощью следующих соотношений (рисунок 2.7):

, , ,

где – проекции силы на соответствующие оси Ох и Оу.

Равнодействующая плоской системы сходящихся сил, находящейся в равновесии, равна нулю:

,

т.е. .

Данное равенство возможно только при условии, что

и .

Отсюда получаем аналитическое условие равновесия плоской системы сходящихся сил: необходимо и достаточно, чтобы суммы проекций всех сил на оси координат равнялись нулю:

; .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 5

Парой сил называется система двух равнопротивоположных сил, имеющих несовпадающие между собой линии действия (рисунок 3.3)

– пара сил; .

Плечом d пары называется кратчайшее расстояние между линиями действия сил.

Сумма сил пары .

Пара сил не оказывает сдвигающего действия на твердое тело. Действие, оказываемое парой на тело нельзя заменить действием одной силы. Следовательно, пара сил не имеет равнодействующей силы.

Моментом пары называется момент одной из сил пары относительно точки приложения другой силы:

,

где d – плечо пары.

Знак момента пары сил определяется по аналогии с моментом силы относительно точки.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 6

Пусть к твердому телу в точках А1, …, Аn приложена произвольная система сил (рисунок 4.1). Выберем произвольную точку О за центр и приведем все силы системы к этому центру.

Приведем силу к центру О. Для этого в точке О приложим две силы, равные по величине F1, но направленные в разные стороны

.

В результате получим силу , приложенную в точке О, и пару сил с плечом а1. Аналогично поступаем с другими силами.

В результате приведения на твердое тело будет действовать приложенная в точке О система сходящихся сил и система пар сил с моментами относительно точки О

Сходящуюся систему сил можно заменить одной силой

– главный вектор системы.

Систему присоединенных пар можно заменить одной парой, момент которой

– главный момент системы.

Итак, любую приложенную к твердому телу систему сил можно заменить приложенной в выбранном центре одной силой и одной парой сил:

,

где сила равна главному вектору системы , а момент пары равен главному моменту системы сил относительно взятого центра .

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 7

Для равновесия системы сил, произвольно расположенных на плоскости, необходимо и достаточно, чтобы главных вектор и главный момент системы относительно любого центра равнялись нулю:

Из условий равновесия сходящейся системы сил следует, что при

Кроме того, необходимо чтобы .

Т.е. для равновесия плоской системы сил необходимо и достаточно, чтобы суммы проекций всех сил на оси координат и сумма моментов всех сил относительно произвольной точки были равны нулю:

– I форма уравнений равновесия;

или

– II форма уравнений равновесия;

или

– III форма уравнений равновесия;

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 8

Тема 5. Задачи и основные понятия сопротивления материалов

Задачи и методы сопротивления материалов

Сопротивление материалов – это раздел механики деформируемого твердого тела, который рассматривает методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость типовых элементов конструкций.

Прочность – это способность элементов конструкций сопротивляться разрушению под действием внешних сил.

Жесткость – способность элементов конструкций сопротивляться упругим деформациям.

Устойчивость – способность элементов конструкций сохранять устойчивое равновесие своей прямолинейной формы.

Деформация – изменение формы и размеров тела под действием сил. Деформации упругие, если форма и размеры остаются постоянны после снятия нагрузки. Если изменяются – пластические.

Задачей сопротивления материалов является создание методологической базы для решения в дальнейшем более детальных задач.

Сопротивление материалов рассматривает типовые элементы конструкций: стержни, пластины, оболочки. К стержням относят элементы, у которых поперечные размеры малы по сравнению с длиной. У пластин толщина соответственно меньше размеров элемента в плане. Оболочкой является замкнутый элемент, толщина которого мала по сравнению с другими размерами.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 9

Для решения вопроса о прочности реальной конструкции необходимо правильно выбрать ее расчетную схему. Приведенное выше условное деление элементов на стержни, пластины и оболочки фактически является схематизацией их формы. Применяется также и схематизация свойств материалов. Упругость является реальным свойством большинства материалов в определенном диапазоне нагрузок и температур. Идеально упругие тела полностью возвращаются в исходное состояние после разгрузки. При больших нагрузках реальные материалы обнаруживают свойство пластичности, выражающееся в возникновении остаточных деформаций после устранения нагрузки. Для обоснования справедливости применения анализа явлений в пределах бесконечно малых объемов и последующего интегрирования все материалы считаются однородной, изотропной, сплошной средой. Изотропными являются материалы, имеющие одинаковые свойства по всем направления.

Принцип совместимости деформаций: под действием нагрузок тело деформируется так, что левая и правая части по поверхности воображаемого раздела полностью соответствуют друг другу по относительным перемещениям.

Гипотеза плоских сечений: сечения, плоские до деформации, остаются плоскими после деформации.

При решении задач на конструкцию может действовать совокупность факторов. В этом случае для определения суммарного результата используется принцип суперпозиции или принцип независимости действия факторов: т.е. результат действия системы сил не зависит от порядка их приложения и равен сумме результатов действия отдельных сил, входящих в систему.

Пример: (рисунок 5.1).

Принцип Сен-Венана: внутренние силы, достаточно удаленные от места действия внешних сил, не зависят от способа приложения внешней силы (рисунок 5.2).

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 10

К внутренним силам относят силы взаимодействия между отдельными частями рассматриваемого объекта. В расчетной практике силы обычно называют нагрузками. Действующие нагрузки делятся на сосредоточенные (сила F, момент М) и распределенные q. Статическими нагрузками считают нагрузки, медленно изменяющиеся во времени, их обычно принимают постоянными. Динамическими считают нагрузки, быстро меняющиеся во времени.

Не вдаваясь в детальный анализ процесса разрушения можно отметить, что разделение тела на части может произойти, если внутренние силы превзойдут силы сцепления отдельных частиц материала. Поэтому для суждения о прочности элемента необходимо сопоставлять максимальные внутренние усилия с предельными характеристиками для данного конструкционного материала. Для этого нужно знать закон изменения внутренних усилий по длине элемента.

Внутренние усилия определяют методом сечений, который состоит в следующем: если тело находится в равновесии, то его левая и правая части относительно воображаемой поверхности раздела тоже находятся в равновесии (рисунок 5.3).

Условие равновесия тела:

.

Для обеспечения равновесия левой и правой частей на поверхности раздела необходимо приложить некоторую систему сил, дополняющую систему внешних сил до равновесной.

Условия равновесия левой и правой частей тела:

,

.

Из этих уравнений следует, что

.

Отсюда следует, что система внутренних является единственной и может определяться из условий равновесия как левой, так и правой части. Система внешних сил сводится к главному вектору R и главному моменту М. Система внутренних усилий Rвн и Мвн статическим им эквивалентна.

Вместо отыскания векторов R и М удобно определять их проекции на оси координат. Начало системы координат совмещают с центром тяжести сечения (рисунок 5.4).

Усилия N, Qy, Qz, T, My, Mz называют силовыми факторами. Они определяются из 6 уравнений, вытекающих их условий равновесия:

Интенсивность внутренних усилий характеризуется величиной напряжения.

Допустим на тело действует некая система сил (рисунок 5.5). Рассмотрим в сечении А элементарную площадку . На нее действует сила .

Полным напряжением называется предел

.

Векторы и Р могут быть разложены на нормальную и тангенциальную составляющие. Таким образом, получается соответственно нормальное и касательное напряжения: и . Нормальное напряжение характеризует интенсивность отрыва или нажатия частиц материала, касательное – интенсивность относительно сдвига частиц.

Размерность , , .

По характеру создаваемой деформации силовые факторы называют осевой силой N, поперечными силами Qy и Qz, крутящим моментом T, изгибающими моментами My и Mz.

Графики, показывающие изменение силовых факторов по длине элемента, называют эпюрами. При построении эпюр принято правило знаков – рисунок 5.6.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

studopedia.ru

Прикладная механика — бакалавриат (15.03.03)

На изучение прикладной механики по очной форме обучения отводится четыре года. За это время студенты освоят основные дисциплины:

  • аналитическую динамику и теорию колебаний;
  • инженерную и компьютерную графику;
  • материаловедение;
  • теоретическую механику;
  • механику жидкости и газа;
  • основы конструирования и детали машин;
  • основы автоматизированного проектирования;
  • теорию упругости;
  • сопротивление материалов;
  • строительную механику машин.
Это позволит разрабатывать физико-механические, компьютерные и механические модели с целью проведения исследований и решения задач в области науки и техники. При прохождении практики студенты смогут принять участие в проведении расчетно-экспериментальных работ в составе группы. По завершении обучения бакалавры без труда будут проектировать устойчивые, безопасные, долговечные, надежные и прочные конструкции и машины. Много часов отведено на изучение принципов составления некоторых видов технической документации для проектов, элементов и сборочных единиц. Сложные работы, направленные на оптимизацию технологических процессов, будут доступны для понимания и проведения получившим образование в этой сфере. Часть изучаемых дисциплин направлена на освоение методов управления небольшими коллективами, которые позволят контролировать решение поставленных задач и разрабатывать для этого специальные планы.

Кем работать

Основное направление профессиональной деятельности – инженерное. Реализовать свой потенциал выпускники могут, работая инженерами, инженерами-конструкторами, механиками и разработчиками. В совершенстве овладевшим знаниями в области компьютерной техники можно трудоустроиться в качестве специалиста по компьютерной биомеханике или по компьютерному инжинирингу. В зависимости от выбора узкого профиля выпускники могут работать как на заводах, так и в проектных компаниях. Активно развивающая сфера нанотехнологий испытывает регулярную нехватку кадров в сфере прикладной механики, а потому с удовольствием принимает на работу получивших данное образование.

Где обучаться:

vuz.edunetwork.ru


Смотрите также