Доклад на тему: "Классическая теория сопротивления материалов – от Галилея до начала XX в"

Начало развития сопротивления материалов как науки иногда относят к 1638 г. и связывают с именем Галилео Галилея, знаменитого итальянского учёного. Приходится отметить, что Леонардо да Винчи, гениальный художник и разносторонний ученый (1452—1519 г.), также занимался вопросами сопротивления материалов. Но работы Леонардо да Винчи шли по иному пути, и Галилей является, по-видимому, первым, сделавшим попытку создать теорию сопротивления тел сгибанию путем применения методов геометрии и теоретической механики. Немногим позднее вопросами прочности твердых тел заинтересовался французский ученый Мариотт (1620-1684). В связи с задачами, возникшими при проектировании Версальского дворца, он проводит большие эксперименты по растяжению и изгибу самых разных материалов. Гук проводил много опытов с металлическими пружинами и деревянными балками. Изготовив консольную балку из дерева, он измерял ее прогиб под действием в различных частях разных весов. При этом он пришел, например, к важному выводу о том, что на выпуклой поверхности балки волокна при изгибе растягиваются, а на вогнутой - сжимаются. Прошло очень много времени, пока инженерам стало ясно значение этого, как теперь представляется, очевидного свойства материала.Дальнейшее развитие сопротивления материалов шло параллельно развитию техники строительства и машиностроения и связано с целым рядом работ выдающихся учёных-математиков, физиков и инженеров. Среди них значительное место занимают и русские советские учёные. Большой вклад в науку о сопротивлении материалов внёс в XVIII веке действительный член Петербургской Академии наук Леонард Эйлер, решивший задачу об устойчивости сжатых стержней.Хотя Эйлер был в основном математиком, он развивал математический аппарат применительно к задачам естествознания и техники, и ему принадлежат выдающиеся результаты в механике, сопротивлении материалов, астрономии, физике, теории музыки, теории механизмов, баллистике, морском деле, страховом деле и т. д. Широтой диапазона исследований и работоспособностью он поражал своих современников. Лаплас советовал своим ученикам: «Читайте Эйлера — он наш общий учитель».Важный этап в развитии сопротивления материалов связан с опубликованием (в 1826) Л. Навье первого курса «Сопротивление материалов», содержавшего систематизированное изложение теории расчёта элементов конструкций и сооружений. Следующим шагом в изучении усталостной прочности металлов было исследование циклов сложного напряженного состояния. Здесь Вёлер полагает, что прочность зависит от циклов наибольшей деформации (следуя теории наибольшей деформации). Далее, он применяет свои общие соображения к кручению, для которого принятая теория прочности дает значение предела выносливости при полном знакопеременном цикле, составляющее 80% от соответствующей величины для растяжения-сжатия.Для того чтобы в этом удостовериться, Вёлер построил специальную машину, с помощью которой он получил возможность подвергать цилиндрические стержни циклическому кручению. Выполненные на ней опыты со сплошными цилиндрическими образцами подтвердили теорию. Поскольку испытания на выносливость требуют много времени и сопряжены с большими материальными издержками, Вёлер, естественно, попытался найти какие-либо зависимости между усталостной прочностью и другими механическими характеристиками материала, определяемыми при статических испытаниях. В XIX веке в мировую науку прочно вошли работы Ф. С. Ясинского по вопросам устойчивости элементов конструкций, вызванные к жизни изучением причин разрушения некоторых мостов. При составлении проектов усилений металлических мостов Ф. С.Ясинский столкнулся с проблемой устойчивости сжатых стержней и в период 1892 — 1896 гг. опубликовал в русских и иностранных технических журналах ряд статей и монографию по этой проблеме. Последняя в 1894 г. была удостоена премии заслуженного профессора П. Н. Андреева, которая присуждалась Петербургским институтом инженеров путей сообщения с 1884 г. один раз в 10 лет за лучшее сочинение инженера путей сообщения по любому инженерному вопросу.С начала XX века роль русских учёных в сопротивлении материалов стала ведущей. Расширение масштабов применения железобетонных и стальных конструкций, появление сложных машин и механизмов обусловили быстрое развитие науки о сопротивлении материалов. Первым крупным научным достижением В. З. Власова было создание в 1936 г. теории расчета незамкнутых цилиндрических оболочек и складчатых покрытий, которая была изложена в монографии. За эту книгу автору была присвоена ученая степень доктора технических наук. В монографии методы строительной механики применяются к расчету оболочек. Дифференциальные уравнения в частных производных вариационным методом, разработанным автором, приводятся к обыкновенным дифференциальным уравнениям. Этот метод был использован и в дальнейшем Власовым и другими авторами для решения различных задач. Заметим, что независимо от В.3. Власова к аналогичной идее на математической основе пришел математик Леонид Витальевич Канторович (1912 — 1986).Таким образом, одной из важнейших задач исследования сопротивления материалов является установление причин и характера разрушения материалов, требующее всестороннего теоретического и экспериментального изучения процессов, происходящих в микрообъёмах тела, в частности характера возникновения и развития трещин.