Краткий исторический очерк

Краткий исторический очерк

Сопротивление материалов как наука ведет свое начало от опубликованной в 1638г. работы Галилея «Беседы о двух новых науках».

Другой знаменитый итальянец—Леонардо да Винчи (1452—1519) также успешно исследовал ряд вопросов, относящихся к сопротивлению материалов. Однако его работы не были опубликованы и остались неизвестными, а потому и не оказали влияния на развитие данной отрасли науки.

Италия времен Гали­лея переживала эпоху промышленного и научного подъема, здесь в 1560 г. была создана первая в мире академия естественных наук, и поэтому совершенно понятно, что именно в Италии зародилась новая наука, столь важная для всех инженерных дисциплин. Сам Галилей был в то время причастен к работам вене­цианского арсенала, перед которым была поставлена задача постройки военных судов (галер) большего размера, чем строились ранее. Возможно, что именно это послужило стимулом для постановки целой серии опытов над прочностью деревянных балок, на основе которых Галилей и делает определенные выводы. Следует подчеркнуть, что уже на заре своего развития наука о сопротивлении материалов представляла гармоническое сочетание теории с практикой. Естест­венно, что не все в опытах и выводах Галилея было правильно, но сам метод решения задачи, предложенный им, оказался чрезвычайно плодотворным. Галилей указал на весьма важное обстоятельство — вопросы прочности соору­жений требуют рассмотрения не только геометрических задач, но и знания фи­зических свойств строительных материалов.

В дальнейшем среди ученых, продолжавших развивать науку о сопротив­лении материалов, были физики, механики, математики, военные инженеры, инженеры-мостовики и строители железных дорог, кораблестроители, и т. п. Многогранность науки о сопротивлении материалов при­водила к тому, что ею в той или иной степени занимались ученые и инженеры многочисленных специальностей. По мере того как промышленная революция выдвигала на первое место Англию, затем Францию и Германию, в развитии, науки о сопротивлении материалов принимали участие ученые различных стран. Не имея возможности в кратком очерке глубоко осветить их работы (это сделано в книге С. П. Тимошенко), упомянем лишь тех, чьи работы в области сопротивления материалов являются наиболее важными.

Р. Гук (1635—1703) — английский ученый, работал с 1662-г. механиком Королевского научного общества, (английская академия наук, созданная в 1660 г.). В 1678 г, Гук опубликовал результаты своих исследований над де­формацией пружин различного типа. Принадлежащий ему основной закон, характеризующий упругие деформации материалов, был открыт Гуком в 1660 г. и опубликован, в форме анаграммы «ceiiinosssttuv», которую он потом расшиф­ровал так: «ut tension sic vis» (каково растяжение, такова сила). Это была свое­образная форма закрепления за собой приоритета открытия.

Ф. Мариотт (1620—1684)—-французский физик, один из первых членов французской академии наук, созданной в 1666 г., рассматривал вопросы изгибной прочности балок и пластин, а также тонкостенных труб под внутренним давлением. Мариотт высказал предположение, что причиной разрушения мате­риала является слишком большая линейная деформация его. Эта гипотеза легла в основу одной из теорий прочности.

Я. Бернули (1654—1705)—голландец - по рождению, - швейцарец по гражданству. Установил основную формулу для расчета деформации при изгибе.

Леонардо Эйлер(1707—1783)—швейцарец по рождению, русский ученый по характеру своей работы. В 13 лет поступил в Базельский университет, в 16 лет получил степень магистра, в 20 лет(1727) был приглашен професcором в Петербург­скую Академию наук (Российская Академия наук была создана Петром I в 1725 г. Среди первых ее академиков были братья Николай и Даниил Бернулли, которые и пригласили Эйлера в Петербург). Эйлер работал в Академии наук 45 лет — с 1727 по 1783 г. Эйлер — один из величайших математиков и механиков всех времен. В области сопротивления материалов ему принадле­жит очень важное исследование форм упругих кривых (1744) и решение задачи об устойчивости гибкого сжатого стержня (1757). Эйлер написал столько работ, что в течение 40 лег после его смерти Петербургская Академия продолжала их публикацию. В последний период своей жизни (17 лет) Эйлер ослеп, но продол­жал работать, и количество и качество его работ за этот период нисколько не уменьшилось. Вся жизнь Эйлера представляет яркий пример беззаветного слу­жения науке.

Ш. О. Кулон (1736—1806) —французский военный инженер, самый крупный ученый XVIII в. в области механики упругого тела. Исследовал изгиб балок, сжатие колонн, кручение, крутильные колебания. Разработанная им тео­рия подпорных стен до сих пор не потеряла своей ценности.

Л. М. А. Навье (1785—1836) —знаменитый французский ученый и инже­нер-мостостроитель. Известен главным образом своими работами в области тео­рии упругости. Глубоко изучал теорию и практику мостостроения. Первым установил общий метод решения статически неопределимых задач. Им же рас­смотрены некоторые задачи продольно-поперечного изгиба стержней и расчета простейших оболочек. Именно Навье является основоположником метода рас­чета конструкций по рабочим состояниям, а не по стадии разрушения (по пре­дельным состояниям), как это было принято до него со времен Галилея.

Ж. В. Понселе (1788—1867) — французский ученый и инженер, первым ввел в практику испытания материалов построение диаграммы растяжения и обратил большое внимание на необходимость особых испытаний материала на динамическое действие нагрузки. Понселе первым исследовал продольный удар и продольные колебания стержня, а также явление преждевременного разруше­ния материалов под действием переменных нагрузок. Будучи военным инжене­ром, участвовал в походе Наполеона на Москву, попал в плен в России и прожил около 2 лет в Саратове.

Т. Юнг (1773—1829) —английский ученый, лингвист (в 14 лет он знал не только современные языки, но и латинский, греческий, арабский, персидский, еврейский), философ и математик, внес большой вклад в науку о сопротивлении материалов. Он ввел впервые понятие модуля упругости, установил наличие поперечных деформаций при растяжении или сжатии стержня, установил поня­тие предела пропорциональности, рассматривал довольно сложные задачи о кручении и выпучивании колонн, интересовался вопросами ударного действия нагрузок и дал решение некоторых задач внецентренного сжатия.

Весьма колоритную фигуру среди своих современников представлял фран­цузский ученый инженер-мостостроитель Барре де Сен-Венан (1797—1886). Будучи студентом политехнической школы в Париже, он в 1814 г. был мобили­зован в армию; за открытое выступление против узурпатора был объявлен де­зертиром и не смог окончить курс обучения. В течение 8 лет после этого работал в промышленности, и в 1823 г. правительство разрешило ему вступить в Школу мостов и дорог (институт путей сообщения) без экза­мена. Сен-Венан посещал все лекции и окончил курс первым. Тем не менее, враждебное отношение к нему многих его сверстников тормозило продвижение Сен-Венана как ученого и инженера. Лишь в 1837 г, его пригласили в ту же Школу мостов и дорог для чтения, лекций по сопротивлению материалов. Сен-Венан сумел показать практическую ценность теории упругости для решения инженерных задач, достиг больших успехов в теории кручения некруглых стержней и теории изгиба прямых и кривых брусьев. Он придерживался в своих расчетах так называемой второй теории прочности, и именно благодаря его тру­дам эта теория долгое время широко применялась в инженерных расчетах. В 1868 г. Сен-Венан был избран членом Парижской Академии наук и руководил в ней отделом механики до самой смерти (18 лет). Работы Сен-Венана в облас­ти сопротивления материалов, теории упругости и теории пластичности оказали громадное влияние на развитие этих наук.

В РОССИИ эта наука начала развиваться с 1725 г., когда в Петербурге Петром-I была создана Российская Академия наук. Среди ее первых академиков был знаменитый математик и механик Эйлер. Почти в это время в Академии, работал М.В.Ломоносов (1711 – 1765). Его разносторонний ум касался различных отраслей науки. Ломоносову принадлежит введения термина «упругость», он производил экспериментальное изучение прочности некоторых материалов и настойчиво пропагандировал необходимость широкого развития опытов и тесной увязки теории и практики. «Ныне ученые люди, а особенно испытатели натурных вещей, мало взирают на родившиеся в одной голове вымыслы и пустые речи, но больше утверждают на достоверном искусстве... Мысленные рассуждения произведены бывают из надежных и много раз повторенных опытов» — учил Ломоносов.

Современником Эйлера был и гениальный русский механик-самоучка И. П. Кулибин (1735—1818), работавший с 1769 по 1801 г. в должности механика при Академии наук в Петербурге. Ему принадлежит весьма оригинальный, далеко опережавший применявшиеся в то время конструкции мостов проект однопролетного арочного моста через Неву в Петербурге пролетом 300 м, вы­полненного из дерева. Кулибин не только спроектировал мост, но и построил его модель в 1/10 натуральной величины и испытал ее под нагрузкой в присут­ствии правительственной комиссии, в составе которой был и Л. Эйлер (1776 г.). Модель под нагрузкой в 3870 пудов простояла 28 дней, не обнаруживая ника­ких изменений. Этот проект Кулибина наделал много шума и за границей. Кулибинская модель просуществовала более 30 лет, выполняя в последние годы роль одного из мостов Таврического сада, но мост через Неву построен не был. Интересно отметить, что Кулибин при испытании своей модели совершенно пра­вильно решил задачу о редуцировании нагрузки в соответствии с линейным масштабом модели. Все его расчеты были проверены и одобрены Эйлером. Таким образом, Кулибина можно считать основателем научной теории модели­рования.

К этому периоду относится и появление первых учебников на русском языке по механике и сопротивлению материалов. В 1774 г. вышла в свет книга С. К. Котельникова, представлявшая собою курс механики и содержавшая в себе среди других вопросов расчет висячего моста с помощью цепной линии и опытные данные о прочности проволок, дерева и канатов. В 1837—1838 Н. Ф. Ястржембским был опубликован первый курс по сопротивлению материа­лов. В 1810 г. в Петербурге было создано первое высшее техническое учебное заведение — Институт инженеров путей сообщения (ныне ЛИИЖТ). Первым русским профессором строительной механики был М. С. Волков (1802—1878), один из основоположников железнодорожного дела в России. Русские ученые и инженеры внесли большой вклад в дальнейшее развитие науки о сопротивлении материалов. Нельзя не упомянуть здесь Д. И. Журавского (1821—1891), много работавшего в области теории и практики мостостроения и продвинув­шего вперед теорию расчета балок на изгиб; А. В. Гадолина (1828—1892), разработавшего теорию расчета скрепленных труб; X. С. Головина (1844—1904), давшего точное решение сложной задачи о напряжениях при изгибе кривого бруса; Н. А. Белелюбского (1845—1922), знаменитого мостостроителя и созда­теля крупнейшей механической лаборатории по испытанию механических свойств материалов (Н. А. Белелюбский в течение ряда лет был председателем Международного общества по испытанию материалов). Среди сконструирован­ных им и затем построенных мостов (всего более 50) — мосты через Волгу у Сызрани и через Днепр у Днепропетровска.

Вплотную к советскому периоду подходят работы В. Л. Кирпичева (1845—1913), написавшего превосходный и не потерявший интереса и до на­стоящего времени курс сопротивления материалов, Ф. С. Ясинского (1856— 1899)—создателя практических методов расчетов на устойчивость, давшего ряд важных теоретических исследований в этой области, И. Г. Бубнова (1872— 1919) —основоположника строительной механики корабля.

В советский период, колоссальным расширением системы высшего образования и созданием многочисленных специализированных научно-исследовательских институтов (Институт механики АН СССР, Институт строительной механики АН УССР, ЦАГИ, ЦНИИПС н др.), строительная механика в целом и сопро­тивление материалов в частности поднялись в нашей стране на чрезвычайно высокий уровень. Мировую известность получили работы Б. Г. Галеркина (1887—1946), А. Н. Динника (1876—1950), П. Ф. Папковича (1887—1946), Н. М. Беляева (1890—1944), А. Н. Крылова (1863—1945).

Такие совершенно новые методы расчета, как расчеты по предельным состояниям, статистические методы определения напряжений и нагрузок, расчет на прочность и устойчи­вость тонкостенных стержней открытого и замкнутого профилей, расчеты на динамическую прочность и устойчивость, расчеты плит и оболочек, теория кон­тактных напряжений и многие-многие другие, разработаны в первую очередь трудами советских ученых А. А. Гвоздева, В. 3. Власова, Б. Н. Горбунова, Н. С. Стрелецкого, Н. В. Корноухова, И. Я. Штаермана, Ю. Н. Работнова, А. С. Вольмира, Н. К. Снитко, С. Д. Пономарева, В. В. Болотина, В. И. Феодосьева и др.

Дата добавления: 2015-08-29