Szerkezeti mechanika – az épületszerkezetek szilárdságáról , merevségéről és stabilitásáról szóló tudományok összessége.
A szerkezeti mechanika fő feladata az épületek és építmények megbízható és gazdaságos tervezéséhez szükséges számítási módszerek és adatgyűjtés kidolgozása . A szerkezet szükséges megbízhatóságának biztosítása érdekében a fő szerkezeti elemeknek kellően nagy keresztmetszettel kell rendelkezniük, de a gazdaságosság megköveteli, hogy a szerkezetek gyártásához felhasznált anyagok felhasználása a lehető legalacsonyabb legyen. Ahhoz, hogy a megbízhatóság és a hatékonyság követelményei között elfogadható kompromisszumot találjunk, a számítást a lehető legpontosabban kell elvégezni, és az ebből a számításból következő követelményeket szigorúan be kell tartani a szerkezet tervezése, felállítása és üzemeltetése során.
Az emberiségnek hosszú ideig nem állt rendelkezésére szerkezetszámítási módszer. Ennek ellenére sikerült grandiózus és szerkezetileg tökéletes építészeti emlékeket építeni. Ez az építészek tehetségén múlott, akik intuitív módon átérezték a szerkezetek munkáját, és meg tudták találni az elemek kívánt méreteit. Nagy jelentőségű volt az építőiparban szerzett tapasztalatok felhalmozása is, amelyet olykor sikertelen építmények összeomlása árán szereztek.
Ez a tapasztalat tükröződött empirikus szabályokban, amelyek alapján lehetséges lenne megbízható méretek hozzárendelése a szerkezeti részekhez. S. P. Timosenko úgy vélte, hogy az ilyen szabályokat már az ókori egyiptomiak is ismerték , és a görögök és rómaiak már el tudtak végezni bizonyos matematikai számításokat az akkor kialakuló elméleti statika eredményei alapján ; az ókori mérnökök azonban nem rendelkeztek a feszültségállapot elemzéséhez szükséges ismeretekkel [1] .
A szerkezeti mechanika kialakulása az általános mechanika keretei között zajlott , amelyből a szerkezeti mechanika fejlődésének kezdeti szakaszában nem emelkedett ki. A mechanika fejlődése, kezdve G. Galileo munkáival , amelyek megalapozták az anyagok szilárdságát , megteremtették az alapot a szilárdsági számítások kidolgozásához [2] [3] . Nagy jelentőségűek voltak még: R. Hooke felfedezése az alakváltozások és feszültségek arányosságára egy rugalmas anyagban ( Hooke-törvény ) [4] ; L. Euler tanulmányai a gerendák és rudak hajlításával , valamint a kritikus terhelés értékének meghatározásával egy rugalmas rúd összenyomásakor [5] [6] ; Sh. Coulomb boltozatok és támfalak számításairól szóló munkája [7] . Ugyanakkor a legtöbb 17-18. századi tanulmány és a gyakorlat között nagyon gyenge volt a kapcsolat [8] .
A szerkezeti mechanika, mint önálló tudomány fejlődésének kezdete a 19. század 20-as éveire nyúlik vissza, és mindenekelőtt a kibontakozó hidak , autópályák és vasutak , gátak , hajók , ipari épületek és magas kémények megerősített építése okozta. . Az ilyen szerkezetek kiszámítására szolgáló megbízható módszerek hiánya nem tette lehetővé kellően könnyű és megbízható szerkezetek építését. A szerkezeti mechanika döntő átstrukturálásának érdeme, a gyakorlati igények felé fordulása (majd önálló alkalmazott tudományként rohamosan fejlődni kezdett) A. Navier francia mechanikus és mérnök érdeme , aki elindult a tanulmányok útján. szerkezet tényleges működése terhelés alatt, a megengedett feszültségekre számító szerkezetek útján [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. Timoshen Rabinovich és más kiemelkedő tudósok.
A szerkezeti mechanika klasszikus szakaszai a következők:
Az anyagok szilárdsága túlnyomórészt az egyszerű gerenda elméletével kapcsolatos, és az épületszerkezetek és a gépészet szempontjából egyaránt fontos tudományág . A szerkezetek statikája és dinamikája vagy a szerkezetelmélet (a szó szoros értelmében szerkezeti mechanika) elsősorban a szerkezetet alkotó gerendák vagy rudak rendszerének számítási elméletével foglalkozik. Mindkét tudományág általában viszonylag egyszerű matematikai módszerekkel oldja meg problémáit. A rugalmasság elmélete viszont kiemeli következtetéseinek szigorát és pontosságát, ezért összetettebb matematikai apparátushoz folyamodik. A három tudományág közötti határ nem húzható meg egyértelműen.
A plaszticitás elmélete a képlékeny és rugalmas-képlékeny testek vizsgálatával foglalkozik.
Jelenleg a szerkezeti mechanika gyakorlati problémáinak megoldására aktívan alkalmaznak különféle numerikus módszereket a számítógépes technológia felhasználásával; különösen a végeselemes módszert alkalmazták a legszélesebb körben .
A szerkezeti mechanikában vannak:
Általában a gyakorlatban a térszerkezeteket lapos elemekre szokták felosztani, amelyek kiszámítása sokkal könnyebb, de ez nem mindig lehetséges.
A szerkezeti mechanika is fel van osztva lineárisra és nemlineárisra. Vannak geometriai és fizikai nemlinearitások. A szerkezeti mechanikai egyenletek geometriai nemlinearitása az elemek nagy elmozdulásainál és deformációinál jelentkezik, ami az épületszerkezeteknél viszonylag ritka, a kábeltartók kivételével. A fizikai nemlinearitás az erők és az alakváltozások közötti arányosság hiányában, azaz rugalmatlan anyagok használatakor jelentkezik. A fizikai nemlinearitás bizonyos mértékig minden anyag és szerkezet rendelkezik. Azonban bizonyos pontossággal, kis erőfeszítéssel a nemlineáris fizikai függőségek helyébe lineárisak lépnek.
Szokásos különbséget tenni statikus és dinamikus feladatok között is - ez utóbbiak figyelembe veszik a szerkezet tehetetlenségi tulajdonságait és az időtényezőt.
A szerkezeti mechanika egy bizonyos típusú szerkezetek számításával kapcsolatos szakaszokra is fel van osztva, nevezetesen: rúdszerkezetek (beleértve a rácsos szerkezeteket, kereteket, gerendarendszereket és íveket), lemezek és lamellás rendszerek, héjak, rugalmas menetek és kábelrendszerek, rugalmas és rugalmatlan alapozók, membránok stb.
| A mechanika szakaszai | |
|---|---|
| Continuum mechanika | |
| elméletek | |
| alkalmazott mechanika | |