Конструкции, или почему не ломаются вещи | Страница 74 | Онлайн-библиотека


Выбрать главу

После того как основные нагрузки определены, можно приступить к первым достаточно грубым наброскам будущей конструкции - на этой стадии конструктор делает эскиз чаще всего на миллиметровке. Затем с помощью соответствующих формул следует прикинуть, какими примерно будут напряжения и перемещения. С первой попытки они могут оказаться слишком малы или слишком велики, поэтому вносятся соответствующие изменения в проект, и так продолжается до тех пор, пока все не будет в порядке. После этого делается уже комплект чертежей по всем правилам. Они служат руководством при изготовлении конструкции в металле. Оформленные в соответствии со стандартом чертежи совершенно необходимы, когда детали должны изготовляться обычным заводским способом, но для достаточно простых или любительских разработок без них вполне можно обойтись. Однако на основании собственного опыта я могу сказать, что в случае серьезных разработок "чертеж", сделанный на обратной стороне конверта, недопустим.

Если вы дошли уже до рабочих чертежей и предлагаемая вами конструкция действительно важна, то вы обязаны забыть о покое и постоянно думать и беспокоиться о ней. Когда я занимался внедрением пластмассовых деталей в конструкцию самолета, я не мог заснуть ночами, думая об этих деталях. Тот факт, что ни одна из этих деталей ни разу не подвела, я отношу почти целиком на счет благотворного действия этого беспокойства. Именно самонадеянность приводит к авариям, а тревога за конструкцию предотвращает их. Так что проверяйте все не раз и не два, а снова, снова и снова.

Приложения 2-4

Приложение 2. Теория изгиба балок

Приложение 3. Кручение

Приложение 4. Эффективность стержней (колонн) и пластин при сжатии

Рекомендации для дальнейших занятий

В конце концов, наилучший способ изучения конструкций - это наблюдения и практический опыт, который приобретается при создании и разрушении конструкций. Конечно, возможности любителя довольно ограничены, ему вряд ли удастся построить настоящий самолет или мост, но не надо стыдиться играть с механическим конструктором или даже старомодными кубиками. Эти игры гораздо поучительнее современных пластмассовых безделушек, которые можно соединять друг с другом самыми хитроумными способами. Когда вы построите свой мост, нагрузите его и пронаблюдаете, как он будет разрушаться, даже сухие книги, посвященные прочности конструкций, покажутся вам интереснее.

В строительстве мостов для любителя, конечно, не открывается особенно широкого поля деятельности, а вот в такой новой области, как биомеханика, где еще очень многое не известно ни инженерам, ни биологам, инициативный любитель, вероятно, может многого добиться.

Хотя хороших книг по биомеханике, совсем немного, по теории упругости, сопротивлению материалов и материаловедению их сколько угодно. Небольшая и довольно произвольная их подборка приведена ниже.

Материалы

Cottrell A. The Mechanical Properties of Matter. - John Wiley (current edition).

Alexander W., Street A. Metals in the Service of Man. - Penguin Books (current edition).

Sarnans C. H. Engineering Metals and their Alloys. - Macmillan, New York, 1953.

Patton W. J. Materials in Industry. - Prentice-Hall, 1968.

Hayden H. W., Moffatt W. G., Wuiff J. The Structure and Properties of Materials, Vol. 3. Mechanical Behavior. - John Wiley, 1965.

Parratt N. J. Fibre-Reinforced Materials Technology. - Van Nostrand, 1972.

Anderson J. C., Leaver K. D. Materials Science. - Nelson, 1969.

Теория упругости

Olsen G. A. Elements of the Mechanics of Materials (2nd ed.). - Prentice-Hall, 1966.

Black P. The Strength of Materials. - Pergamon Press, 1966.

Timoshenko S. P. History of the Strength of Materials. - McGraw-Hill 1953.

Torroja E. Philosophy of Structures. - University of California Press, 1962.

Rosenthal H. W. Structure. - Macmillan, 1972. Pugsiey A. The Satefy of Structures. - Edward Arnold, 1966.

Pippard A. J. S., Baker J. The Analysis of Engineering Structures. - Edward Arnold (current edition).

Johnson R. P. Structural Concrete. - McGraw-Hill, 1967.

Heyman J. Beams and Framed Structures. - Pergamon Press, 1964.

Scott R. F. Principles of Soil Mechanics. - Addison-Wesley, 1965.

Baker J., Home M. R., Heyman J. The Steel Skeleton (2 vols.). - Cambridge University Press, 1960-1965.

Биомеханика

Du’arcy Thompson (abridged edition). On Growth and Form. - Cambridge University Press, 1961.

McNeil A. R. Biomechanics. - Charnpan and Hall, 1975.

Wainwright S. A., Biggs W. D., Currey J. D., Gosline J. M. Mechanical Design of Organisms. - Edward Arnold, 1976.

Искусство стрельбы из лука

Hardy R. Longbow. - Patrick Stephens, 1976.

Строительные материалы

Smith S. Brickwork. - Macrnillan, 1972.

Davey N. A History of Building Materials. - Phoenix House, 1961.

Smith R. C. Materials of Construction. - McGraw-Hill, 1966.

O’Neill H. Stone for Building. - Heinemann, 1965.

Tirmuss F. H. Commercial Trimbers (3rd ed.). - Technical Press, 1965.

Архитектура

Pevsner N. An Outline of European Architecture. - Penguin Books (current edition).

The Appearance of Bridges (Ministry of Transport). - H.M.S.O., 1964.

74
От редактора перевода 1
Предисловие 1
Введение 1
Конструкции в нашей жизни, или как общаться с инженерами 1
Живые конструкции 2
Технические конструкции 2
Конструкции и эстетика 3
Теория упругости, или почему вещи все же ломаются 4
Часть I. Трудное рождение теории упругости 5
Глава 1 5
Почему конструкции выдерживают нагрузки, или упругость твердых тел 5
Закон Гука, или упругость твердых тел 6
Как теория упругости застыла на месте 6
Глава 2 7
Изобретение напряжения и деформации, или барон Коши и расшифровка модуля Юнга 7
Напряжение 7
Единицы напряжения 8
Деформация 8
Модуль Юнга, или какова жесткость данного материала? 8
Единицы измерения жесткости, или модуля Юнга 9
Фактические значения модуля Юнга 9
Прочность 9
Глава 3 10
Конструирование и безопасность, или можно ли доверять расчетам на прочность? 10
Французская теория и британский прагматизм 10
Коэффициент запаса и коэффициент незнания 11
Концентрация напряжений, или как "запустить" трещину 11
Глава 4 12
Упругая энергия и современная механика разрушения, с отступлениями о луках, катапультах и кенгуру 12
Энергетический подход к расчетам конструкций на прочность 13
Автомобили, лыжники и кенгуру 13
Луки 14
Катапульты 15
Эластичность, резильянс и ухабы на дорогах 16
Упругая энергия как причина разрушения 17
Энергия, или работа, разрушения 17
Гриффитс, или как жить в мире трещин и концентрации напряжений 18
"Мягкая" сталь и "высокопрочная" сталь 20
О хрупкости костей 20
Часть II. Конструкции, нагруженные растяжением 21
Глава 5 21
Растянутые конструкции и сосуды под давлением - о паровых котлах, летучих мышах и джонках 21
Трубы и сосуды высокого давления 22
Сферические сосуды высокого давления 22
Цилиндрические сосуды высокого давления 22
Китайская инженерия, или лучше прогнуться, чем лопнуть 23
Летучие мыши и птеродактили 23
Почему же птицы имеют перья? 24
Глава 6 24
О соединениях, креплениях и людях, а также о ползучести и колесах колесниц 24
Прочные соединения и человеческие слабости 25
Распределение напряжений в соединениях 26
Заклепочные соединения 26
Сварные соединения 27
Ползучесть 27
Глава 7 28
Мягкие материалы и живые конструкции, или как сконструировать червяка 28
Поверхностное натяжение 28
Поведение существующих в природе мягких тканей 29
Коэффициент Пуассона, или как работают наши артерии 30
Надежность, или о вязкости тканей животных 31
Строение мягких тканей 32
Часть III. Конструкции в условиях сжатия и изгиба 32
Глава 8 32
Стены, арки и плотины, или башни, уходящие в облака, и устойчивость каменной кладки 32
Линии давлений и устойчивость стен 33
Плотины 35
Арки 35
Масштаб, пропорции и надежность 36
О позвоночнике и скелете 37
Глава 9 37
Кое-что о мостах, или святой Бенезе и святой Изамбар 37
Арочные мосты 37
Чугунные мосты 38
Арочные мосты с подвесной проезжей частью 38
Подвесные мосты 38
Линия давления в арках и подвесных мостах 39
Мостовые фермы с верхним криволинейным поясом 39
Глава 10 40
Чем хороши балки, или о крышах, фермах и мачтах 40
Фермы перекрытий 41
Фермы в кораблестроении 42
Консоли и шарнирно опертые балки 43
Фермы мостов 44
Напряженное состояние балок 45
Продольные напряжения в изгибаемой балке 45
Глава 11 46
Тайны сдвига и кручения, или "Поларис" и вечерние туалеты 46
Терминология 46
Стенка балки в условиях сдвига - изотропные и анизотропные материалы 47
Касательное напряжение - это растяжение и сжатие, действующие под углом +45°, и наоборот 48
Складкообразование 48
Кручение 49
Центр изгиба и центр давления 49
Глава 12 51
Различные виды разрушения при сжатии, или сэндвичи, весла и Леонард Эйлер 51
Предел прочности на сжатие, или разрушение коротких стержней и колонн при сжатии 51
Сравнение прочности материалов на растяжение и на сжатие 52
Прочность дерева и композиционных материалов при сжатии 52
Леонард Эйлер и выпучивание тонких стержней и пластин 54
Трубы, корабли и бамбук, или кое-что о локальной потере устойчивости 55
Листья, сэндвичи и сотовые конструкции 55
Часть IV. И последствия были… 56
Глава 13 56
Философия конструирования, или форма, вес и стоимость 56
Проектирование конструкций, работающих на растяжение 56
Сравнения веса сжатых и растянутых конструкций 57
Масштабные эффекты, или еще раз о законе двух третей 58
Каркасные конструкции против монокока 58
Надувные конструкции 59
Колеса со спицами 59
О выборе лучшего материала, или что такое "лучший материал" 59
Материалы, топливо и энергия 60
Глава 14 61
Катастрофы, или очерк об ошибках, прегрешениях и усталости металла 61
О точности расчетов на прочность 61
Проектирование с помощью эксперимента 62
Сколько она будет служить? 62
Усталость металла, мистер Хани и пр. 63
Катастрофы деревянных кораблей 64
Еще о котлах, сосудах давления и о кипящем в них масле 64
О вырезании дыр 65
Об излишнем весе 66
Аэроупругость, или тростник, колеблемый на ветру 67
Проектирование как прикладная теология 67
Глава 15 68
Эффективность и эстетика, или мир, в котором мы должны жить 68
Об эффективности и функциональности 70
О стилях и напряжениях 72
Об имитации, подделках и украшениях 73
Приложения 73
Приложение 1. О справочниках и формулах 73
Приложения 2-4 74
Приложение 2. Теория изгиба балок 74
Приложение 3. Кручение 74
Приложение 4. Эффективность стержней (колонн) и пластин при сжатии 74
Рекомендации для дальнейших занятий 74