основы СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Строительная механика или наука о прочности сооружений начала развиваться сравнительно поздно, несмотря на огромный, тысячелетиями накопленный опыт строительства всякого рода со­ оружений и машин.

Создание этой науки стало возможным только в результате развития общей механики, разделом которой она является, и математики. Подлинное развитие строительная механика получи­ ла только в XIX веке. Тогда и были созданы основы теории упру­ гости и строительной механики стержневых систем.

Одним из первых русских ученых, занимавшихся проблемами строительной механики, был академик Михаил Васильевич Остро­ градский (1801—1861), крупнейший математик, много работав­ ший в области аналитической механики и теории упругости, являющейся теоретической основой науки сопротивления мате­ риалов.

Крупных успехов в развитии науки о прочности конструкций достиг в это время профессор Дмитрий Иванович Журавский (1821—1891), справедливо считающийся одним из создателей тео­ рии мостовых ферм. Его исследования о работе ферм и о каса­ тельных напряжениях при изгибе балок создали Д. И. Журавско­ му заслуженную славу одного из творцов науки о прочности кон­ струкций.

Очень большое значение для развития строительной механики имели работы профессора Петербургского института инженеров путей сообщения Ф. С. Ясинского (1856—1899) по устойчивости стержневых систем. До работ Ясинского потеря устойчивости была причиной многих катастроф с построенными сооружениями.

Среди талантливых русских инженеров конца XIX столетия следует назвать В. Г. Шухова (1853—1939). В своей разносто­ ронней деятельности В. Г. Шухов много занимался и строитель­ ной механикой. В процессе искания наиболее легких и простых строительных конструкций В. Г. Шухов пришел к своей знамени­ той конструкции решетчатого гиперболоида.

В начале XX века русская строительная механика обогатилась трудами А. Н. Крылова, И. Г. Бубнова и Б Г. Галеркина. Труды

3

этих ученых инлиютеи гордостью |)усскоіі науки. Они послужили Ί:i кж(* основой для дальнейшего блестящего развития строитель­ ной механики после Октябрьской революции.

Академик А. Н. Крылов (1863—1945)— один из самых выдаю­ щихся математиков, механиков и инженеров. Основные его рабо­ ты посвящены теории корабля. При этом часть работ, связанная с расчетом корабля на прочность, имеет и общеинженерное зна­ чение, как, например, работа по расчету балок на упругом осно­ вании.

Работами А. Н. Крылова и его учеников создана также новая дисциплина «Строительная механика корабля». Ученик Крылова И. Г. Бубнов (1872—1919) написал свой знаменитый курс по строительной механике корабля, который до настоящего времени не потерял своего значения.

Академик Б. Г. Галеркин (1871—1945), так же как и А. Н. Крылов, начал свою научную деятельность в дореволюци­ онное время и особенно широко и успешно развил ее в советский период. Его основные работы по строительной механике относят­ ся главным образом к теории упругости и посвящены расчету пла­ стин и оболочек. Б. Г. Галеркиным создан чрезвычайно плодо­ творный приближенный метод математического решения ряда инженерных задач, принесший ему мировую известность. Метод Галеркина широко применяется в настоящее время и обеспечил успешное развитие советскими исследователями многих важных областей строительной механики.

Тотчас же после Октябрьской революции партия и правитель­ ство начали заботиться о процветании науки, о создании новых научных кадров, о совместной работе старого и нового поколений ученых и об организации научно-исследовательских институтов. Индустриализация страны вызвала бурное развитие разнообраз­ ных отраслей науки, связанных с техникой. К таким отраслям при­ надлежит и строительная механика, в которой советские ученые намного опередили зарубежных. Укажем наиболее крупные до­ стижения советских ученых по отдельным отраслям строительной механики.

Исследования академиков Б. Г. Галеркина, Н. И. Мусхелишвили, Л. С. Лейбензона по математической теории упругости не знают себе равных в мировой науке.

Прикладная теория упругости и теория расчета пластин и оболочек созданы преимущественно трудами русских ученых. Кроме отмеченных выше работ Б. Г. Галеркина и И. Г. Бубнова, к ним относятся труды Π. Ф. Папковича (1887—1946)— автора фундаментального труда «Строительная механика корабля», ра­ боты В. 3. Власова и других ученых по теории оболочек и по рас­ чету пластин.

Теория пластичности является одной из областей строитель­ ной механики, где успех советских ученых наиболее велик. В этой области исключительно важное значение имеют работы члена-

4

корреспондента Академии наук СССР А. А. Ильюшина, который может быть назван создателем теории малых упруго-пластиче­ ских деформаций. Член-корреспондент Академии наук Η. М. Бе­ ляев, являющийся автором наиболее распространенного в настоя­ щее время курса сопротивления материалов, впервые успешно решил ряд практически важных задач теории пластичности.

Теория стержневых систем представлена многочисленными трудами советских ученых, внесших значительный вклад в даль­ нейшее развитие этой науки. Отметим здесь труды проф. И. П. Прокофьева — «Теория инженерных сооружений» и членакорреспондента Академии наук СССР И. М. Рабиновича — «Строительная механика стержневых систем».

Создание теории тонкостенных стержней является также за­ слугой советской науки. Фундаментальными в этой области явля­ ются работы проф. В. 3. Власова, создавшего общую теорию рас­ чета на прочность, устойчивость и колебания тонкостенных стерж­ ней произвольного открытого профиля. Известны также работы проф. А. А. Уманского, давшего теорию стержней замкнутого профиля и теорию кривых тонкостенных брусьев, и работы дру­ гих советских ученых.

В области строительной механики самолета и, в частности, πό теории прочности крыла и фюзеляжа советские ученые также внесли в науку крупный вклад. Строительная механика самолета призвана обеспечить прочность самолета при возможно меньшем весе конструкции. Для решения этой задачи большое значение имеют тонкостенные конструкции, которые являются специфиче­ ской особенностью самолета как инженерного сооружения. Тонко­ стенные авиационные конструкции составляют в настоящее время объект обширной отрасли строительной механики, разработанной исключительно в послереволюционные годы.

Первые работы по строительной механике самолета принад­ лежат отцу русской авиации профессору Николаю Егоровичу Жуковскому и его ближайшему ученику проф. В. П. Ветчинкину. Капитальные работы по расчету крыла принадлежат проф. іВ. Н. Беляеву. Метод расчета касательных напряжений в крыле В. Н. Беляева и его уравнение трех осевых сил до настоящего времени применяются в расчетной практике проектирования са­ молетов.

Академик М. В. Келдыш и проф. Е. П. Гроссман создали важ­ ную для конструирования самолетов теорию вибраций частей са­ молета.

Много содействовали развитию строительной механики само­ лета работы профессоров и кафедр строительной механики веду­ щих авиационных втузов и академий, а также работы отделов прочности крупнейших конструкторских бюро по самолето­ строению.

Таким образом важнейшие исследования по различным раз­ делам строительной механики и сопротивления материалов, осо-

5

бенно за годы советской власти, были проведены отечественными учеными. Без преувеличения можно сказать, что по размаху и качеству научно-исследовательской работы в области строитель­ ной механики, руководимой крупнейшими специалистами, по раз­ витию отдельных отраслей этой науки и по наличию научных школ наша страна занимает первое место в мире. Многие ученые и конструкторы удостоены Сталинских премий.

Исключительно велика тяга к знаниям советских людей и стремление их к совершенствованию своей специальности во всех областях деятельности. Нигде в мире не издается и не расходит­ ся такое огромное количество специальной литературы по различ­ ным отраслям знаний, как в нашей советской стране. Удовлетво­ рение этой неутомимой жажды знаний — почетная обязанность всех научных работников.

Настоящая книга является учебным пособием для среднего технического авиационного состава и инженеров-практиков, са­ мостоятельно изучающих основы сопротивления материалов и строительной механики.

Цель книги — дать читателю ясное представление о работе простейших конструкций и их элементов, научить грамотно про­ изводить элементарные расчеты прочности, встречающиеся в практике эксплоатации и ремонта авиационной техники, подгото­ вить читателя к изучению специальных курсов и, в первую оче­ редь, курса прочности самолета и тем самым создать базу для сознательного изучения новой авиационной техники.

При построении книги и изложении материала учитывалось, что читатель знаком с основными положениями тригонометрии и статики твердого тела. Все выводы и доказательства в книге из­ ложены элементарно, без применения высшей математики. Для этого авторам пришлось предложить несколько необычные выво­ ды ряда формул и ввести дополнительный раздел по элементар­ ному вычислению некоторых интегралов.

Главное внимание авторов в соответствии с целевой установ­ кой книги было обращено на выяснение физической стороны явлений. Всюду, где возможно, рассуждения проводятся приме­ нительно к авиационным конструкциям и их деталям. Для облег­ чения усвоения материала при самостоятельной работе книга иллюстрирована конкретными примерами расчета, кроме того, в ней даны задачи и контрольные вопросы. Вводная глава со­ держит некоторые краткие, наиболее необходимые сведения из математики и механики. Это вызвано желанием учесть неодно­ родность подготовки читателей и сделать книгу более доступной.

Совместное изложение сопротивления материалов и строи­ тельной механики в одной книге позволило при необходимой пол­ ноте содержания значительно сократить объем книги. Чтобы не загружать первые главы книги сложным материалом, рассмотре­ ние пространственных ферм отнесено в конец книги, как наиболее трудное для начинающего читателя.

6