Глава I. ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ

ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

ИРАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

1.Макроэксперимент

Механика деформируемого твердого тела (МДТТ) является состав­ ной частью механики сплошной среды и представляет собой феноме­ нологическую теорию, в рамках которой дается математическое опи­ сание совокупности опытных фактов, устанавливаемых для твердых тел в процессе макроэксперимента [31].

Механика деформируемого твердого тела включает в себя теории упругости, вязкоупругости, пластичности, ползучести, усталости

имеханики разрушения. Решаемые ею практические задачи связаны

сразработкой методов расчета напряженно-деформированного со­ стояния элементов машин и сооружений и с разработкой методов их: расчета на прочность, устойчивость и долговечность.

Экспериментом называется метод познания, с помощью которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Эксперимент характеризуется тем, что в процессе его постановки и проведения изучаемый объект подвергается актив­ ному и контролируемому воздействию. Этимон отличается, например,: от наблюдения, при Котором исследователь может только фиксиро­ вать изменения в изучаемом объекте, не оказывая никакого влияния' на характер его взаимодействия с другими объектами и окружающей средой.

Экспериментальные исследования служат основой научных тео-. рий, в то же время главной задачей эксперимента чаще всего является проверка основополагающих гипотез и предсказаний теории.

Теории механики деформируемого твердого тела так же, как и другие разделы знаний, базируются на эксперименте, на фактах опыт­ ного происхождения. Поэтому экспериментальные исследования имеют определяющее значение в их формировании и обосновании.

Механические величины, входящие в определяющие уравнения,— силы (напряжения) и перемещения (деформации) — измеряются и определяются в процессе макроэксперимента, т. е. такого экспери­ мента, результаты которого используются для построения и проверки феноменологических теорий механики.

Поэтому, если речь идет об экспериментальных методах в МДТТ,

необходимо учитывать, что имеются в виду методы макроэксперимен­ та, позволяющие устанавливать взаимосвязь между усилиями и деформациями и исследовать закономерности макродеформирования и макроразрушения твердых тел.

Очевидно, что данные макроэксперимента достаточны для обо­ снования феноменологических теорий МДТТ, однако уточнение гра­ ниц применимости этих теорий, а также уравнений состояния может быть выполнено с использованием физического эксперимента, с по­ мощью которого исследуются микроскопические явления в структур­ ных элементах тела. Исследование внутренних процессов в структуре материала является предметом физики, а не механики, но результаты этих исследований могут помочь в выборе наиболее адекватных ме­ ханических моделей. Следовательно, макроэксперимент и физический эксперимент противопоставлять нельзя, они дополняют друг друга и позволяют всесторонне обосновывать справедливость уравнений состояния и базирующихся на них теорий МДТТ. Однако в рамках механики физические методы практически не используются, так как они не имеют самостоятельного значения при формулировании опре­ деляющих уравнений, а их применение связано с реализацией специ­ фической техники эксперимента, существенно отличающейся от тех­ ники макроэксперимента. Поэтому вопросы постановки физического эксперимента ниже рассматриваться не будут.

Необходимо отметить, что развитие механики твердого тела во все времена стимулировалось необходимостью совершенствования ме­ тодов расчета конструкций на прочность. При этом в рамках проч­ ности с использованием аппарата механики должны решаться такие три основные задачи: разработка расчетных и экспериментальных методов оценки напряженно-деформированного состояния элементов конструкций; разработка критериев предельного состояния и формулирование теорий прочности; обоснование методов выбора коэффициентов запаса прочности и значения допускаемых напря­ жений.

в историю развития учения о прочности, то станет очевидным, что эксперимент как средство совершенствования расчетов на прочность уже несколько веков назад получил права гражданства.

Первые известные опыты на прочность были проведены Галилеем, выполнившим экспериментальное исследование поведения балок при изгибе. И хотя с современной точки зрения на основании этих опытов сформулированы неправильные выводы, Галилея можно считать ро­ доначальником макроэксперимента не только в прочности, но и в МДТТ в целом.

Первый и основной закон МДТТ, основанный на использовании

нята попытка описать поведение материалов в условиях неупругого деформирования. X V III в. можно считать веком начала интенсивного использования результатов опытов для построения теорий МДТТ. Так, в X V III в. существенный вклад в создание теорий изгиба и колебаний упругих стержней внесли Эйлер и Бернулли; Эйлером вы­