Санкт-петербург-москва краснодар

ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ВОСЬМОМУ ИЗДАНИЮ


Предлагаемый вниманию читателей учебник написан в соответствии с программой по строительной механике для студентов строительных спе­циальностей. В связи с появлением ЭВМ строительная механика претер­пела серьезные изменения. Поэтому всю историю развития строительной механики можно разделить на два периода: до появления ЭВМ (класси­ческая строительная механика) и после появления ЭВМ. В первой части настоящего курса рассматривается классическая строительная механи­ка. Классические расчетные схемы (балки, арки, фермы, рамы, комби­нированные системы) позволяют понять работу сооружений через рабо­ту простейших расчетных схем. Это имеет огромное значение для раз­вития инженерной интуиции, без которой невозможно проектирование сооружений.
Появление ЭВМ резко расширило рамки строительной механики. Произошел резкий поворот в сторону метода перемещений. Появился метод конечных элементов (МКЭ), позволяющий рассчитывать стержне­вые и нестержневые системы (пластинчатые, оболочечные, пластинчато­стержневые, оболочечно-стержневые и т. д.) с единых позиций. Резко расширились задачи, решаемые в разделе динамики сооружений.
При написании курса авторы стремились, во-первых, максимально ис­пользовать накопленный опыт преподавания классической строительной механики, во-вторых, отразить современное состояние строительной ме­ханики как стержневых, так и нестержневых конструкций.
Первые семь глав курса посвящены классической строительной ме­ханике. При этом авторы придерживались хорошо методически прора­ботанного традиционного изложения, исключив второстепенные вопросы, связанные с упрощением арифметических выкладок. Дальнейшее изложе­ние курса является нетрадиционным, поэтому остановимся на этой части подробно.

6

В восьмой главе рассмотрены общие уравнения строительной механи­ки. Эти уравнения в существующих курсах не нашли должного отраже­ния, так как их использование приводит к громоздким арифметическим выкладкам при решении практических задач. Однако эти уравнения позво­ляют более глубоко понять сущность строительной механики. Кроме того, эти уравнения пишутся чисто формально и их составление легко автома­тизируется с использованием ЭВМ. При этом метод сил и метод переме­щений могут рассматриваться как способы решения системы уравнений смешанного метода. Далее показана связь уравнений строительной меха­ники с уравнениями теории упругости. Таким образом, показано, что курс строительной механики тесно связан с курсом теории упругости. Общие уравнения строительной механики являются тем мостиком, по которому совершается переход от расчета стержневых систем без использования ЭВМ к расчету стержневых систем с использованием ЭВМ.
В девятой главе рассмотрен расчет стержневых систем с использова­нием ЭВМ. Для лучшего понимания расчета на ЭВМ первоначально ре­комендуется провести ряд расчетов на калькуляторах. Широкое использо­вание калькуляторов и их доступность позволяют лучше и быстрее понять работу программы на ЭВМ. Далее показано, что наиболее удобным мето­дом расчета стержневых систем на ЭВМ является метод перемещений.
В курсе строительной механики студенты должны составить свой про­стейший программный комплекс, который они в дальнейшем могут адапти­ровать для решения тех или иных задач. В спецкурсах или дипломном про­ектировании студенты должны либо использовать свой комплекс, либо при­менять существующие универсальные программные комплексы (например, ЛИРА, СПРИНТ и др.). При использовании универсальных комплексов центральным вопросом является организация входных и выходных данных, поэтому в настоящем курсе рассмотрены эти вопросы с общих позиций.
В десятой главе рассмотрены вопросы расчета стержневых систем с учетом геометрической и физической нелинейности. При изложении расчета стержневых систем с учетом геометрической нелинейности рас­смотрены также и вопросы устойчивости. Для решения геометрически и физически нелинейных задач предлагается использовать простейший ли­нейный программный комплекс, составленный студентами по материалам предыдущей главы. При изложении расчета стержневых систем с учетом физической нелинейности рассмотрены и вопросы приспособляемости.
В одиннадцатой главе изложены основы метода конечных элементов, который является естественным распространением методов расчета стерж­невых систем на системы нестержневые (континуальные). Общие уравне­ния стержневых систем, на примере расчета клина, распространяются на

7

решение плоской задачи теории упругости, п тем самым показывается тес­ная связь расчета систем стержневых с системами нестержневымп. Далее рассматривается МКЭ в форме метода перемещений. Построены матри­цы жесткости для прямоугольного п треугольного элементов. Показано на примере плоской задачи, что при стремлении размеров прямоугольно­го элемента к нулю алгебраические уравнения МКЭ переходят в диффе­ренциальные уравнения теории упругости. Рассмотрены вопросы построе­ния матриц жесткости для сложных элементов, суперэлементный подход п особенности комплексов по расчету конструкций с использованием МКЭ.
Следующая, двенадцатая глава посвящена основам динамики. Перво­начально рассматриваются системы с одной степенью свободы п подроб­но изучаются методы решения дифференциального уравнения движения. Далее рассматривается система с двумя степенями свободы.
Особенностью изложения раздела динамики является широкое приме­нение численных методов п персональных ЭВМ (значительное количество графиков в этой главе получено с использованием графопостроителя).
При изучении курса предполагается, что читатель знаком с класси­ческим курсом математики в объеме, соответствующем программе вуза, поэтому последняя, тринадцатая глава содержит некоторые дополнитель­ные сведения из математики, используемые в строительной механике. Основное внимание уделено исследованию п решению систем линейных уравнений по методу Гаусса.
Глубокие знания в области строительной механики позволят инжене­ру при проектировании различных конструкций резко снизить их мате­риалоемкость, перейти на производство новых поколений машин, обору­дования п крупных экономичных сооружений. Учебник предназначен для студентов вузов строительных специальностей п может быть использован пнженерамп-проектпровщпкамп в их практической деятельности. При на­писании книги широко использован опыт работы на ЭВМ, поэтому учеб­ник полезен также для аспирантов п научных работников, работающих в области строительной механики.
Авторы выражают благодарность Jl. М. Шварцману за составление комплекса «Вычислительная механика» с помощью которого решены примеры.
Материал учебника распределен между авторами следующим обра­зом: главы 1—4 п 6—7 написаны А. В. Дарковым. В разработке § 2.8, § 4.1—§ 4.3, § 4.5—§ 4.7, §6.16, подготовленных к печати А. В. Дарковым, принимал участие В. И. Кузнецов. Предисловие п введение составлены
А. В. Дарковым совместно с Н. Н. Шапошниковым. Главы 8—13, а так­же § 2.11, § 4.9 принадлежат Н. Н. Шапошникову.

6

В восьмой главе рассмотрены общие уравнения строительной механи­ки. Эти уравнения в существующих курсах не нашли должного отраже­ния, так как их использование приводит к громоздким арифметическим выкладкам при решении практических задач. Однако эти уравнения позво­ляют более глубоко понять сущность строительной механики. Кроме того, эти уравнения пишутся чисто формально п их составление легко автома­тизируется с использованием ЭВМ. При этом метод сил п метод переме­щений могут рассматриваться как способы решения системы уравнений смешанного метода. Далее показана связь уравнений строительной меха­ники с уравнениями теории упругости. Таким образом, показано, что курс строительной механики тесно связан с курсом теории упругости. Общие уравнения строительной механики являются тем мостиком, по которому совершается переход от расчета стержневых систем без использования ЭВМ к расчету стержневых систем с использованием ЭВМ.
В девятой главе рассмотрен расчет стержневых систем с использова­нием ЭВМ. Для лучшего понимания расчета на ЭВМ первоначально ре­комендуется провести ряд расчетов на калькуляторах. Широкое использо­вание калькуляторов п их доступность позволяют лучше п быстрее понять работу программы на ЭВМ. Далее показано, что наиболее удобным мето­дом расчета стержневых систем на ЭВМ является метод перемещений.
В курсе строительной механики студенты должны составить свой про­стейший программный комплекс, который они в дальнейшем могут адапти­ровать для решения тех плп иных задач. В спецкурсах плп дипломном про­ектировании студенты должны либо использовать свой комплекс, либо при­менять существующие универсальные программные комплексы (например, ЛИРА, СПРИНТ и др.). При использовании универсальных комплексов центральным вопросом является организация входных п выходных данных, поэтому в настоящем курсе рассмотрены эти вопросы с общих позиций.
В десятой главе рассмотрены вопросы расчета стержневых систем с учетом геометрической и физической нелинейности. При изложении расчета стержневых систем с учетом геометрической нелинейности рас­смотрены также и вопросы устойчивости. Для решения геометрически и физически нелинейных задач предлагается использовать простейший ли­нейный программный комплекс, составленный студентами по материалам предыдущей главы. При изложении расчета стержневых систем с учетом физической нелинейности рассмотрены п вопросы приспособляемости.
В одиннадцатой главе изложены основы метода конечных элементов, который является естественным распространением методов расчета стерж­невых систем на системы нестержневые (континуальные). Общие уравне­ния стержневых систем, на примере расчета клина, распространяются на

7

решение плоской задачи теории упругости, и тем самым показывается тес­ная связь расчета систем стержневых с системами нестержневыми. Далее рассматривается МКЭ в форме метода перемещений. Построены матри­цы жесткости для прямоугольного и треугольного элементов. Показано на примере плоской задачи, что при стремлении размеров прямоугольно­го элемента к нулю алгебраические уравнения МКЭ переходят в диффе­ренциальные уравнения теории упругости. Рассмотрены вопросы построе­ния матриц жесткости для сложных элементов, суперэлементный подход и особенности комплексов по расчету конструкций с использованием МКЭ.
Следующая, двенадцатая глава посвящена основам динамики. Перво­начально рассматриваются системы с одной степенью свободы и подроб­но изучаются методы решения дифференциального уравнения движения. Далее рассматривается система с двумя степенями свободы.
Особенностью изложения раздела динамики является широкое приме­нение численных методов и персональных ЭВМ (значительное количество графиков в этой главе получено с использованием графопостроителя).
При изучении курса предполагается, что читатель знаком с класси­ческим курсом математики в объеме, соответствующем программе вуза, поэтому последняя, тринадцатая глава содержит некоторые дополнитель­ные сведения из математики, используемые в строительной механике. Основное внимание уделено исследованию и решению систем линейных уравнений по методу Гаусса.
Глубокие знания в области строительной механики позволят инжене­ру при проектировании различных конструкций резко снизить их мате­риалоемкость, перейти на производство новых поколений машин, обору­дования и крупных экономичных сооружений. Учебник предназначен для студентов вузов строительных специальностей и может быть использован инженерами-проектировщиками в их практической деятельности. При на­писании книги широко использован опыт работы на ЭВМ, поэтому учеб­ник полезен также для аспирантов и научных работников, работающих в области строительной механики.
Авторы выражают благодарность Jl. М. Шварцману за составление комплекса «Вычислительная механика» с помощью которого решены примеры.
Материал учебника распределен между авторами следующим обра­зом: главы 1—4 и 6—7 написаны А. В. Дарковым. В разработке § 2.8, § 4.1—§ 4.3, § 4.5—§ 4.7, §6.16, подготовленных к печати А. В. Дарковым, принимал участие В. И. Кузнецов. Предисловие и введение составлены
А. В. Дарковым совместно с Н. Н. Шапошниковым. Главы 8—13, а так­же § 2.11, § 4.9 принадлежат Н. Н. Шапошникову.