В статике мы изучали абсолютно твердые тела, которые под действием внешних сил не изменяют размеров и формы. В действительности таких тел нет, все реальные элементы конструкций и машин при действии на них внешних сил изменяют свою форму и размеры - деформируются и при некоторой величине сил могут разрушиться.
Способность деформироваться - одно из основных свойств всех твердых тел. Она является следствием их молекулярного строения. Как известно, твердые тела состоят из молекул, расположенных беспорядочно (аморфное строение) или в определенном порядке (кристаллическое строение). Молекулы не за-полняют всего объема тела, а удерживаются на некотором расстоянии одна от другой под влиянием межмолекулярных сил взаимодействия. Приложение внешних сил нарушает нормальные расстояния между молекулами, и тело деформируется. При этом изменяется нормальное межмолекулярное взаимодействие и внутри тела возникают силы, которые противодействуют деформации и стремятся вернуть частицы тела в прежнее положение. Эти внутренние силы называют силами упругости, а свойство тел устранять деформацию после прекращения действия внешних сил называется упругостью.
Если тело не восстанавливает первоначальной формы и размеров, деформации называют остаточными или пластичными. Наличие остаточных деформаций в деталях машин в подавляющем большинстве недопустимо. Внутренние силы могут увеличиваться лишь до определенного предела, характеризуемого прочностью материала. Если внутренние силы не в состоянии уравновесить внешние нагрузки, тело разрушается.
Для расчета реальной конструкции, установления математических соотношений между действующими силами, геометрическими размерами деталей конструкции, деформациями и силами упругости необходимо отбросить несущественные с точки зрения расчета факторы, т.е. идеализировать конструкцию - создать расчетную схему, сохраняющую основные свойства реальной конструкции, но лишенную ее второстепенных свойств.
Основные допущения и принципы, принятые при расчете конструкций:
1. Все тела предполагаются абсолютно упругими.
2. Все тела по своему строению предполагаются сплошными, не имеющими во внутренней структуре трещин или полостей.
3. Материал рассматривается как однородная, изотропная, сплошная среда, обладающая свойством упругости.
Изотропный материал обладает одинаковыми физико-механическими свойствами во всех направлениях (не изотропный материал - дерево, оно по разному сопротивляется нагружению вдоль и поперек волокон).
4. Перемещения точек тела под действием нагрузок очень малы по сравнению с размерами тела, поэтому уравнения равновесия составляются как для недеформируемого тела.
5. Перемещения точек упругого тела прямо пропорциональны действующим нагрузкам.
6. Внешние силы действуют независимо друг от друга. Результат действия на тело нескольких сил равен сумме результатов действия каждой силы, при этом порядок приложения сил безразличен. Это положение известно под названием принципа независимости действия сил.