Здесь обобщены последние мировые достижения в современной теории и методах расчета деталей и узлов машин. В рамках принятых гипотез и моделей - это точные методы расчета динамических и тепловых нагрузок, напряженно-деформированного состояния, статической и динамической устойчивости. В качестве расчетных классических моделей рассмотрены системы с распределенными параметрами при­менительно к моделям стержней, пластин, оболочек и др.

Поскольку реальные машины и конструкции наделены разнообразными физическими свойствами и имеют всякого рода несовершенства (зазоры в сочленениях, трение, гистерезис-ные свойства, сложная геометрическая форма деталей и др.), не всегда поддающиеся точному теоретическому описанию, основным вопросом является выбор расчетной схемы, т.е. расчетной модели с заданным числом параметров, которое не охватывает все множество свойств реального объекта, но заключает в себе его существенное, главное. Разработка расчетной модели в значительной мере определяет совершенство расчетов. Схематизация, выбор модели объекта совершен­но необходимы, так как решение задачи с полным учетом всех свойств реального объекта осуществить принципиально невозможно.

Для расчета приходится обосновывать не только модель реальной конструкции: формы деталей, число степеней свободы, характер внешних и внутренних связей и т.д., приходится наделять определенными свойствами и сами твердые тела и рабочие жидкости. Причем, свойства, которыми наделяется модель, зависят от действующих нагрузок и целей расчета. Например, для задач статики, кроме особых случаев, нет смысла учитывать вязкость жидкости и вязкость деформируемого твердого тела. В задачах гидродинамики можно не учитывать сжимаемость жидкости, если скорость ее движения значительно меньше скорости звука (А/«1). При вынужденных колебаниях системы с малым сопротивлением можно не учитывать силы сопротивления и результат будет почти точным, если частота со изменения внешней силы значительно меньше частоты свободных колебаний р; но это решение будет совершенно неверным при резонансе, когда р=а. При расчетах на прочность схематизируют свойства материала, из которого изготовляются детали машин и конструкций. Материал рас­сматривается как однородная сплошная среда, которая наделяется свойствами упругости, пластичности, ползучести; сплошную среду принимают изотропной или анизотропной, в некоторых случаях рассматривают очаги концентрации напряжений, возникновение и развитие трещин. Геометрические формы реальных объектов при­водятся, как правило, к схеме бруса, пластины или оболочки.

Для решения задач динамики важным является выбор числа степеней свободы и обоб­щенных координат, так как, строго говоря, мы всегда имеем дело с системой, обладающей бесконечным числом степеней свободы. Для одной и той же системы может быть предложено несколько моделей в зависимости от начальных условий, требуемой точности, характера действующих сил и задач исследования.

Сложность изучаемой механической системы в частности, при исследовании машинных конструкций, обусловливается очень часто не только числом степеней свободы, но и тем, в какой мере отдельные элементы могут интерпретироваться как стержни, балки, пластины и т.п. стандартные элементы

Выбор, обоснование модели является важнейшей частью творческой деятельности инженера. Методы расчета можно найти в книгах, выбор моделей объекта всецело основан на опыте, интуиции и здравом смысле. Инженер должен уметь, оценивать полученный из расчета результат, его приложимость к реальной конструкции. Это можно сделать сравнением модели с конструкцией: т.е. насколько избранная модель адекватно отражает свойства конструкции. Иногда расчет надо провести по нескольким моделям и дать оценку результатам с разных сторон. Однако исчерпывающий ответ можно получить только из сравнения результатов расчета, экспе­римента и опыта.

Уметь рассчитать динамические и тепловые нагрузки, определить напряженно-деформированное состояние, статическую и динамическую устойчивость объектов машиностроения, транспортной, горной и строительной техники, экспериментально исследовать механическое состояние машины и отдельных ее деталей и должным образом толковать результаты наблюдений -необходимые качества современного квалифицированного инженера-механика.

Принципы и основные уравнения механики упругого деформируемого твердого тела: теории деформаций и напряжений, дифференциальные уравнения равновесия, связь между компонентами напряжения и деформации, общие теоремы теории упругости и строительной механики, вариационные принципы и их использование для решения задач механики деформируемого твердого тела, методы конечных и граничных элементов.

Методы механики деформируемого твердого тела, обладающего свойствами пластичности и ползучести: критерии и теории пластичности, теория предельного состояния, теория ползучести при одноосном напряженном состоянии и ее обобщение на неодноосное напряженное состояние, методы решения задач теории пластичности.

В отличие от методов сопротивления материалов рассмотрены новые, более эффективные подходы к оценке прочности и разрушения. Разрушение материала здесь рассматривается как происходящий во времени процесс при кратковременном, длительном, динамическом и циклическом нагружениях. Изложены теория напряженно-деформированного состояния и критерии разрушения тел с трещинами, расчеты на прочность по номинальным и местным напряжениям и деформациям, методы расчета на трещиносгойкость.

Вопрос термопрочности материалов, которая особенно важна для современных энергетических машин с высокими параметрами рабочих процессов: основные соотношения термомеханики, методы расчета температурного состояния и термоупру­гих напряжений элементов конструкций, прикладные задачи термопластичности и термоползучести, методы математического моделирования теплонапряженных конструкций на ЭВМ.

Механике композиционных материалов, которые находят все большее применение в машиностроении, посвящен пятый раздел. В нем изложена макро- и микромеханика армированного монослоя, включая вопросы упругости, ползучести, кратковременной и длительной прочности, термоупругие и диссипативные свойства слоистых композитов, свойства конструкционных композиционных материалов.

Теория и методы анализа колебаний механических систем, которые приобретают особое значение в связи с ростом мощностей и скоростей движения машин и их механизмов, уменьшением относительной массы, повышением надежности, обеспечением устойчивости и управляемости. Изложены основы линейной и нелинейной теории колебания механических систем с сосредоточенными и распределенными параметрами, случайные колебания линейных систем, задачи виброизоляции машин и механизмов, особенности расчета на ударные нагрузки.

Устойчивости механических систем посвящен седьмой раздел. Здесь даны критерии устойчивости, устойчивость равновесия, численные методы анализа равновесия, устойчивостъ неул-ругих систем, устойчивость роторов и аэрогид-роупругих систем, устойчивость при случайных воздействиях.

Теория и методы расчета напряженно-деформированного состояния классических моделей прикладной механики - стержней и стержневых систем, пластин и оболочек, дисков и. толстостенных труб с учетом свойств пластичности и ползучести материала, в линейной и нелинейной постановках. Рассмотрим задачи устойчивости и колебаний, даны методы численного расчета.

Экспериментальные методы исследования динамики и прочности конструкций, главным образом применительно к условиям работы механизмов и машин в экстремальных услозиях. Представим испытательные стенды и установки, методы и средства измерений при испытаниях на прочность, ползучесть, усталость, удар, определение демпфирующих свойств, трещи ио стой кость при нормальных и особенно высоких и низких температурах, моделирование и испытание конструктивно подобных моделей.

Последняя часть посвящена теории механизмов и машин. Здесь изложены методы кинематического анализа и синтеза механизмов для воспроизведения заданного движения, методы синтеза приводов машин, вопросы точности механизмов, динамики и уравновешивания роторов, приведены типовые механизмы, применяемые в современной технике, программы выбора рациональных механизмов с использованием ЭВМ.

Предлагаемый читателю материал изложенный в форме, доступной для практических инженерных расчетов. По своему содержанию является уникальным, и можно надеяться, что он окажется настольной книгой инженера и будет полезен для студентов, аспирантов и преподавателей высших технических учебных заведений.