1 Дәріс Құрылыс механикасы

1.

Пән:
«Құрылымдық механика»
Пәннің мақсаты мен міндеттері
Мақсаты
Құрылымдық механиканың мақсаты:
Құрылымдық элементтердің ішкі күштерін (мысалы, иілу моменті,
көлденең және бойлық күштер) және жүктеме әсерінен деформациясын
анықтау.
Конструкцияның беріктігін, қаттылығын және тұрақтылығын есептеу.
Қауіпсіз әрі үнемді құрылымдық шешімдер қабылдауға негіз жасау.
Міндеттері
Механиканың негізгі ұғымдары мен заңдарын
меңгерту:
Қарапайым механикалық жүйелерді талдау
дағдыларын қалыптастыру
Инженерлік есептерді шешуге қажетті теориялық
база беру
Графикалық және аналитикалық әдістермен
жұмыс істеуді үйрету
Авторлық ұжым:
Найманова Г.Т., т.ғ.к., ассоц. профессор

2.

Кіріспе: Құрылымдық
механиканың негізгі
принциптері мен ережелері
Құрылымдық механика - қазіргі заманғы инженерияның негізгі тірегі болып
табылатын ғылым саласы. Материалдардың сыртқы күштерге қалай жауап
беретінін, құрылымдардың беріктігі мен тұрақтылығын қамтамасыз ету әдістерін
зерттейді. Бұл курс арқылы сіз механиканың фундаменталды заңдарын меңгеріп,
инженерлік жобалаудың теориялық негіздерін түсінесіз.

3.

1-бөлім: Құрылымдық механикаға кіріспе
Ғылыми негіз
Инженерлік қолдану
Заманауи маңызы
Құрылымдық механика -
Инженерлік жүйелердің беріктігі мен
Қазіргі заманғы инженерлік жобалаудағы
материалдардың сыртқы күштерге қалай
сенімділігін қамтамасыз етудің негізі.
орны ерекше. Жаңа материалдар мен
әрекет ететінін зерттейтін ғылым. Физика
Ғимараттар, көпірлер, машиналар
технологиялармен дамып келеді.
заңдары мен математикалық
жобалауда қолданылады.
модельдеуді қолданады.
Құрылымдық механика инженерлердің күнделікті жұмысында қолданатын негізгі құралы болып табылады. Ол теориялық білім мен
практикалық дағдыларды біріктіреді.

4.

Механиканың тарихы мен дамуы
Тарихи дамуы
XVII ғасыр
1
Исаак Ньютонның қозғалыс
заңдары (1687) - классикалық
механиканың негізін қалады
2
Галилейдің үлесі
Инерция заңының ашылуы
Қазіргі кез
3
механиканың дамуына үлкен
серпін берді
Материалдар мен жүктемелерді
зерттеу, компьютерлік модельдеу
дамуы
Механиканың дамуы ғылыми революциялармен тығыз байланысты. Ньютонның жұмысы

5.

Исаак Ньютон - классикалық механиканың негізін қалаушы

6.

Ньютонның үш механика заңы
Бірінші заң: Инерция заңы
Екінші заң: Күш заңы
Дене сыртқы күш әсер етпесе,
Күш пен үдеу арасындағы байланысты
тыныштықта немесе бірқалыпты түзу
анықтайды: F = ma. Денеге әсер ететін
Әр әрекетке қарсы әрекет бар. Бір дене
сызықты қозғалыста болады. Бұл заң
күш оның массасы мен үдеуінің
екіншіге күш қолданса, екіншісі де бірінші
объектілердің қозғалыс күйін сақтау
көбейтіндісіне тең.
денеге қарама-қарсы бағытта тең күш
қасиетін сипаттайды.
Үшінші заң: Әрекет-қарсы
әрекет
қолданады.

7.

Құрылымдық механикадағы негізгі ұғымдар
Күш, кернеу, деформация
Құрылымға әсер ететін сыртқы күштер, ішкі кернеулер және пайда болатын
деформациялар арасындағы байланыс.
Статикалық жүктемелер
Уақыт бойынша өзгермейтін немесе баяу өзгеретін күштер. Ғимараттардың өз
салмағы, қар жүктемелері.
Динамикалық жүктемелер
Уақыт бойынша тез өзгеретін күштер. Жел жүктемелері, жер сілкіністері,
тербелістер.
Кернеу мен деформация арасындағы қатынас
материалдың қасиеттерін анықтайды. Бұл білім
құрылымдарды есептеуде маңызды.

8.

Құрылымдық жүйелердің түрлері
Таралған жүктемелер
Шоғырланған жүктемелер
Күрделі жүйелер
Құрылымның белгілі бөлігіне бірқалыпты
Бір нүктеде немесе шағын аймақта
Көптеген элементтерден тұратын
немесе өзгермелі түрде әсер ететін
қолданылатын күштер. Бағандарға түсетін
құрылымдар. Қысу, созу, иілу, бұралу
күштер. Мысалы, көпірге әсер ететін көлік
жүктеме немесе ауыр жабдықтың
әсерлерінің біртұтас әсері.
жүктемесі.
салмағы.

9.

Материалдардың механикалық қасиеттері
Эластикалық деформация
Жүктеме алынғаннан кейін материал
өзінің алғашқы ф ормасын қалпына
келтіреді. Серіппе сияқты әрекет етеді.
Шаршау төзімділігі
Пластикалық деформация
Жүктеме алынған соң материалда
қайтымсыз өзгерістер болады.
Металдарды қалыптау процесінде
қолданылады.
Беріктік қасиеттері
Қайталанбалы жүктемелерге төзімділік.
Материалдың сыну, жарылу немесе
Ұзақ мерзімді пайдалану кезінде маңызды
қирауға төзімділігі. Қауіпсіз жұмыс
параметр.
жүктемесін анықтайды.

10.

Материалдардың кернеу-созылу диаграммасы: эластикалық және пластикалық
аймақтар

11.

Құрылымдық элементтерге әсер ететін күштер
01
Түзу кернеу
Созу және қысу - материалдың талшықтары бойынша әсер ететін күштер
02
Қисық кернеу
Иілу - элементтің ұзына бойындағы қисықтық пайда болуы
03
Кесу кернеулері
Қақ бөлінуге әкелетін күштер - қысқы жүктемелер
04
Бұралу кернеулері
Элементтің өз осі бойынша бұрылуын тудыратын күштер
Түрлі кернеу түрлерінің құрылымдық элементтерге әсері әртүрлі. Есептеулерде барлық

12.

Статикалық тепе-теңдік принциптері
Күштердің теңгерімі
Моменттердің теңгерімі
Есептеу әдістері
Құрылымның қозғалыссыз қалуы үшін
Кез келген нүктеге қатысты барлық
Нүктелік және таралған күштерді есептеу
барлық сыртқы күштердің векторлық
моменттердің қосындысы нөлге тең: ΣM
үшін математикалық және графикалық
қосындысы нөлге тең болуы керек: ΣF =
=0
әдістер қолданылады
0
Тепе-теңдік теңдеулері құрылымдық механиканың негізгі құралдары. Олар арқылы белгісіз реакциялар мен ішкі күштерді анықтауға болады.

13.

Қозғалыс және деформацияның негізгі заңдары
Гук заңы
Деформация есептеу
Кернеу таралуы
Кернеу мен созылу арасындағы
Құрылымдық элементтердің пішін
Материал ішіндегі кернеулердің қалай
сызықтық байланысты сипаттайды: σ =
өзгерісін анықтау әдістері. Сызықтық
таралатыны. Концентрация аймақтары
Eε, мұндағы E - серпімділік модулі
және бұрыштық деформациялар
мен критикалық нүктелер

14.

Құрылымдық механикадағы негізгі теңдеулер
Математикалық негіздер
Қозғалыс теңдеулері
Материал қасиеттері
Мұндағы u - орын ауыстыру, t - уақыт
ε - салыстырмалы деформация
Кернеу-шығу теңдеулері
Серпімділік модулі
σ - кернеу, F - күш, A - қима ауданы
Материалдың қаттылығын сипаттайды
Бұл теңдеулер құрылымдық есептеулердің математикалық негізін құрайды.

15.

Құрылымдық механикадағы динамика
Динамикалық жүктемелер
Тербелістер
Уақыт бойынша өзгеретін күштердің
Құрылымдардың табиғи жиіліктері.
құрылымға әсері. Жылдам өзгерістер
Резонанс пайда болу қаупі және оны
қауіпті болуы мүмкін.
Тұрақтылық талдауы
Құрылымның динамикалық жүктемелерге
төзімділігін бағалау. Қауіпсіздік
шекараларын анықтау.
болдырмау жолдары.
Сөндіру жүйелері
Тербелістерді азайту әдістері. Арнайы
құрылғылар мен материалдардың
қолданылуы.

16.

Құрылымның тербеліс графигі және сөндіру процесі

17.

Құрылымдық механикадағы есептеу әдістері
Аналитикалық әдістер
Қолмен есептеу
Классикалық математикалық әдістер. Қарапайым
Дифференциалдық теңдеулер, интегралдау, матрицалық
есептеулер. Күрделі геометриялы құрылымдар үшін.
конструкциялар үшін дәл нәтижелер береді. Инженерлердің
базалық дағдысы.
Компьютерлік симуляция
Сандық әдістер
Элементтер әдісі (FEM), айырымдық схемалар. Компьютерлік
есептеулердің негізі.
ANSYS, ABAQUS сияқты арнайы бағдарламалар. Нақты
жағдайларды модельдеу мүмкіндігі.

18.

Құрылымдық механиканың инженерлік қолданылуы
Азаматтық құрылыс
Ғимараттар, көпірлер, туннельдер жобалау. Сейсмикалық және жел жүктемелерін ескеру.
Машина жасау
Машина бөлшектерінің беріктігі мен төзімділігін есептеу. Динамикалық жүктемелерді талдау.
Авиация және ғарыш
Жеңіл және берік конструкциялар. Экстремалды жағдайларға төзімділік қамтамасыз ету.
Құрылымдық механиканың қолдану аясы өте кең. Қарапайым тұрмыстық заттардан бастап

19.

Құрылымдық механикадағы қауіпсіздік
коэффициенті
1
2
3
Қауіпсіздік коэффициентінің
маңызы
Сенімділік қамтамасыз ету
Апаттарды болдырмау
Материалдардың қасиеттеріндегі
Тарихи апаттардан алынған сабақтар
Есептелген жүктеменің нақты беріктіктен
ауытқуларды, есептеу қателіктерін және
негізінде стандарттар мен нормалар
қанша есе аз болуын көрсетеді. Әдетте
күтпеген жүктемелерді ескереді.
жасалады.
2-4 аралығында таңдалады.
Қауіпсіздік коэффициенті тым төмен болса апат қаупі, тым жоғары болса экономикалық шығындар артады.

20.

Материал дарды ң сы ну және шаршау теориял ары
Хрупкий сы ну
Пл астикал ы қ сы ну
Шаршау сы ну
Пластикалық деформациясыз кенеттен
Алдын ала деформациядан кейін болатын
Қайталанбалы жүктемелердің әсерінен
болатын сыну. Шыны, керамика, чугун
сыну. Болат, алюминий сияқты
бірте-бірте дамитын сыну. Ауыспалы
сияқты материалдар үшін тән.
пластикалық материалдар.
кернеулердің қаупі.
Шаршау процесі қызмет мерзімін анықтайды. S-N диаграммалары арқылы өмірлік циклды болжауға болады.

21.

Құрылымдық механикадағы эксперименттік әдістер
Созу сынағы
Сығу сынағы
Мониторинг жүйелері
Материалдың созу кезіндегі мінез-құлқын
Әсіресе бетон, тас сияқты сығу кернеулеріне
Нақты құрылымдардың жай-күйін үздіксіз
зерттеу. Серпімділік модулі, ағу шегі, беріктік
жақсы төзетін материалдарды сынау әдісі.
бақылау. Сенсорлар мен
шегін анықтау.
автоматтандырылған жүйелер.

22.

Құрылымдық механикадағы заманауи зерттеулер
Композиттер
Наноматериалдар
Графен, көміртек нанотүтіктері сияқты жаңа
Талшықты композиттер, металл матрицалы
композиттердің дамуы
материалдардың қасиеттері
Интеллектуалды материалдар
Пішін есте сақтайтын материалдар,
пьезоэлектрик элементтер
Цифрлық егіздер
Құрылымдардың виртуалды модельдерін
жасау және басқару
Жасанды интеллект
Машиналық оқыту арқылы конструкцияларды
оңтайландыру

23.

Композит материалдардың құрылымы мен заманауи қолданылуы

24.

Құрылымдық механикадағы негізгі ережелер
1
Симметрия принципі
2
Жүктеме жолдары
3
Материал үйлесімділігі
Құрылымдардың симметриялы
Күштердің тиімді жолмен берілуі
Ә ртүрлі материалдардың серпімділік
орналасуы жүктемелердің бірқалыпты
маңызды. Қысқа және тікелей жол
модульдері мен жылулық кеңею
таралуын қамтамасыз етеді.
дегеніміз - аз материал шығыны және
коэф ф ициенттерін ескеру қажет.
Геометриялық симметрия
жоғары сенімділік.
Үйлесімсіздік кернеу концентрациясын
есептеулерді жеңілдетеді.
тудырады.

25.

Құрылымдық механикадағы есептеу мысалы
Қарапайым тірелген балканың иілуі
Берілген мәліметтер:
Балка ұзындығы: L = 6 м
Таралған жүктеме: q = 10 кН/м
Материал: болат (E = 200 ГПа)
Қима: I-арқалық №20
Есептеу кезеңдері:
Есептеу нәтижесінде қауіпсіздік коэффициенті k = 2.5
1. Тірек реакцияларын анықтау
2. Иілу моментін есептеу
3. Максималды кернеуді табу
4. Қауіпсіздік коэффициентін тексеру
болды.

26.

Құрылымдық механикадағы типтік қателіктер
Материал таңдауындағы
қателіктер
Жүктемелерді дұрыс
есептемеу
Жобалау қателіктері
Жұмыс жағдайларына сәйкес емес
Динамикалық коэффициенттерді
түйіндерін дұрыс жобаламау,
материал таңдау. Коррозия,
ескермеу, жел мен сейсмикалық
деформация шектерін бұзу.
температура, шаршау факторларын
жүктемелерді қате есептеу, пайдалану
ескермеу.
жүктемесін төмен бағалау.
Қателіктердің көпшілігі дұрыс талдау мен тексерудің болмауынан туындайды.
Кернеу концентрациясын ескермеу, тірек

27.

Құрылымдық механиканың болашағы
Жаңа материалдар
1
Биоматериалдар, өздігінен қалпына келетін материалдар,
экологиялық таза композиттердің дамуы
2
Цифрлық технологиялар
Виртуалды және кеңейтілген шындық, цифрлық егіздер,
Тұрақты даму
3
интернет заттар технологиясы
Энергия үнемдейтін конструкциялар, қайта өңделетін
материалдар, көміртек іздерін азайту
4
Автоматтандыру
3D принтинг, роботтандырылған құрылыс, автономды
жөндеу жүйелері

28.

Қорытынды: Құрылымдық механиканың маңызы
Қауіпсіздік кепілі
Ғылым мен практиканың
көпірі
Прогрестің қозғаушы күші
қауіпсіздігін қамтамасыз етуде маңызды
Теориялық білім мен практикалық
прогрестің негізі. Болашақ ұрпақ үшін
рөл атқарады. Адам өмірін қорғауда
қолдану арасындағы байланыс. Ғылыми
қауіпсіз және тиімді құрылымдар жасау.
басты факторлардың бірі.
жетістіктерді нақты инженерлік
Инженерлік жүйелердің сенімділігі мен
шешімдерге айналдырады.
Тұрақты даму мен технологиялық

29.

Қазіргі заманғы көпір құрылымы және оның инженерлік есептеулері

30.

Қосымша әдебиеттер мен ресурстар
Негізгі оқулықтар
Бағдарламалық қамтамасыз ету
Р.К. Хибблер "Құрылымдық механика" - негізгі принциптер мен
ANSYS - күрделі FEM талдауы
мысалдар
MATLAB - есептеулер мен визуализация
Ф.П. Бир, Э.Р. Джонстон "Материалдардың беріктігі" -
AutoCAD - техникалық сызбалар
SolidWorks - 3D модельдеу
классикалық еңбек
С.П. Тимошенко "Серпімділік теориясы" - терең теориялық негіз
Үздіксіз оқу мен практикалық тәжірибе инженердің кәсіби
Заманауи ресурстар
MIT OpenCourseWare - тегін онлайн курстар
Coursera және edX платформалары
IEEE мен ASCE журналдары
дамуының кепілі болып табылады.

31.

Сұрақтар мен талқылау
Теориялық сұрақтар
Практикалық мысалдар
Келесі тақырыптар
Ньютон заңдарының құрылымдық
Нақты инженерлік есептерді шешу
Сіздерді қандай арнайы тақырыптар
механикадағы қолданылуы туралы
жолдарын талқылайық. Әртүрлі
қызықтырады? Динамика, композит
сұрақтарыңыз бар ма? Материалдардың
конструкцияларға арналған есептеу
материалдар, сейсмикалық есептеулер
қасиеттері мен есептеу әдістері туралы
әдістерін қарастыра аламыз.
не басқа бағыттар?
не білгіңіз келеді?
Назарларыңызға рахмет! Сұрақтарыңызды күтеміз.