ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Опытвое изучение механических свойств строительных материалов в XVIII веке из "История науки о сопротивлении материалов " Никто другой из ученых XV11I века не дал так много механике упругого тела, как Кулон. Самые ценные его достижения в этой области вошли в его работу, изданную в 1773 г. [c.64] В начале ее сообщается о выполненных Кулоном испытаниях ло определению прочности одной из разновидностей песчаника. Для испытания на растяжение Кулон использовал квадратные плитки со сторонами 0,3 м (1 фут), толщиной 25 мм (1 ) и придавал образцам форму, показанную на рис. 29, а ). Таким путем он находил предел прочности при растяжении равным 15 кг см (215 фтп1дм ). Для испытаний того же материала на срез он пользуется прямоугольными брусками, сечением 25x50 мм (1x2 ) и прилагает срезывающую силу Р в сечении ge заделки (см. рис. 29, б). Он находит, что предел прочности при срезе оказывается в данном случае равным пределу прочности при растяжении. Наконец, он ставит испытания на изгиб (рис. 29, в), пользуясь для этой цели брусками высотой 25 мм (1 ) шириной 50 мм (2 ), длиной 230 мм (9 ) и находит, что предельная нагрузка Р при этом равна 9 кг. [c.64] Кулон указывает, что влиянием поперечных сил на прочность балки можно пренебречь, если высота балки в сравнении с ее длиной мала. [c.66] Сравнивая результаты вычислений по этому уравнению с данными описанных выше опытов, он находит, что вычисленное значение предельной нагрузки оказывается несколько большим, чем получается из опыта. Отсюда он заключает, что центром поворота не может быть точка h, что этот центр должен лежать где-то в точке h (см. рис. 29, г), так что участок сечения bh должен быть сжатым. [c.66] Ширина балки принята равной единице. [c.66] Принимая для кирпича 1//г = 3/4, Кулон находит tga = 2 и из уравнения (f) получает Р = 4адр4. Это хорошо сходится с его экспериментальными данными. [c.67] Во второй части той же статьи (от 1773 г.) Кулон занимается исследованием подпорных стен и арок, но мы отложим обсуждение этого материала на дальнейшее. [c.67] Этот чертеж воспроизводится из мемуара Кулона. [c.67] Установив основное уравнение (i), Кулон углубляется в более тщательное изучение механических свойств материалов, из которых изготовляется проволока. Для каждого типа проволоки об находит предел упругости при кручении, превышение которого приводит к появлению некоторой остаточной деформации. Точно так же он показывает, что если проволока подвергнута предварительно первоначальному закручиванию далеко за предел упругости, то материал в дальнейшем становится более твердым и его предел упругости повышается, между тем как входящая в уравнение (i) величина i остается неизменной. С другой сторны, путем отжига он получает возможность снизить твердость, вызванную пластическим деформированием. Опираясь на эти опыты, Кулон утверждает, что для того, чтобы характеризовать механические свойства материала, необходимы две численные характеристики, а именно число i, определяющее упругое свойство материала, и число, указывающее предел упругости, который зависит от величины сил сцепления. Холодной обработкой или быстрой закалкой можно увеличить эти силы сцепления и таким путем повысить предел упругости, но в нашем распоряжении нет средств, способных изменить упругую характеристику материала, определяемую постоянной 1. Для того чтобы доказать, что это заключение распространяется также и на другие виды деформирования. Кулон проводит испытания на изгиб со стальными брусками, отличающимися один от другого лишь характером термической обработки, и показывает, что под малыми нагрузками они дают тот же прогиб (независимо от своей термической истории), но что предел упругости брусьев, подвергшихся отжигу, получается значительно более низким, чем тех, которые подвергались закалке. В связи с этим под большими нагрузками бруски, подвергшиеся отжигу, обнаруживают значительную остаточную деформацию, между тем как термически обработанный металл продолжает оставаться совершенно упругим, поскольку термическая обработка повышает предел упругости, не оказывая никакого влияния на его упругие свойства. Кулон вводит гипотезу, согласно которой всякому упругому материалу свойственно определенное характерное для него размещение молекул, не нарушаемое малыми упругими деформациями. При превышении предела упругости происходит какое-то остаточное скольжение молекул, результатом чего является увеличение сил сцепления, хотя упругая способность материала сохраняется при этом прежней. [c.69] Реомюр (Кёаитиг, 1683—1757) руководил механическими испытаниями, связанными с изучением различных технологических процессов в стальной промышленности ). Им были проведены испытания проволоки на растяжение с той целью, чтобы установить влияние различных способов термической обработки, и изобретен метод измерения твердости путем измерения углублений, производимых в двух треугольных призмах при вдавливании их одна в другую ребрами под прямым углом. [c.70] Испытывая на ней деревянные брусья прямоугольного сечения, этот физик подтвердил теорию Галилея, согласно которой прочность балки на изгиб пронорцинальна bh . Использовав результаты, полученные им на малых образцах, Мусшенбрук показывает, каким образом может быть вычислена предельная нагрузка и для крупных балок, подобных тем, какие применяются в строительных сооружениях. [c.72] Большая экспериментальная работа по определению прочности каменных строительных материалов была предпринята Перроне. Поводом к ней явилось строительство арочного моста через Сену в Нейи. Перроне спроектировал машину, сходную с конструкцией Готэ, установив ее в Школе мостов и дорог и дополнив ее приспособлением для испытаний на растяжение. В качестве профессора Школы и инженера-строителя Перроне выполнил большое число испытаний. [c.74] И нагруженного в точке у. Круговые диски на верхнем конце образца скользят между вертикалями АВ и EF и препятствуют верхнему концу совершать поперечные движения. Нижний конец образца опирается в точке R. Той же самой машиной пользовались и для испытаний на поперечный изгиб, заставляя нижний конец R стойки оказывать давление на середину горизонтально расположенной балки. Для того чтобы сравнить результаты испытаний стоек со значениями, вычисленными по формуле Эйлера для колонн, производилось экспериментальное определение жесткости стоек при изгибе по способу, рекомендованному Эйлером (см. стр. 46). Эти испытания обнаружили, что деревянные стойки ведут себя далеко не так, как должен был бы вести себя и идеально упругий материал. Прогибы в процессе поперечного изгиба не были пропорциональны нагрузкам и не оставались постоянными под одной и той же нагрузкой, а возрастали по мере увеличения длительности ее действия. Способы укрепления концов стоек и методы приложения нагрузки могли быть подвергнуты критике, поскольку удовлетворительного согласия между результатами испытания и теорией Эйлера не получалось. [c.76] Рассмотренные экспериментальные работы были выполнены в первую очередь французскими инженерами, и собранные ими в большом объеме результаты представили значительную практическую ценность. Так, например, в упомянутом выше руководстве Готэ по мостам мы находим большое количество таблиц с приведенными в них данными о прочности различных сортов железа, дерева и камня. [c.76] Вернуться к основной статье