Прикладная механика¶

Прикладная механика — раздел механики и технической науки, изучающий методы и результаты применения законов теоретической механики к решению инженерных задач: расчёту конструкций, машин, механизмов и сооружений. Занимает промежуточное положение между фундаментальной физикой и инженерным проектированием, обеспечивая переход от абстрактных математических моделей к конкретным техническим решениям.

¶Предмет и место в системе наук

Прикладная механика оперирует результатами теоретической механики — статикой, кинематикой, динамикой, сопротивлением материалов, теорией упругости и пластичности — и направляет их на расчёт реальных объектов. В отличие от теоретической механики, рассматривающей общие законы движения и равновесия тел, прикладная механика решает частные задачи: определение напряжений в балке, устойчивость колонны, вибрации ротора, нагрузки на крановый механизм.

Смежными дисциплинами являются сопротивление материалов (прочность и деформация элементов конструкций), теория механизмов и машин (kinematics и dynamics механизмов), строительная механика (расчёт зданий и мостов), машиноведение, а также гидравлика и аэромеханика. Во многих вузах прикладная механика преподаётся как интегрирующий курс, объединяющий эти дисциплины.

¶Основные разделы

Классически прикладная механика подразделяется на следующие области:

• Статика и сопротивление материалов — расчёт равновесия и прочности конструктивных элементов: балок, стержней, плит, оболочек.
• Кинематика и теория механизмов — изучение геометрии движения звеньев механизмов, построение кинематических схем, синтез механизмов.
• Динамика машин — расчёт ускорений, сил инерции, моментов, колебаний, балансировка роторов.
• Теория упругости и пластичности — задачи деформирования твёрдых тел, контактные задачи, ползучесть.
• Гидро- и аэромеханика — течение жидкостей и газов вокруг тел, расчёт сопротивления, подъёмной силы.
• Строительная механика — расчёт несущих конструкций зданий, мостов, башен, кранов.

¶История

Истоки прикладной механики восходят к работам Леонардо да Винчи (1452—1519), исследовавшему прочность материалов и трение, и Галилео Галилея (1564—1642), сформулировавшему первые количественные законы сопротивления материалов. Исаак Ньютон (1643—1727) в «Началах» заложил общую динамическую основу.

В XVIII—XIX веках развитие получили аналитическая механика (Лагранж, Эйлер, Пуассон), теория упругости (Коши, Пуассон, Сен-Венан), теория колебаний (Рэлей). В России значительный вклад внесли М. В. Ломоносов, Л. Эйлер (работавший в Петербурге), Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин, заложившие основы аэродинамики и теории полёта.

В XX веке прикладная механика развивалась в связи с потребностями авиации, ракетостроения, атомной энергетики и машиностроения. Появились новые направления: механика разрушения (Гриффитс, Ирвин), механика композитов, вычислительная механика, использующая метод конечных элементов.

¶Методы

Основные методы прикладной механики:

1. Аналитические — решение дифференциальных уравнений, вариационные методы (принципы Лагранжа, Гамильтона).
2. Численные — метод конечных элементов (МКЭ), метод конечных разностей, метод граничных элементов. Широко применяются с 1960-х годов.
3. Экспериментальные — напряжения, деформации, вибрации измеряются тензодатчиками, стробоскопами, лазерными виброметрами; испытания проводятся на стендах и в аэродинамических трубах.
4. Компьютерное моделирование — конечно-элементные пакеты ANSYS, ABAQUS, «Лира», «Сапфир» и другие.

¶Применение

Прикладная механика используется в машиностроении (расчёт двигателей, передач, подшипников), строительстве (каркасы зданий, мосты, плотины), авиации и космосе (аэродинамика, прочность корпуса, теплозащита), судостроении, транспорте, энергетике (турбины, реакторные установки). В России традиционно сильные школы в области прикладной механики сложились в МГУ, МГТУ им. Н. Э. Баумана, СПбПУ, ЦАГИ, Институте проблем механики РАН.

¶Связь с инженерным образованием

Прикладная механика входит в обязательный блок инженерных дисциплин технических вузов. Курс включает элементы статики, сопротивления материалов, теории механизмов и динамики машин. В ряде стран (США, Германия) выделяется как отдельная инженерная специальность «прикладная механика» (англ. applied mechanics, нем. Technische Mechanik).

¶См. также

• Теоретическая механика
• Сопротивление материалов
• Метод конечных элементов
• Строительная механика

¶Источники

• Гольденвейзер А. А. Теоретическая механика. — М.: Физматгиз.
• Биргер И. А., Шорр Б. Ф. Техническая механика. — М.: Машиностроение.
• Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана.
• Бессонов Л. А. Теоретические основы технической механики. — М.: Высшая школа.
• Герасимов А. Н. Прикладная механика: учебное пособие.