ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ НАУКИ О СОПРОТИВЛЕНИИ МАТЕРИАЛОВ

Учение о сопротивлении материалов как наука зародилось в эпоху Возрождения около шести веков назад. Основоположниками этой великой науки являются выдающиеся ученые.

Уже в XV в. итальянский ученый и художник Леонардо да Винчи (1452−1519) первым экспериментально исследовал изгиб балки квадратного поперечного сечения, опертой по концам и нагруженной в среднем сечении силой, и правильно установил, что наибольший прогиб балки пропорционален силе и кубу ее длины. Он также впервые экспериментально исследовал устойчивость сжатых стержней.

Леонардо да Винчи (1452−1519)

Однако начало развития сопротивления материалов как науки относят к 1638 г. и связывают с именем механика и астронома Галилео Галилея (1564−1642). Галилей был профессором математики в Падуе, жил в период феодального строя, развития торгового капитала, международных морских сношений и зарождения горной и металлургической промышленности.

Галилео Галилей (1564−1642)

Экономика того времени поставила на очередь решение ряда новых технических проблем. Оживление внешних торговых сношений вызвало необходимость увеличения тоннажа судов, а это повлекло за собой изменение их конструкции; одновременно стал вопрос о реконструкций и создании новых внутренних водных путей сообщения, включая устройство каналов и шлюзов. Эти технические задачи не могли быть решены простым копированием существовавших раньше конструкций судов и сооружений. Возникла необходимость в аналитических расчетах по оценке прочности элементов конструкции в зависимости от их размеров и величины действующих на них нагрузок.

Значительная часть работ Галилея была посвящена решению задач о зависимости между размерами балок и стержней и теми нагрузками, которые могут выдержать эти элементы конструкции. Он указал, что полученные им результаты могут «принести большую пользу при постройке крупных судов, в особенности при укреплении палуб и покрытий, так как в сооружениях этого рода легкость имеет огромное значение». Исследования Галилея опубликованы в его книге «Discorsi e Dimostrazioni matematiche» (1638, Лейден, Голландия).

В XVII в. выдающийся английский ученый, член Лондонского Королевского общества Роберт Гук (1635−1703) экспериментально установил закон прямой пропорциональности перемещений концов металлических стержней приложенным к ним силам. Закон Гука стал фундаментом для дальнейшего развития науки о сопротивлении материалов.

Роберт Гук (1635−1703)

Математик и механик Яков Бернулли (1654−1705) изучал прогибы консольной балки прямоугольного поперечного сечения, нагруженной силой, приложенной на конце консоли. Его сын Даниил Бернулли вывел дифференциальное уравнение поперечных колебаний стержня постоянного поперечного сечения.

Яков Бернулли (1654−1705)

В XVIII веке большой вклад в науку о сопротивлении материалов внес действительный член Петербургской Академии наук Леонард Эйлер (1707−1783), решивший задачу об устойчивости сжатых стержней.

Леонардо Эйлер (1707−1783)

Член Парижской академии наук Жозеф Луи Лагранж (1736−1813) изучал изгиб консольной балки постоянного поперечного сечения, нагруженной на свободном конце силой, на основе интегрирования точного дифференциального уравнения, исследовал изогнутые оси сжатых стержней после потери устойчивости, а также устойчивость шарнирно закрепленного стержня, сжатого силой, приложенной на торце, причем боковые поверхности стержня являются поверхностями второго порядка. Он же поставил задачу о наивыгоднейшей форме очертания стержня с точки зрения наименьшего веса.

Жозеф Луи Лагранж (1736−1813)

Дальнейшее развитие сопротивления материалов шло параллельно с развитием техники строительства и машиностроения и связано с целым рядом работ выдающихся ученых-математиков, физиков и инженеров.

В XIX в. мировую известность приобрели работы русских ученых. В связи с проектированием и постройкой ряда мостов на строившейся Николаевской (ныне Октябрьской) железной дороге между Петербургом и Москвой Д.И. Журавский (1821−1891) решил ряд важных вопросов, связанных с прочностью балок при изгибе.

Дмитрий Иванович Журавский (1821−1891)

X.С. Головин (1844−1904) впервые правильно решил задачу о прочности кривых стержней. В мировую науку прочно вошли работы Ф.С. Ясинского (1856−1899) по вопросам устойчивости элементов конструкций, вызванные к жизни изучением причин разрушения некоторых мостов. Профессор П.И. Собко (1819−1870) организовал крупнейшую лабораторию по испытанию материалов в Петербургском институте инженеров путей сообщения.

С начала XX в. роль русских ученых в науке о сопротивлении материалов стала ведущей. Профессор И.Г. Бубнов (1872−1919) явился основоположником современной науки о прочности корабля. Академик А.Н. Крылов (1863−1945), помимо дальнейшего развития задач о расчете корабля, известен крупнейшими исследованиями в области динамических расчетов.

Алексей Николаевич Крылов (1863−1945)

Профессор Н.П. Пузыревский создал новую методику расчета балок на упругом основании. Из многочисленных трудов академика Б.Г. Галеркина (1871−1945) достаточно упомянуть работы по развитию вариационных методов механики, общему решению пространственной задачи теории упругости и расчету плит. Многих вопросов расчета на прочность касались и работы С.П. Тимошенко (1878−1972).

В советское время передовая роль России закрепилась еще в большей степени. Академик А.Н. Динник (1876−1950) опубликовал ряд крупных работ по устойчивости элементов конструкций. Профессор Н.М. Герсеванов плодотворно работал в области механики грунтов − науки, решающей задачи прочности и устойчивости оснований и фундаментов сооружений и машин. Профессора П.Ф. Папкович (1887−1946) и Ю.А. Шиманский стали во главе школы ученых, занимающихся вопросами прочности кораблей.

Профессор Н.Н. Давиденков создал совместно со своими учениками новую теорию, объясняющую причины разрушения материалов. Большое значение имеют его труды по вопросам динамической прочности и разрушения при ударе. Усилиями советских инженеров разработана новая теория расчета железобетонных конструкций, которая более правильно, чем теории, принятые за границей, отражает действительный характер работы этих конструкций и при обеспеченной прочности дает значительную экономию размеров.

Профессор В.3. Власов (1906−1958) создал новую оригинальную теорию расчета тонкостенных оболочек и тонких стержней, имеющих широкое применение в различных конструкциях.