Rezistenta materialelor. Eseuri

PREFATA

Rezistenta materialelor sau Mecanica solidelor deformabile, denumire sub care mai este cunoscuta, impreuna cu Teoria elasticitatii, are o prezenta semnificativa in existenta societatii si o istorie indelungata. Realizarile de exceptie care reprezinta sub aspect tehnic si artistic cele sapte minuni ale lumii antice: Marea piramida din Giza sau Piramida lui Keops, Gradinile suspendate ale Semiramidei, Templul zeitei Artemis din Efes, Statuia lui Zeus din Olympia, Mausoleul din Halicarnas, Colosul din Rhodos, Farul din Alexandria, ca si alte constructii mai recente (apeductele, drumurile si podurile romane, Acropole din Atena, Colosseumul din Roma, Tag Majal, Marele zid chinezesc etc.), dovedesc existenta inca din acele timpuri a unui corp de specialisti in proiectarea si constructia acestor lucrari de arta. Unele dintre aceste minuni tehnice, cum sunt Marea piramida din Giza, Collosseumul din Roma, Marele Zid Chinezesc, exista si in zilele noastre. Timp de aproape 4000 de ani Piramida lui Keops a ramas cea mai inalta constructie; cand a fost terminata, avea inaltimea de 147 m. Este si cea mai mare si cea mai precisa constructie de piatra care s-a facut vreodata. Se crede ca Marea piramida cantareste mai mult de 5 milioane de tone si este compusa din peste 2 milioane de blocuri de piatra.

Cartile de Rezistenta materialelor sunt, in general, fie tratate sau monografii destinate specialistilor, fie cursuri universitare dedicate studentilor. Rezistenta materialelor. Eseuri nu se incadreaza in aceasta clasificare. Aceasta se adreseaza unui grup mai larg de cititori, indeosebi cu studii tehnice. In lucrare se prezinta in paralel atat rezultate ale cercetarilor obtinute de autor sau de colectivele de cercetare din care a facut parte, cat si evolutia metodelor, relatiilor si instrumentelor pentru calculele de rezistenta. Este reliefata eficienta imbinarii, in abordarea problemelor de cercetare, a metodelor analitice si/sau numerice cu cele experimentale.

Lucrarea intitulata „Rezistenta materialelor. Eseuri” cuprinde patru parti si are 14 capitole cu un total de 282 de pagini. Fiecare capitol este insotit de concluzii si de o bibliografie ampla, specifica problemei analizate.

In prima parte a cartii, primul capitol prezinta legatura cu revolutiile industriale, evolutia si preocuparile Rezistentei materialelor in cadrul Scolilor Politehnice din Romania si se trec in revista principalele definitii. Al doilea capitol infatiseaza istoria riglei de calcul, utilizata vreme de 300 de ani in Rezistenta materialelor si nu numai, pana la aparitia calculatorului. Rezistenta materialelor a fost mult influentata in dezvoltarea sa de utilizarea calculatoarelor. Aceasta a condus la aplicarea pe scara larga a metodelor numerice de calcul (metoda elementelor finite, metoda elementelor de frontiera, metoda particulelor finite) in analiza starii de deformatii si de tensiuni in structuri solicitate. Aparitia si dezvoltarea cailor ferate a adus multe probleme spre rezolvare Rezistentei materialelor, contribuind la imbogatirea bazei sale de analiza, aspect reliefat in capitolul 3 al primei parti. La stabilirea unor metode de calcul al deformatiilor si tensiunilor produse de diferite solicitari in structuri de rezistenta au contribuit matematicieni, fizicieni, savanti al caror nume il poarta, in literatura de specialitate, diferite relatii sau metode de calcul. In capitolul 4 sunt aduse la lumina unele adevaruri si nume de autori cu drept de prioritate asupra unor teorii sau metode de calcul, nedreptatiti, carora nu li s-a acordat meritul cuvenit.

In partea a II-a, intitulata Concentrari de tensiuni, este abordata o problema deosebit de importanta in asigurarea integritatii structurale a pieselor, masinilor, instalatiilor si utilajelor. Pe langa o scurta prezentare a concentrarilor de tensiuni in bare, placi, invelisuri si corpuri masive, sunt introduse un numar de articole elaborat de autor sau de colectivele din care a facut parte, in forma in care au aparut in reviste de specialitate.

Partea a III-a - Cromoplasticitatea - este dedicata prezentarii unui material, fabricat in Romania, si a unei metode care permite analiza in modele solicitate a distributiei tensiunilor in domeniul elasto-plastic si in domeniul plastic, fara a utiliza o aparatura speciala. Modul de utilizare a acestui material si avantajele pe care le prezinta reies din articolele introduse si publicate de autor.

Partea a IV-a - Metode experimentale si/sau verificari numerice utilizate la analiza distributiei tensiunilor in structuri de rezistenta - dezbate ordinea de prioritate a metodelor analitice, numerice si experimentale in analiza starii de deformatii si tensiuni in structuri ingineresti. O serie de articole publicate de autor vine sa dovedeasca necesitatea imbinarii acestor metode pentru gasirea solutiei corecte.

Lucrarea se adreseaza inginerilor, cercetatorilor, dar si studentilor la licenta, masteranzilor, doctoranzilor si tuturor acelora care doresc sa-si largeasca orizontul stiintific, sa cunoasca istoria Rezistentei materialelor, sa afle mai mult decat le ofera un manual despre contributia acesteia la dezvoltarea societatii.

Autorul

CUPRINS

PARTEA I. REZISTENTA MATERIALELOR. ESEURI

1. Ce este Rezistenta materialelor 13
1.1. Introducere 13
1.2. Mecanica solidelor deformabile si revolutiile industriale 16
1.3. Rezistenta materialelor in Scoala de Poduri si Sosele si in Scolile Politehnice din Romania 20
1.4. Ce este Rezistenta materialelor 23
1.5. Definitii ale Rezistentei materialelor 27
1.6. Concluzii 30
Bibliografie 31

2. De la rigla de calcul la calculator 34
2.1. Introducere 34
2.2. Istoria riglei de calcul 36
2.3. Istoria calculatorului 44
2.4. Concluzii 49
Bibliografie 50

3. Rezistenta materialelor si caile ferate 52
3.1. Introducere 52
3.2. Constructia de cai ferate in Romania 53
3.3. Productia de elemente pentru infrastructura caii si de material rulant 54
3.4. Scurt istoric al cercetarii feroviare in Romania 58
3.5. Invatamantul superior de specialitate 61
3.6. Scoala romaneasca de Rezistenta materialelor 62
3.7. Metode folosite in analiza tensiunilor in structuri si subansamble de material rulant 65
3.7.1. Metode analitice si numerice 65
3.7.2. Metode experimentale. Tensometria electrica rezistiva. Fotoelesticitatea 69
3.8. Cercetari la solicitari variabile in timp 77
3.9. Societati stiintifice 80
3.10. Concluzii 81
Bibliografie 82

4. Cateva probleme de prioritate in mecanica solidelor deformabile 84
4.1. Introducere 84
4.2. Incercari pentru definirea caracteristicilor elastice ale materialelor 85
4.3. Relatia lui Navier sau relatia lui Parent? 90
4.4. Ecuatia celor trei momente. Clapeyron sau Bertot? 92
4.5. Menabrea versus Castigliano 94
4.6. Functia de tensiune. Airy sau Maxwell? 96
4.7. Sophie Germaine, Lagrange, Navier sau Kirchhoff? 97
4.8. Controverse privind realizarea riglei de calcul logaritmice 102
4.9. Concluzii 103
Bibliografie 103

PARTEA A II-A. CONCENTRARI DE TENSIUNI

1. Concentrarea tensiunilor in bare, invelisuri si discuri 107

2. Concentrarea tensiunilor in placi plane perforate 120

3. Articole privind concentrarea tensiunilor in bare, placi si invelisuri 138
3.1. The Effect of Stress Concentration Factors in Circular Profile Shafts Subjected to Torsion 138
3.1.1. Introduction 138
3.1.2. Working steps 140
3.1.3. Examples 141
3.1.4. Conclusions 143
3.2. Distributia tensiunilor in arbori cu canale longitudinale 145
3.2.1. Introducere 145
3.2.2. Bara circulara cu canale logitudinale 145
3.2.3. Bara cu canal axial si canal transversal 148
3.2.4. Concluzii 149
3.3. Torsion of Crosswise Transverse Section Beams 150
3.3.1. Introduction 150
3.3.2. Application using FEM 151
3.3.3. Conclusions 155
3.4. Distributia tensiunilor intr-un cuplaj 156
3.4.1. Introducere 156
3.4.3. Rezultate si concluzii 160
3.5. Researches on the Distribution of Stresses in a Wall Girder with Geometrical Discontinuities 161
3.5.1. Introduction 161
3.5.2. Numerical analysis of the distribution of stresses in the beam wall with holes 162
3.5.3. Experimental analysis of the stress distribution in the wall beam with geometric discontinuities 166
3.5.4. Conclusions 167
3.6. Stress Concentration in Shouldered Tubular Shafts 169
3.6.1. Introduction 169
3.6.2. Calculus proceeding 171
3.6.3. Experimental determinations 172
3.6.4. Finite element analyses 173
3.6.5. Conclusions 174
3.7. Analiza experimentala si numerica a distributiei tensiunilor in placa perforata 175
3.7.1. Introducere 175
3.7.2. Analiza experimentala a distributiei tensiunilor in placa perforata 176
3.7.3. Analiza numerica a distributiei tensiunilor in placa perforata 177
3.7.4. Rezultate si concluzii 181
3.8. Displacements and Stresses in Bending of Circular Perforated Plate 183
3.8.1. Introduction 183
3.8.2. Analysis of stress and displacement distribution using finite element method 184
3.8.4. Conclusions 190
3.9. Studiu experimental si analiza cu elemente finite pe invelisuri cilindrice si conice perforate 192
3.9.1. Relatii de trecere de la coordonatele nodale din planul desfasuratei, la cele spatiale 192
3.9.2. Tub cilindric cu un orificiu transversal 194
3.9.3. Tub cilindric cu doua orificii transversale 196
3.9.4. Tub cilindric cu doua orificii alungite 197
3.9.5. Placa tronconica cu un orificiu transversal 198
3.9.6. Concluzii 198
3.10. Aspects Concerninig F.E. Modeling of a Perforated Plate under Special Conditions of Loading and Supporting 200
3.10.1. Introduction 200
3.10.2. Finite element model 200
3.10.3. Results 201
3.10.4. Conclusions 203
3.11. Critical Aspects on the Real Level Evaluation of the Local Stresses in a Structural Analysis Performed by Strain-Gauge Technique 203
3.11.1. Introduction 203
3.11.2. Experimental measurements 204
3.11.3. Experimental results 205
3.11.4. Conclusions 206
3.12. Stress State in Perforated Discs 207
3.12.1. Introduction 207
3.12.2. Stress distribution in the perforated disc 209
3.12.3. Results and conclusions 211

PARTEA A III-A. CROMOPLASTICITATEA

1. Materiale cromoplastice 217

2. Articole privind utilizarea materialelor cromoplastice in analiza experimentala a deformatiilor si tensiunilor 223
2.1. Influence of Friction in Compression testing of a Chromoplastic Polymer 223
2.1.1. Introduction 223
2.1.2. Experimental determinations 225
2.1.3. Numerical analysis 228
2.1.4. Conclusions 231
2.2. Pure Shearing Tests of a Prandtl-Type Material 232
2.2.1. Introduction 232
2.2.2. Experimental tests 233
2.2.3. Numerical analysis 238
2.2.4. Conclusions 239
2.3. Study of Chromoplastic Material Shear Breaking 241
2.3.1. Introduction 241
2.3.2. Experimental tests 241
2.3.3. Numerical determinations 245
2.3.4. Conclusions 247

PARTEA A IV-A. METODE EXPERIMENTALE SI/SAU VERIFICARI NUMERICE UTILIZATE LA ANALIZA DISTRIBUTIEI TENSIUNILOR IN STRUCTURI DE REZISTENTA

1. Introducere 251

2. Aspecte ale aplicarii metodelor experimentale si verificarilor numerice 259
2.1. Verificarea modelarii structurii si a schemei de incarcare. Structura de rezistenta a unui autobuz articulat 259

3. Contributii la realizarea unor constructii mecanice complexe 262
3.1. Vagon de constructie speciala 262

4. Concentrarea tensiunilor si eliminarea unor erori de conceptie, de prelucrare tehnologica sau a unor interventii tehnice (reparatii, consolidari) 269
4.1. Verificarea starii de tensiune intr-o janta de autoutilitara 269
4.2. Determinarea sarcinilor pe rotile caruciorului unei macarale-pod 271

5. Verificarea starii de tensiune in constructii si instalatii aflate in exploatare 273
5.1. Verificarea starii de tensiune intr-un pod metalic sudat 273
5.2. Concluzii 280

Bibliografie 281