Тема 3. Ідеалізація умов обпирання та вузлових з’єднань, фізичних властивостей матеріалу. Ідеалізація навантажень і впливів на об’єкт та конструктивних рішень

Ідеалізація фізико-механічних характеристик матеріалу визначається з експерименту і, як правило, зводиться до призначення математичної залежності між напруженнями (зусиллями) та деформаціями (переміщеннями), виходячи з гіпотези про лінійну пружність або ідеальну пластичність. При цьому відбувається певне їх усереднення для характерного об’єму, що співпадає із розмірами дослідних зразків. У результаті отримані константи характеризують модельне середовище матеріалу, для якого, на відміну від реального матеріалу, вже застосовані операції математичного аналізу.

Значення параметрів, що характеризують властивості матеріалу (модуль пружності, коефіцієнт Пуассона, межа плинності тощо), беруть за довідковими або експериментальними значеннями й приймають однаковими в межах доволі великих частин споруди (або по всій споруді), і відповідність їх реальних значень прийнятим аналізується доволі не часто. Ця традиція походить із класичного підходу до розрахунку, де давно з’ясовано, що для таких, наприклад, матеріалів, як конструкційна сталь, мінливість фізико-механічних властивостей невелика й мало позначається на результатах розрахунку. У процесі ідеалізації характеристик матеріалу іноді приймається рішення про виконання розрахунку «з урахуванням фізичної нелінійності».

У поняття «ідеалізація матеріалу» іноді включається ідеалізація конструктивного рішення. Так, наприклад, часто розміщені ребра підкріплення пластин та оболонок геометрично згладжується, але при цьому матеріалу згладженої системи приписується властивість анізотропії (так звана конструктивна анізотропія).

Введення грубої гіпотези про лінійну пружність матеріалу позбавляє можливості моделювання дуже важливих чинників, таких як перерозподіл зусиль і напружень, моделювання процесу попереднього напруження, моделювання процесу навантаження, пристосованості конструкції та ін. Також при такому підході ідеалізованими й однаковими властивостями нерідко наділяють ґрунти основи, для яких припущення про малу мінливість параметрів не надто виправдане, а найчастіше — просто не узгоджується з результатами інженерно-геологічних досліджень.

Отже, якщо інженер прагне глибше дослідити конструкцію, він може прийняти гіпотезу про нелінійну залежність напруженнями и деформаціями. Нині добре розроблений і математично обгрунтований апарат, заснований на гіпотезі нелінійної пружності (гілки навантаження й розвантаження збігаються) та гіпотезі активного навантаження (у разі збільшення навантаження збільшуються деформації).

Інженер, який застосовує цей апарат, має розуміти, що це теж ідеалізація властивостей матеріалу (до уваги не береться можливість розбіжності розвантажувальних і навантажувальних гілок, не враховується можливість зменшення деформацій і переміщень в окремих ділянках конструкції зі збільшенням навантаження тощо). Разом з тим, на відміну від дуже грубої за сучасними вимогами гіпотези про лінійну пружність, цей апарат може дати масу корисної інформації для роздумів над забезпеченням міцності та надійності конструкції.