История науки: эволюция прикладной механики

26.08.2017 12:02 141

История науки: эволюция прикладной механики

Механика прикладная в самом широком смысле есть наука, охватывающая все приложения механики к инженерному делу. В качестве специальной научной и учебной дисциплины механика прикладная обособилась в первой трети 19 века в связи с промышленным переворотом второй половины 18 века и развитием машиностроения в конце этого века и начале 19 века. К этой же эпохе относится развитие высших технических учебных заведений, преподаватели которых создали первые систематические курсы механики прикладной.

В числе главных работников в этой области особенное значение имели воспитанники и профессора Парижской политехнической школы: Монж, Навье, Кориолис и Понселе. Последнего обыкновенно считают основателем прикладной механики. В основу новой науки было положено созданное указанными учеными понятие механической работы и связанное с этим понятием общее уравнение движения машины. Это уравнение непосредственно приводит к точному определению чрезвычайно важного понятия механики — коэффициента полезного действия.

Эти основные понятия прилагаются затем к проблеме обеспечения достаточно равномерного движения машины, причем выводятся уравнения для определения массы маховика. Основной метод расчета маховика был дан Навье и Понселе, а окончательные приемы практического определения массы маховика были даны Моренем. Этими же авторами даны основы статики регуляторов. В содержание механики прикладной в этом раннем времени ее развития входило, кроме того, изложение основ гидравлики и теории двигателей гидравлических, паровых котлов и машин.

В дальнейшем развитии прикладной механики многие приложения механики к техническим вопросам выделились в особые науки. Так, уже в 30-х годах 19 века в особую дисциплину выделилась прикладная теория упругости и сопромат (сопротивление материалов), появились различные задачи по сопромату. Затем, после создания водяных турбин и развития гидравлических исследований — гидравлика и теория двигателей. Позже, после создания технической термодинамики (в 50-х годах 19 века), выделилась теория паровых машин и тепловых двигателей вообще.

Взамен указанных выделенных отделов в состав механики прикладной вошли другие вопросы. Так, крупное место в механике прикладной заняла кинематика механизмов, начавшая развиваться в первой четверти 19 века (работы Ланца и Бетанкура, 1819 год) и в дальнейшем получившая чрезвычайное развитие в работах Ампера, Виллиса, Резаля, Гатон де ла Гупильера, а в позднейшее время нашедшая широкое обобщение в работах Рело (1875 и 1901 годы), Бурместера (1886 год) и многих новейших ученых.

Большое развитие получил также отдел динамики машин. Расчет маховых колес получил новое решение в работах Виттенбауэра. В динамике регуляторов основной работой являются статьи профессора И. А. Вышнеградского. Статьи эти вызвали большое количество работ как русских, так и заграничных. Теория регуляторов получила особенное развитие в связи с постройкой водяных и позже — паровых турбин, непосредственно связанных с электрическими генераторами.

Объединяющей работой в теории регуляторов является книга Толле. Вопросы уравновешения машин получили особенное развитие в связи с повышением скорости движения паровых двигателей и применением многоцилиндровых конструкций в судовых паровых машинах, дизельных моторах, автомобильных и авиационных двигателях (способ Шлика для судовых паровых машин, многочисленные работы по уравновешиванию многоцилиндровых двигателей внутреннего сгорания).

К разделу динамики машин следует также отнести многочисленные работы по исследованию колебательных явлений в машинах. Работы по теории колебательных явлений в машинах начались с изучения колебательных явлений в паровозах (Редтенбахер), судах (А. Н. Крылов). В 30-е годы прошлого столетия изучение вибраций машин и способов расчета деталей машин, подверженных вибрациям, получило большое развитие как в отношении двигателей внутреннего сгорания (крутильные колебания валов этих двигателей), так и в отношении паровых турбин (колебания валов, дисков, лопаток). Из специальных работ, характеризующих область учения о колебаниях, следует указать на труд С. П. Тимошенко.

В области учения о вредных сопротивлениях чрезвычайное развитие получила гидродинамическая теория трения, основание которой было положено профессором Н. П. Петровым. В результате вышеописанной эволюции создалась современная механика прикладная, состоящая из следующих главных отделов: 1) кинематики машин,

2) учения о вредных сопротивлениях и статики машин,

3) динамики машин, охватывающей теорию регуляторов, теорию уравновешения машин и неустановившегося хода машин.