автореферат диссертации по истории, специальность ВАК РФ 07.00.10
диссертация на тему: Гиперболоидные конструкции в строительной механике

Полный текст автореферата диссертации по теме "Гиперболоидные конструкции в строительной механике"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ИСТОРИИ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ

На оравах рукописи

Петропавловская Ирина АлеЛсевняа

УДК.521Л.(09Р»621.2(091)

Ш1ЕРБОЛОИДННЕ КОНСТРУКЦИИ В СТТОИТЕШСЙ МЕХАНИКЕ

Спвциалносп. 07.00.10 - (сгорая наук» а пятая

Автореферат

на ооискание ученой отвпвнж мяхиата пшксш ваук

Х0-

Л

/

Москва 1990, г.

Работа выполнена в Институте Истории естествознания и техники АН СССР.

• «

Научный руководитель - академик А.Ю.Ишлинокий

Официален :е оппоненты:

доктор фивико-математичеоках наук, кандидат технических наук, профеооор В.П.Малков} . дндидат технических наук А.С.Федоров.

Ведущее предприятие: Центральный научно-иооледоватвдьокий и проектно-екопепиментальный ин-т комплексных проблем строительных хонотрукдий я сооружений т. В.А.Кучеренко.

Защита ооотоится '/$}f.itÍí>js'f/ Í9(J0 г. в часов

на ааоеданив Специализиривпнного совета 07.00.10 при Институте Иоторни естествознания и техники АН СССР, по адреоу: Мооква £03012 Старопанокий пер., {/б,

С диссертацией можно оенаксиитьия в библиотеке Инотитута Иотории еотеотвознания ■ техники АН СССР,

Автореферат риаоолая /Á' / / /' п:/.£ 7 J'jÜO г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Jhb,')»*. А.А.Куэин

На соискание степени кандидата технических наук в качестве диссертационной работы представлена книга (опубликованная) "Гиперболоиднне конструкции в строительной механике". М.: Наука, 1988.

Социально-экономическое развитие нашей стран" в эпоху перестройки достигается путем кардинального ускорения научно-тогнического прогресса и состоит в достижениях высших рубежей науки и техники.

Исследование развития технических средств гиперболоидной конструкции, обоснование приоритетов их изобретения и применения совместно с историко-научным обобщением в этой области является важной основой для воссоздания целостной картинн основных связей между запросами практики и развитием науки и техники.

Актуальность диссертационной работы определяется необходимостью критического анализа и систематизации отечественного и зарубежного опита, накопленного за сто лет в области разработки гиперболоидных конструкций системы академика В.Г.Шухова (Привилегия Л 1896 -"Ажурная башня", 1899 г., заявка - 1896г.), в связи с реализацией в народном хозяйстве современных видов технических средств: вантовых градирен и покрытий зданий типа "гитар" на основе программ для ЭШ Фонда Алгоритмов в отрасли "Строительство". Историко-техническое исследование, тредставленяое в работе, имеет важное значение для устаяовле-?ия приоритетного вклада отечественных ученых и советских :пециалистов в развитие данных технических средств в равлич-!ых областях техники.

Историко-технические и црторико-научннв результаты по

данной томе о взацлодействии технической науки и технивд, как иоточнике научно-технического прогресса, при выдвижении в практике "Шуховской" технической задачи, углубляют понимание движущих сил и тенденций развития НТП при разработке передовой техники в ходе коренного улучшения воего "строительного комплекса страны"''.

Цель исследования заключается: I. В выявлении основных закономерностей и тенденций развития за 100 лет (80-е гг. XIX в. - 80-е гг. XX в.) двух типов технических средств гипе-рболоидной конструкции во взаимосвязи с этапами формирования теоретической базы их разработки; 2. В анализе взаимодействия между технической наукой строительной механикой и развитием данных технических средств в различные периоды в оистеге "наука-техника", сложившейся в общественной практике; 3. В анализе развития и достижений прикладной механики в этой области, к. к средства повышения социальной и экономической эффективности данных технических средств.

Степ нь разработанности теми. Определенный вклад в историю применения и эмпирического поиска технических решений ги-перболоидных систем внесен публикациями Г.М.Ковелшана, И.Л. Конфедератова в 60-е гг. XX в. и позднее некоторыми статьями других авторов. В то же время в них почти не исследовал» вопросы анализа разработки прикладной механики гипорболоилных конструкций, как теоретической основы развития технических оредств. В современных условиях вопроси развития утих техни-

** Горбачев М.С. Политический доклад Центрального Комитата

КПСС ХХУП с езду Кбммуаистической партии Сопетского Союза.

25 февраля 1986 М.: Политиздат, 1986. С. 34.

ческих систем совсем не исследованы.

Данная работа является первым комплексным исследованием развития технических средств во взаимосвязи с развитием технической науки в этой области. В работе установлены основные периоды развития гиперболоидных систем методом периодизации истории их разработки в течение 100 лет. Работа с-иопана на анализе архивных материалов, в том числе некоторых введенных впервые в научный оборот,и технических решений различных гиперболоидных систем; на систематизации многочисленна. разобщенных источников о методах их расчета методик их проектирования и архива программ Фонда Алгоритмов для ЭВМ.

В диссертационной работе решаются следующие задачи:ана-лиз научных и технических предпосылок создания гиперболоидных технических средств в их предыстории; разработка ясторико-те-хнической классификации; раскрытие зависимости направлений и динамики развития данных технических средств от социально-экономических и научно-технических факторов; установление критерия периодизации и периодов истории развития технических средств за 100 лет; выявление основных закономерностей и тенденций развития технических средств; установление основных этапов развития теоретических основ разработки гиперболоидных систем; выявление научных моделей расчета данных технических средств, начиная с инженерных методов (В.Г.Щухов, £894) до программ для ЭВМ (80-е гг. XX в.); исследование развития раздела "Прикладная механика гиперболоидных конструкций. Расчет и проектирование" в строительной механике; анализ взаимодействия наук механического цикла при формировании структуры технической науки в этой области; освещение научно-технической

деятельности выдающегося отечественного инженера В.Г.Шухова (1853-1939) и ряда других ученых.

Цаучная новизна исследования обусловлена решением впервые задам историко-технического и историко-научного воссоздания целостной картины и закономерностей развития за 100 лет гиперболопдных технических средств в определенные периоды во взаимосвязи о этапами разработки прикладной механики в этой облаоти. В работе установлены приоритеты в развитии данных технических оредств; показаны возможные тенденции развития и оп.ямизации конструкций; разработана классификация технических средств и систематизированы разобщенные материалы по данной теме - особенно в период ИГР.

Новизна и оригинальность исследования обусловлены постановкой анализа развития технических средств в системе взаимодействия объектов "наука-техника".

В диссертационной работе впервые даны результаты исследования генезиса теоретических основ расчета этих систем п технической науке "Строительной механике" в ходе развития ряда исследовательских фундаментальных задач науки. Выявлены пути Нормирования ключевых представлений, теоретических схем, методов и математического оснащения прикладной механики данных технических средств на различных этапах. Впервые решена задача иоследовани» становления и модели развития раздела прикладной механики в этой области технического знания в процесса взаимодействия наук механического цикла.

Практическое значение диссертационной работы заключается: в реконструкции периодов истории развития гиперболопдных четем Шухова, кят< одно г* из интересных типов конструкций в

плане развития отечественной инженерной мысли; в выявлении основных закономерностей и тенденций развития этих систем на основе их изучения в связи с разработкой технического знания в прикладных исследованиях в различные периоды. Значение поставленной в работе темы выходит за рамки историко-техни-ческого анализа названных технических оредств. Выводы работы и факты, в ней представленные, восша полезны при исследованиях теоретико-познавательных вопросов истории техники и технической науки как в содержательном, так и методолога веском аспектах.

Практическое использование диссертационной работы заключается в том, что материалы по теме этой работы нашли применение при подготовке экспозиции и каталога (на нем. яз.) Советско-западногерманской выставки "В.Г.Шухов. Искусство конструирования" (ФРГ, Штутгарт; СССР, Москва; 1990), посвященной деятельности академика В.Г.Шухова. Материалы работы использованы в учебном процессе при чтении спецкурса для аспирантов кафедры "Металлические конструкции" МИСИ им. В.В.Куйбышева. Результаты исследований, представленных в работе, опубликованы в статьях 9 наименований.

Апробация. Содержание и основные положения работы докладывались в 1974-1969 гг.: на Объединенной научной сессии Академии Наук СССР, посвященной научному и инженерному творчеству почетного академика В.Г.Шухова (опубликовано 1984); на конференциях аспирантов и молодых ученых ИИЕГ АН СССР по истории естествознания и техники (Москва, 1974-1976); ца заседании секции Строительной техники Советского Национального комитета истории и философии науки и техники (Москва, 1960);

на Всесоюзной ксференции по проблемам развития технических наук (Ленинград, 1983); на заседаниях сектора истории техники ИИИ1 АН СССР (Москва, 1382, 1987-1569).

Структура и объем диссертационной работы определяются общим замыолом, конкретными задачами исследования; главы соответствуют характерна! периодам, отражающим развитие объекта исследования, рассматриваемого за 100 лет на сетке исторических данных. Структура работы состоит из предисловия, введения, пяти "лав, заключения, библиографии. Токст содержит 189 типографских страниц (без списка литературы), рисунков -.8, таблиц - 3, список литературы - 684 наименования, в том чиоле 165 на иностранных языках,

■ (%ЖГЖАМ$ РАВуШ. В предисловии показана актуальность темы, сформулированы задачи исследования.

Во вредени^ дана характеристика использованных в работе источников, В методологических целях разработана историко-технкческая классификация гиперболоидных технических средств, как объектов "Общесоюзного классификатора строительной продукции". На основе структурно-функционального анализа изменения пришила дийствия и функций, осуществляемых отими техническими оредствами, выделенц три класса конструкций; группы и под-групш - по их принадлежности'к системам народного хозлйатва: водоснабжения; передачи на расстояние энергии, радио-, телесигналов; теплоэнергетики и гражданского строительства.

На основе комплексного историко-тохштческого и историко-научного исслеп вания во введении предложена периодизация рп-' звития технических средств в зависимости от характера качественных взаимной зей, с-ладнватщихся между объектами г ист ом и "наука-техника" в этой области:

I период (до 1895 г.) - предыстория. При одностороннем развитии фундаментальной науки;

П период (1895-1930-е гг.) - эмщшко-аналитический. При стихийном взаимодействии науки и техники и опережающем развитии техники;

Ш период {1914-1970-е гг.) - теоретический. При корреляции взаимодействия науки и техники;

1У период (1970-е - 1980-е гг.) - довременный. При опережающем развитии науки.

На каждом из выделенных периодов генезиг технических решений конструкций увязая с этапами разработки теоретической базы их проектирования. Для раскрытия содержания периодов были исследованы предпосылки создания, движущие силы и характерные тенденции развития гиперболоидных технических оредота, а также теоретические модели их расчета в науке. Использование новых теоретических принципов расчета конструкций: "классической" строительной механики (П период); прикладной теории упругости, технической теории естественно закрученных стержней, теории оболочек (Ш период); технической теории "Спецглавы строительной техники" (17 период) дает начало качественно новых периодов развития гиперболоидных технических средств, на каждом из которых повивается точность научного описания напряжен-

■,

ного состояния конструкции .

Первая глава (I период - предыстория, до 1895 г.).

В разделе 1.1 представлен анализ (за 300 лет) естественнонаучных предпосылок создания математического прообраза гиперболоидных конструкций в теории гиперболоидов, разработанной в трудах: Ф.де Лагира (1679), А.Парана (1705), А.Клеро

(1731), Л.Эйлера Л732), А.Модюи (1763), Г.Монжа (1795, 1799), М.Шадя (1813), Г.Гауоса (1828), Е.Луивилля (1850) и др. до исподт чования В.Г.Шуховым построения: гиперболоидных параболоидов в технических системах.

В 50-60-х гг. XX в. знания, накопленные в теории гиперболоидов, были приложены в строительной механике при классификации пространственных конструкций по характеристикам гауссовой кривизны (В.З.Власов) и пологости поверхностей (М.А,Колтунов).

В разделе 1.2 исследовано развитие основных представлений, понятий, а также принципов механики и фундаментальных исследований наук механического цикла, как научных предпосылок формирования теоретической базы исследовательских разработок гиперболоидных конструкций,. На основе математического аппарата бесконечно малых и инженерного подхода показана исследовательские задачи механики: "эталонных" моделей (дисков, плаотин, стержней); статически неопределимых систем и задачи иагиба, ..ручения и "стойчивости упругих призм (тонких; в форме поверхностей вращений 2-го порядка) в работах Л.Эйлера (-1759, 1778), Ш.Кулона (1776), А.Навье (1826), Г.Ламе (1831), Б.Сен-Венана (1855), Г.Кирхгофа (1859) и др. ученых. Проанализирован процесс привлечения математической теории упругости, как фундаментальной основы наук механического цикла (о теории изгиба балок Щ.Кулона, 1776); физических знаний (феноменологическая молекулярная модель среды); исследований "континуального" направления (для одномерных задач), завершенного обобщением механики сплошной среды (С.Л.Пуассон, 1831), и введения янергетичаоких характеристик на основе закона сохранения

энергии (1847) для построения идеального описания процессоп работы упругодеформируемого теля. Для рпсчота упругодеформи-руемых металлических конструкций п этот период слокились система понятий и идеальные объекте (расчетные схемы) строительной механики на основа принципа рассмотрения энергетического состояния упругих систем, разработанного п т~удпх: ЯС.Ла-граняа (1788), С.Д.Пуассона (1831), Э.Клайперонп (1836) и др. учеши.

В разделе 1.3 исследовано формирование тионертг—. приложений Фундаментальной теории упругости г теориях кручения и изгиба призматических сторишей, стержней в форте поверхностей вращения 2-го порядка при анализе напряженного состояния трехмерных и двухмерных осесимметричных пространственных систем (Б.Сен-Венан, Т855; Г.Кирхгоф, 1847; Л.В.Гадолин, 4858; И.П. Борзов, 1884 и др.), как теоретической предпосылки решения прикладных задач строительной механики, на основе метода сил (И.Эйтольлейн, -1808); метода перемещений (Ж.А.Бресс, 1854, 1865; В.Максвелл, 1864; О.Мор, 1874) и смешанных методов.

В разделе 1.4 дан анализ становления общих методов решения исследовательских задач технической науки строительной механики в процессе ее отпочковьшания от фундаментальных исследований науки (XIX в. - до 20-х гг. XX в.): статически неопределимых задач для пространственных стержневых и осесимметричних систем; задач устойчивости, изгпба п кручения тонких и естественно закрученных стержней, как научных предпосылок разработок задач прочности и устойчивости гиперболоод-них конструкций. Показано разлитие теоретических исследований изгиба составных стертпгей и с*ато-изогнутых стержней (Л.М.

- -

Тауэр, 1926; В.Г.Лысков, 1932; А.Н. Динник, 1923-1946; Н.И. Мусхе.'лишвили, 1932; Г.Д.Абрамов (графический, графоаналитический метод), 1935 и др.). Исследованы теоретические основы прикладной задачи естественно закрученных стержней гиперболоидных башен на основе классических трудов (А.Клебш, 1862; Г.Кирхгоф, f877; М.Брайан, 1888) и общей теории тонких стержней А.Лява (1906), разработанные академиком Л.С.Лейбензоном (19Н-Ш4).

В разд ле 1.5 выявлены социальные факторы развития систем водоснабжения в России (60-е - 90-е гг. XIX в.) и технические предпосылки создания принципа гиперболоидных систем Шухова, сложившиеся при строительство инженерных аналогов в форма поверхностей вращения 2-го порядка, - "коленчатые купольные каркасы" (начало ХУЛ—XIX вв.); шпиль Петропавловского собора в Петербурге (проекты Д.И.Хуравского и др., 1858) и пр. Да" анализ недостатков различных типов конструкций водонапорных башен (о 50-х гг. XIX в.), вскрыты движущие силы, социальные и технико-экономические факторы развития новых форм конструкций - водонапорных башен системы Шухова, Вштлоно, что в период предыстории в фундаментальных исследопаниях, оперетап постановку в технике "Щуховской задачи", были разработаны научные предпосылки ее решения в прикладной науке.

Вторая глав,., (П период - эмпирико-аналитичоский, 18951930-е гг.) посвящена историко-техническому анализу создания и совершенствования гиперболоидных технических средств.

В разделе .2.1 рассмотрена деятельность В.Г.Шухова (о ' £880 г.) при создании эмпирической, аналитической, экспериментальной (Моою-л, 1894! и промышленной (г.Ншший Новгород,

1896) моделей; типовых таблиц проектирования (1901) и разработка в СССР типовых проектов (1930) 5 атласа стандартов (1949) сетчатых конструкций напорных башен первого типа на основе Привилегии В.Г.Шухова # 1896.

Дан анализ технико-экономических критериев: легкооти -^ ; устойчивости - ^ ; экономичности - />7 ; статических схем напорных башен системы Шухова в России по сравнению о другими видами конструкций ("американские", железобетонные, кирпичные и чугунные). Выявлены принципы рационально, о проектирования В.Г.Ыухова на основе синтеза критериев: минимальной массы конструкции и экономичности изготовления, малой трудоемкости и удобства монтажа, как основы отечественной школы оптимального конструирования.

В разделе 2.2 на основе архивных материалов и системати зации историко-технических источников проанализированы: история разработки технических решений, закономерности и тенденции развития гиперболоидных конструкций системы Шухова (I, И, И кл.) первого типа (?895-1941), выполненных из предложенных в Привилегии Шухова Л -1896 материалов (металлические и деревянные стержни, трубы). Определен первый этап (1895-1919) развития в мировом строительстве гиперболоидных конструкций одноярусных систем: напорных (■1895-1930) и дроболитейных (1898, башен » групповых комплексов напорных башен (1915)', смотровых бтвн на кораблях (1906, США; 1909, Россия); маяков'(1911). Выявлен второй этап развития конструкций (19X9-194-1) многоярусных систем: Шаболовская радиомачта (*922, высота 150 м, проект 1919); опоры линий электропередач (ЛЭП НЮТЭС через р.гчу, 1930); градирни из деревянных брусьев (проект 1935); сейсмо-

отойкив напорные башни (20-е - 40-о гг. XX в., проекты); опалубка для монтажа железобетонных градирен (1940. Сравнены колпч з-чонныо характеристики несущей способности этих систам и выявлена динамика роста (по данным 1910, 1934) характеристик высоты и удельной несущей способности напорных башен; маяков; опор ЛЭП, радио- и телемачт (реконструкция Шаболовской башни, 1947) в процессе их совершенствования (I, II пл.). Проанализированы изменения технических показателей развития ги-п^болокдных конструкций (Т, II кл.) (К - удельиоо облегчение;

зующих тенденции качественного изменения их внешней формы по группам (от одно-, двух- до многоярусных систем). Выявлено, что изменения количественных характеристик габаритов ¡1 элементов структуры (стержней) конструкций напорных башон приводят к их качественному развитию по иторпзмерам.

Установлено, что рост параметров систем при постоянном снижении коэффициентов их материалоемкости приводит к техническим противоречия" п развитии конструкций (поторя оторопями несущих функций и способности ноотн собственный нос). При достижении в элементах конструкции пределы»« 'течений характеристик прочности, устойчивости и изометрической неизменяемости (по несущим и горизонтальным нагрузкам) пронохопч? качественные скачки в иамоношш Функций и лнешной формы этих технических средств по классам.

В разделе 2,3 выявлены этапы рп:ич'ти<т пчюрболпипннх технических средств второго типа (I, И, Ш кл.) о воцонпбренн!: ' и онорготико П950-0 - 1Г«0-е гг.) ни оеноно кспочыюрпнин но« чу М'1У»]1Г юл: жол^зоботошше ютрнчгно-о^'пжннг и рпнтомт

соотношение габаритных радиусов колец

градирни длл охладительных систем TSC (Англия, 'J%7; патенты: ФРГ, 1372; Франция, -Г//3; СССР, 1976"; вантопие тёлшачтч (Австралия, Сидней, высота <132 м, -VJ7Ü) п напорные башни (ФРГ, 1S775). Проанализировали основные технические решения соврет/ н-них птерболондных технических сродств по сравнонию с другими типами на основе тохнико-окоиогличоских показателей (аэр .динамические и прочностные характеристики).

В раздело 2.4 выявлены отапц развития гиперболоидиых инструкции и гражданском строительстве (первого, второго типа, I КЛ.) (<fiGO-0 - 49Ш-0 ГГ.) I) НОВОЙ ФУНКЦИИ ЖиЛОЗС 'STlJHHX (с I92i) и вантовых (с ¿950-х^гг.) покрытий зданий типа "гипар"; г.'оталличоскнх сводов и куполов (f947, J 956) ни основе тохнико-зкономических показателей.

Проанализирована соц[юльно-тех!Шческ..з факторы и динамика развития напорных бапон (I кл.), опор ЛЭ11 (П кл.) чтоннах - по данным i'JIÜ, ГЛ4, 192b, I'J34 гг.), а также различных типов градиров (Ш кл.) и покрытий гнпмрон (I кл./ в сонремонных условиях. Выявлен» c<t. октишшо <|»..ктори, связанные с процосрами типизации проектирования и унификации стальных конструкций, в условиях: оптимизации строительства; изменения технических норм; использования тселоэоботона и* прпч тш »"распространения ("ЗП-о - И;~о гг. XX в.) некоторых видов гиперболоидиих технических сродств. Бнявлено, что пориодпчоское возвращение к технической ;i.:i'jo Шухова ироаоходию: в подосвасгаошш (1975) - для вантояих напорных башен; в топлоэнорготике (1967) - для понтонах Г1'Г|ДНрС1! л РНОрГОТШ'О - длл впнтовых топома^т (1979).

Тпснл гл."-за (Ш по}, и од -- теоретический, iU£4-I97ü-a гг.)

посвящена историко-научному анализу развития прикладной механики гипербсоидных к ютрукций.

В разделе 3.1 дан анализ развития инженерных методов расчета прочности и устойчивости гиперболоидных систем (II - эм-пирико-аналитический пориод 5095-1934 гг.) напорных башен, маяков, тяговых напорных башен, Шаболовской радиобашни, пред-лсяенк^х инженерши: В.Г.Шуховнм (1895, ■1919, 1934); Л.М.Петровым (1911, 1917); Н.Н.Гениевым (1929); И.С.Подольским, Г.Д. Потовым (1931); А.ФДигулевьм ('1934), М,Ф.Ковпльчуком (1937) и др. на основе статики сооружений и теории плоских ферм. Срамлены модельный (Шухов, 1894; ЦНИИПС, Москва, 1933), геометрический Шухоп, -1901) и аналитико-гесметрический (Шухов, 5934) методы проектирования игорных башен модельные методы проектирования стерясневых градирен (ЛИСЯ, 2959, 1963) и »покрытий Чпаров (Тплинская Певческая эстрада, ТЛИ, 1961; ЧНЙИСК, 1964; ЧПИ, 1975).

В разделе 3.2 изучеь процесс формирования теоретических основ научно-исследовательских разработок задач прочности и устойчивости гиперболоидных конструкций (Ш - теоретический период) М914-1960-а г '.). Проанализированы методики расчета г •шорных башен, маяков, усиления Шаболовской башни, многоярусных стальных куполов и градирен на основе: технической теории естественно закрученных стеряней (Л.С.Лвйбензот, 1913-1914) прикладных методов теории упругости (В.П.Лысков, А.Н.Динник чй др., ДМИ, Днепропетровск, 293С 1935); метода линий влияния (Б.Л.Николаи, 1у46); энергетических методов (Б.В.Горенштейн, 195(; А.М.Масле пиков, ЛИСИ, 1558).

В разделе 3.3 исследовано применение"теор"т оболочек при

решении залач прочности и мгновенной геометрической изменяемости гиперболоидных конструкций, крч оболочек отрицательной гауссовой кривизны (Ш - теоретический период) <1930-1970-е гг.). Дан анализ методов расчета сферического куполг , напорных шен, железобетонных градирен; оболочек гипаров на основе без- ' мсментной теории тонких оболочек (В.З.Власов,- А.Л.Голь" жвей-зер и др., £939; В.З.Власов, 1947, 1955; А.А.Болтухов, 1961); безмоментной мембранной теории гипаров (И.Е.Милейковский, : .И. Рубинчик, И.В.Доренбаум, 1%5); моментной теории гипаров (A.A. Назаров, 1966; А.О.Рассказов, J972).

В разделе 3.4 рассмотрону.особенности развития теоретичв ской базы расчетов гиперболоидных конструкций в современных условиях (1У - современный период) (i970-e - 1900-е гг.). Прс анализирован архив методик машинных прогр мм статических и динамических задач прочности и устойчивости осесимм тричных и осециклических пространственных конструкций отрицательной гауссовой кривизны Фонда Алгоритмов для ЭВМ . .ля вантовых градирен; Шаболовской башни (рекс-струкция); оболочек гипаров на основе технической теории "Спецглавн строительной • еханики пространственных конструкций" с помощью метода стержневой аппроксимации - i950-e - 1960-6' гг.; метода конечных злемвн ов - i(J7Ü-e - 1980-е гг. ("Парадокс - 7'"; "Парадокс - 73"; "Парадокс-ЕС", 1977; "Таузр-1", 1976; 1978 и др.).

Четвертая глава посвящена анализу формирования раздела прикладной механики гиперболоидных конструкций в процессе взаимодействия науки и техники.

В разделе исследовано становление проблематики и предмета исследования раздела техн"чепкой науки на основе бииело-

!ия класса технических задач и решения познавательных научит задач при проектиропаг'и чахнических средств (первый этап -IJ80-O - Í9I4 г. ).

В разделе 4.2 проанализированы пути становления раздела. На втором dTane (1914-1960-п гг.) подводится базис систематизации решения задач прс -поста и устойчивости статически неоп-ределиг чх и ососимметрпчннх конструкций на основе прибликон-ных тооретических моделей (I тип), построенных на аналогии •л^тодям расчота систем мосто-, авиа-, дирижабле- и машиностроения. Выявлено, что усвоение строительной механикой модели ана-1 за энергетического состояния упругодоформируемого твердого тела из фундаментальной теории упругости при описании напряженного состояния конструкций и 5шность методических путей решения дифференциальных уравнений,обеих наук привели к соэда-'нию достаточно точны" научно-обоснованных методик проектирования- рациональных систем ¡.и основе приложения методов; строительной механики фермных пространственных систем; теории устойчивости; обще'1 и технической теории оболочек; метода линий влияния и др.

lía современном лертоде становления раздела (i970-e - Í960-O г^цы) решения класса статических и динамических задач прочности и устойчивости пространственных осециклических конструкций связаны с разработкой "адекватна" теоретических моделей (И ткп), начиная с решения задачи естественно закрученных стержней маяков (Лейбензон, 1914).

В разделе 4.3 выявлено, что использование двухслойного каркпа понятий '' идеальных объектов теории упругости и строительной механики для описания базового упругого конечного эле-

мента при построении ''адекватных" моделей (II тип) позволило разрабатывать методики програшно-об">снованнбго проектиро_а-ния оптимальных гиперболовдных систем на основе аппарата матричного анализа в технической теории "Спецглаг » строительной механики" и ее "дочерних" схемах. На основе критериев сформи- ■ ' рованности технического знания при его фиксации в разлг"эюй | литературе установлена цепная модель структуры раздела прикладной механики в этой области, развивающегося за очет включ чия конструктов научного, опытно-проектировочного и научно-технического знанйя,в ходе решения задач раздела в новой по-танов-ке (контактная, динамическая,^ейсмичоская и др.).

Пятая глава посвящена анализу взаимодействия наук при формировании современной технической теории "Спецглавн строительной механики пространственных цонструкц й" для класса за,ач расчета с помощью ЭШ конструкций освсимметричннх ликлических систем.

В разделе 5.1 исследованы понятийный ппарат и основополагающие допущения технический теории. Дан анализ теоретических основ этой теории при построении достаточно то"ных научных мбделей конструкций (комплект идеальных упругих конечных элементов), учитывающих действительный хагпктер протекания г утренних процессов при работе простран .твенных систем,

В разделе 5.2 выявлена структура технической теории оо-нове анализа текстов архива программ Фонда Алгоритмов. Изучен процесс формирования понятгЯгого и теоретического аппарата теории путгат редуцирования блоков знания из различных наук и переработки в единую собственную систему. Иссл дована Ь-.тегриру-кпая роль математики л отановле'чт теории чороз универсал _лшо

- ¡¿и -

средства математического Формализма (машинная алгебра, дифференциальная • эометрия, теория сетей и т.д.).

В разделе 5.3 исследован генезис теоретических знаний в отруктуре теории из наук механического цикла: общих идей и принципов механики, фундаме .тальных основ теории упругости, теоретичес .тс конструктов строительной механики. Проанализирован генезис метода дискретизации строительной механики как основы вариационио-.г1.зносгного метода решения уравнений математической физики (метода конечных элементов). Выявлена модель развития задела приклах ой механики в этой области, исследована его связь о дисциплиной "Строительная механика".

Заключение и выводы

Г диссертационной работе впервые решены задачи исторяко-' технического и и с ¿-орико-на^чн ого воссоздания целостной картины развития за 100 лет гперболоидных технических средств во вза госвязи с этапами разработки прикладной механики в этой области. Выявлены основные закономерности развития гиперболоидных систем; определены основные п риоды развития этих систем; выявле-н достижения прикладной механики в этой области; определен. ' тен; энции развития гиперболоидных технических средств.

I. В * ззультате впервые проведенного комплексного «сто-рико 1>ехнического и ясторико-ваучного исследования развития ^гиперболоидных г хнических средств выявлено, что:

- научи. ) предпосылки создания их математического прообраза сложились в теор!.л гиперболоидов в течение 300 лет;

- научные предпосылки разработки теорет;. 1еских основ расчс ■•

та сложились в ходе р^вития фундаментальных основ наук механического цикла при решении исследовательских задач изгиб.', кручения и устойчивости упругих систем;

- социальные факторы и технич зкие предпосылки их разработки возникли при строительстве инженерны* аналогов в форме по--

• о

йерхностей вращения 2-го порядка (начало ХУ11-Х1Х вв.) .

И. В результате анализа первоисточников и архивных материалов выявлены основные закономерности развития гипербологц-:1ых технических средств за £00 лет:

- движущими силами развития является необходимость повыше-. Пия экономической и производственной эффективности по ерш.лечив с другими типами конструкций;

- изменения основных размеров пропорциональны росту технических показателей мощности башен| и мачт; производительное^ градирен и приводят к развитию конструкций по типоразмерам;

- изменения характеристик элементов структуры конструкций обратно пропорциональны снижению коэффициентов их материалоемкости (К - удельное облегчение;^ - легкость);

- качественные изменения формы по модификациям пооисходят скачкообразно при достижении предельних расчетных характеристик прочнооти, устойчивости и-геометрической неизменяемости конструкций и связаны с новыми произродственными функциями^.

2

Петропавловская И.А. Гиперболоидные конструкции в строительной механике. М,: Наука, 1988, с. 17, 26, 63-66, 84,.ИЗ, 185.

3 Там же, с. 10 , 88-95 , 98-99, 102-105, Н0-Н5, 153-^5, 161, 175-176, Т85-186, 227.

Ш.- Результаты впервые проведенного исторического исследования теоре-ических ^онов расчета гиперболовдных технически* средств выявили:

- первый этап разработки приближенно-аналитических оценок ях прочности в инженерной рг стельности (1880-е - 1914 г. );

второй этап разработки теоретических моделей (I тип) при решении задач прочности, устойчивости и геометрической неизменяемости на основе методов строительной механики и приклад-я<Л теории упругости (по аналогии системам мосто-, авиа-, дирижаблестроения) в научно-обоснованных методиках проектирования рациональных конструкций (Ш4-1960-е гг.);

- современный период разработки теоретических моделей (П тип) при решении статических и динамических задач прочности и устойчивости осециклических прфстранственных конструкций ■отрицателг'ой гаугсо: эй кривизны в программно-обоснованных

• этодиках проектирования оптимальных конструкций на основе технической теории "Спецглавы строительной механики" ($770-е - 1960-е гг.)4.

Определяющий иклад в сту область внесен отечественными учеными: академиками В.ЛШуховым (1894-1934), Л.С.Лейбензонсм ("914), Л.Н.Линником (£935), В.З.Власовым (1930-1950-е гг.) и инженерами Б.Л.Николаи (1946), Н.П.Гришковой, В.П.Лысковым

); Л.М.Масленниковы« (1959) и др.

1У. В результате комплексного историко-технического в -историко-паучного исследования ус:ановлены периоды развития

4 Та,, же, с. 20, 172-Г75, 2?0-2-Г2, 227.

5 Там же, с. Ш-162, 172, 196, 227. .

- ш -

конструкций гиперболоидных технических средств:

I период (до 1895 г.) - предыстория. Т этап - научные предпосылки создания математического прообраза в теории гиперболоидов (от древности до 50-х гг. XIX в.); 2 етап • научные предпосылки формирования теоретической базы расчета э науках механического цикла; технические предпосылки создания при шла конструкций Шухова(сХУП в. до 1895 г.). Предыстория системы "наука-техника" при одностороннем развитии фундаментальных исследований науки.

II период (1895-1930-е гг.) - эмпирико-аналитический. Оп-тное проектирование и совершен ствовддое конструкций (первый вид; в изобретательской деятельности; Первый этап разработки приближенно-аналитических моделей (I тип) раочетов конструкций. Стихийное взаимодействие объектов, системы "чаука-техника" при опережающем развитии технических средств в инже 'ерно-те-хническлх разработках.

Ш период (■! 914-1970-е гг.) - теоретический. Чаучно-обоснован-ное проектирование рационально конструкций (первый; второй вид). Развитие теоретических основ прикладной механгчи на основе точных моделей (I, II тип). Корреляция взаимодействия объектов системы "наука-техниКа" в научно-исследовательски: разработках.

1У период (1970-е - 4980-е гг.) - современный. Программно-обоснованное проектирование оптимальных конструкций (первый, второй тип). Нпучно-*летодический уровень расчетов на основе "адекватных" моделей (П тип) прикладной механики с помощью ЭШ. Взаимодействие объектов системы "наукп-те ника" пр., опа-ретмвдей ролл науки6.

, ... г ... - 4

6 Там же, с. 120, Ш, 130, *С4, Ш. 191, 225 , 227.

V. Проявленное исследование позволило установить тенденции развития гипербол илных технических средств:

- динамика производства конструкций внутри классов и групп имеет тенденцию постоянного роста и определяется социально-экономическими и научно-то- чичеекими факторами их целесообразности в неполном хозяйстве по сравнению с другими типами;

- ьмовое разнообразно конструкций развивается путем преемственности и новаторской разработки технического принципа

; 1 основе использовагия новых материалов и снижения материа-

7

лоеглкост" .

*

VI. Историко-тохнический и историко-научний анализ теории и практики гттерболоидных технических средств выявил, что:

- результатом взаимодействия науки и техники является формирование цепной модели структуры раздела "Прикладная механика гипглболоид"Нх конструкций. Расчет и проектирование";

- движущими силами развития раздела является стремление к компактной аналитической формулировке решений новых классов задач;

- процессы формирования раздела могут быть спроециропаны

на развитие технический знания в других областях Строительна

ой механики .

Основные результаты и положения диссертационной работы о-ражены в монографии и следующих публикациях:

I. Петропавловская И.А. Гиперболоидные конструкции в -строительной механике. М.: Наук;., 1968. 230 е.

7 же, с. 8€ -90 . 95-99, 113,' Ш-164, .173, 185.

8 Там же, с. 170, Ш, 220 , 224-225 , 227.'

2. Петропавловская И.А. Развитие гиперболои^чой констг руктивной формы по системе В.Г.Шухове 7 В.Г.Шухов - выдаг>ний-ся инженер и ученый: Тр. Обгед, науч. сессии Академии наук СССР, посвящ, науч. и инженер, творчеству почва, акад В.Г. Шухова. М.: Наука, 1084. С.55-69.

3. Петропавловская И.А. Из истории гиперболоидиых i^opy-жений// Вопр. истории естествознания и техники. -1975. Л 2 (51). С.95-97.

4. Петропавловская И.А. Владимир Григорьевич Шухов (биографический очерк)// В.Г.Шухов. Строительная механик : I.jöp, тр. М.: Наука, IW. С.10-20.

5. Петропавловская И.А. Основные этапы в инженерной деятельности почетного академика В.Г.Шухова. М.: Ии-т истории естествознания и техники АН СССР. Рукопись деп. в ВИНИТИ 2.4.74 Ü 1885-75 Доп.

6. Петропавловская И.А. Развитие конструкций - классификация гиперболоидиых сооружений почетного академика В.Г. Шухова. М.: Ин-т истории еете.гвознания и техники АН СССР. Рукопись доп. в ВИНИТИ *5.12.75 М 3561-75 Деп.

7. Петропавловская И.А. Периодизация развития технических сродств (на примере развития и расче"ов г'-аерболоидных конструкций В.Г.Шухова). М.: Ин-т истории естествознания и техники АН СССР. Рукопись деп. в ВИНИТИ 30.ii.76 № 4154-76 двЦ(

Q. Petroprylovskajo J.A. Hyperbolische Gittert Arme// V.O. Suchov. Kunct der Konstruktion. Stuttgart. Inet, lelohte Fia-chentragwerke, 199o. P. 78-91.

9, Petropavlovakaja I.A. Der SendetfliwFflr <b.e Ra<Ho-station Seboiovka // V.O. Suchov. Kunst der Konstruktion.

Stuttgart. inot. Lei'hte FlP'.hentragwerkt. 1990.F 92-1Q3.

lb; -шсано в печать Заказ * lllll •

Объем //л/7 Тираж/fV T-tfPtf

Офсетно-множительная лаборатория ИЗЫСС АН СССР