История инженерной деятельности

Первые годы ХХ в. характеризовались повышенной активностью машиностроителей. Появлением новых типов машин, в особенности транспортных, заставило обратить серьезное внимание на материалы, применяемые в машиностроении, и на совершенствование расчетных методов теории упругости. Степан Прокофьевич Тимошенко (1878–1971), бывший первые годы ХХ в. профессором Петербургского института инженеров путей сообщения, решил ряд задач изгиба и кручения призматичных стержней. Важное значение в теории упругости получили в это время двухмерная и трехмерная задачи. Для решения двухмерной задачи Г. В .Колосов (1877–1936) воспользовался аппаратом теории функций комплексного переменного. Эти идеи были развиты его учеником Н. И. Мусхелишвили (1891–1976), который изучил концентрацию напряжений и впервые учел связь термических и силовых напряжений. Решение трехмерной – пространственной задачи было дано С. П. Тимошенко, А. Фепплем, К. Рунге. Несколько позже, в конце 20-х годов, Мусхелишвили предложил и в этом случае использовать методы теории функций комплексного переменного. Как уже отмечалось, к началу ХХ в. относится становление неголономной механики. Как известно, этим термином Герц предложил называть системы, движения которых подчинено неинтегрированным кинетическим связям, и впервые использовал его в своих «Основаниях механики» (1894). В 1895 г. С. А. Чаплыгин составил дифференциальные уравнения движения системы в обобщенных голономных координатах при наличии линейных неголономных связей и равного числа циклических координат. Важный вклад в теорию внес профессор Киевского университета Петр Васильевич Воронец (1871–1923). Впервые он занялся неголономной механикой в 1901 г. Позже вывел общие уравнения движения неголономных систем. В 1909 г. в работе «Задача о движении твердого тела» и в последующих работах ввел условие зависимости силы лишь от положения точки от поверхности.

В тесной связи с неголономной механикой находится динамика живых организмов, основополагающие работы которой опубликовал в первом десятилетии ХХ в. профессор Екатеринославского (Днепропетровского) горного института Ярослав Иванович Грдина (1871–1931).

На стыке многих направлений – механики, математики, различных отраслей техники – возникла в конце ХІХ в. теория устойчивости. Здесь, наряду с Анри Пуанкаре, громадная заслуга принадлежит Александру Михайловичу Ляпунову. Его основополагающие научные поиски, и особенно докторская диссертация «Общая задача об устойчивости движения» (1892) послужили основой теории.

Период, охватывающий конец ХІХ и первые десятилетия ХХ в., оказался чрезвычайно плодотворными в истории развития теоретической и прикладной механики. В эти годы были высказаны многие идеи, развитые впоследствии в целые научные направления.

Характерным является повышенный интерес к сравнительно небольшому числу проблем (в 20-е гг. ХХ ст.): аэродинамика, гидродинамика, теории рабочих машин, неголономная механика. Одновременно весьма активно велись чисто математические исследования, возникали новые направления.

Очень важную роль в развитии отечественного математического естествознания сыграла московская математическая школа, основанная А. Д. Егоровым и его учеником Н.Н.Лузиным. К этой школе принадлежат такие крупные ученые, как П.С.Александров, М. А. Лаврентьев, А. Н. Колмогоров, И. И. Привалов, Д. Е. Мень-шов, Н. К. Бари, М. В. Келдыш, В. В. Голубев и др. Н. Н. Лузин и его ученики развили ряд важнейших направлений математики и создали математический аппарат для решения многих задач теоретической и прикладной механики.

Большое внимание обращается на практические направления науки. В это время наука начала приобретать новые организационные формы: и в системе Академии наук, и вне ее организуются научно-исследовательские институты. В 1919 г. на Украине была создана Академия наук, вторая в бывшем СССР, в составе которой был открыт Институт технической механики.

В первой половине 20-х годов научно-исследовательские институты математики и механики были открыты в составе Ленинградского, Московского и Казанского университетов. Создание сети научно-исследовательских учреждений благоприятно повлияло на развитие исследований в области механики. Уже в 20-х годах, кроме традиционных школ в Ленинграде и Москве, возникают исследовательские коллективы в Киеве, Харькове, Днепропетровске, Тбилиси.

Следует указать, что в это время развивалась кинематика механизмов в направлении решения задач теории пространственных механизмов, значение которых возросло в связи со становлением авиационного и сельскохозяйственного машиностроения. Бурное развитие машиностроения в довоенные пятилетки заставило обратить внимание на создание его теоретических основ. Сложность задач кинематики пространственных механизмов вызвало поиски общей методики решения. Первыми обратились к изучению пространственных механизмов Н. И. Мерцалов, И. И. Артоболевский, Н. Г. Бруевич и В. В. Добровольский. В начале 30-х годов начали развивать идеи Л. В. Ассура.

С появлением и развитием автомобильного, а затем авиационного транспорта повысился интерес к нефти и ее транспортировке. Возникла практическая задача движения вязкой жидкости. В бывшем СССР над ее решением работал один из учеников Жуковского – Л. С. Лейбензон, принимавший участие в организации Бакинского университета.

В 20-30-е годы самыми важными задачами в области аэрогидродинамики продолжали оставаться те, что были связаны с теорией самолета. В эти годы Н. Е. Кочин решал задачу об установившемся движении круглого в плане крыла в идеальной несжимаемой жидкости, В. В. Голубев развил теорию машущего крыла, А. Н. Дорос-ницын решил задачу полета для случая стреловидного крыла и крыла, летящего со скольжением. Идеи Н. В. Жуковского и получили дальнейшее развитие в работах А.И.Некрасова, М. А. Лаврентьева, М. В. Келдыша, Л. И. Сизова.

Огромные преобразования, происшедшие в народном хозяйстве СССР в 30-х годах, не могли не отразиться и на развитии не только механики, но и других инженерных наук. Проблемы, которые имели ранее только теоретическое значение, получили важное практическое применение. К ним относилась, в частности, проблема устойчивости. Она имеет важное значение для самых различных областей науки и техники, имевших дело с системами, состояниями и процессами. А.Н.Ляпунов в монографии «Общая задача об устойчивости движения» (1892) решил эту проблему для систем с конечным числом степеней свободы. Н.Г.Четаев (1902–1959) применял теорию Ляпунова к проблеме неустойчивости движения и решил ряд технических задач, которые относились к устойчивости полета снаряда и устойчивости самолета. В 1936 г. он предложил постулат устойчивости, содержащий требование малых отклонений между теорией и экспериментом. Методы Ляпунова нашли применение также в учении о колебаниях. Повышение рабочих скоростей заставило обратиться к нелинейной теории колебаний. К началу 30-х годов в СССР ею занимались две школы: Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси и А. А. Андропова, которые исходили из нелинейной теории разноколебаний, применяя при этом методы Ляпунова, и киевские школы И. М. Крылова и Н. Н. Боголюбова, которые развивала асимптотические методы. Исследования Крылова и Боголюбова привели к созданию нового научного направления, получившего название нелинейной механики. Методы нелинейной механики тогда же были применены к решению важнейших задач строительной механики, авиастроения, машиностроения, электротехники и радиотехники.

В это же время одно из первых мест по важности технических решений заняли вопросы механики сплошной среды.

В области теории упругости Н.И.Мусхелишвили и его ученики исследовали плоскую задачу при помощи методов теории функций комплексного переменного. В середине 30-х годов ХХ в. Б. Г. Галеркин (1871–1945) построил теорию изгиба пластинок и начал исследования по теории оболочек, которые привели к значительным результатам: он обеспечил большую точность расчетов и распространил теорию на оболочки средней толщины. Предложенное им приближонное решение для цилиндрической оболочки дало возможность рассчитывать трубопроводы под произвольной нагрузкой.