Что такое оболочка?

Какой смысл вкладывается в понятие «оболочка»?

Термин этот, как принято говорить, относится к числу перегруженных. В этом легко убедиться, обратившись, например, к «Словарю русского языка» С. И. Ожегова: «Оболочка — слой, обтягивающий, покрывающий что-ни­будь. Оболочка зерна. Слизистая оболочка. Оболочка аэростата». Вспомните также оболочку «Человека в фут­ляре»: «...У этого человека наблюдалось постоянное н непреодолимое стремление окружить себя оболочкой, создать себе, так сказать, футляр, который уединил бы его, защитил бы от внешних влияний». Известна и элек­тронная оболочка. Все эти примеры весьма наглядно подтверждают, насколько широко и многогранно житей­ское толкование такого простого, казалось бы, слова, как «оболочка». Из всего многообразия возможных смысло­вых значений этого слова нас будет интересовать только то, которое связано с понятием оболочки как вполне определенной конструкции, способной выполнять задан­ные функции: силовые, эксплуатационные, технологиче­ские и, несомненно, эстетические. Договорившись о жи­тейском толковании понятия, дадим и определение, при­нятое в научной литературе.

С понятием оболочки в первую очередь ассоциирует­ся представление о геометрической поверхности. В науке о прочности материалов и конструкций — механике де­формируемого твердого тела, о чем пойдет речь ниже, классификация объектов, а их принято называть тела­ми, основана на особенностях их геометрической формы, определяющий признак которой связан с соотношением характерных размеров. Принято различать и особо вы­делять элементы конструкций, один размер которых на­много больше двух других. Это стержни, кольца, арки. Тела, у которых один размер намного меньше остальных, образуют класс оболочек и пластин.

С этих позиций оболочка — это тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, расстояние меж­ду которыми, называемое толщиной, мало по сравнению] с другими размерами. Значит, оболочка — прежде всего конструкция тонкостенная.

По указанным признакам в разряд оболочек, кроме крупных промышленных изделий, могут быть отнесены и многие предметы быта: абажур для электрической лам-3 почки, резиновый мяч или надувной матрац, наконец обыкновенный стакан и многое, многое другое. Панцирь черепахи, скорлупа яйца, морские раковины, стебли злаковых и т. д.— это тоже примеры оболочечных конструк­ций. Как видим, понятие оболочечных построений объединяет разнообразные конструкции, создаваемые как руками человека, так и самой природой.

Если оболочка, кроме названных выше двух поверх­ностей, не имеет других границ, то она называется замкнутой. Но из всякой замкнутой оболочки можно выделить часть, которая будет незамкнутой оболочкой. Та кие оболочки часто используются в качестве днищ различного рода емкостях для хранения жидких и газообразных продуктов, в конструкциях перекрытий.

Оболочка как геометрическая поверхность в любой точке характеризуется двумя взаимно перпендикуляра ми радиусами кривизны, которые называются главными радиусами кривизны и обозначаются R1 и R2. Очевидно для сферы все радиусы равны между собой.

В теоретических исследованиях принято представлять оболочку ее срединной поверхностью, которую наделяют всеми геометрическими и физическими свойствами, при­сущими ее толщине.

Таким образом, основными характеристиками оболоч­ки как геометрической фигуры являются радиусы кри­визны ее поверхности, толщина и габариты в плане.

Многообразные оболочечные системы живой природы и техники могут быть систематизированы по разные признакам. Попытаемся «упорядочить» оболочечную «иерархию» с позиций геометрических, силовых и конст­руктивных отличительных признаков.

Один из важнейших показателей, характеризующих свойства оболочки,— отношение ее толщины, которую обычно обозначают буквой h, к радиусу. В соответст­вии с этим отношением принято различать тонкие и. тол­стые оболочки. Тонкими, или тонкостенными, оболочками принято считать такие, у которых отношение толнщны к радиусу 1:20 и меньше. Подавляющее большинст­во оболочечных инженерных конструкций тонкостенные, к толстостенным оболочкам принадлежат конструкций; для которых соответственно отношение толщины к радиусу больше 1:20. Например, ствол артиллерийского орудия, водопроводная труба — это толстостенные оболочки. Конечно, указанные границы весьма условны.