<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">concconc</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Железобетонные конструкции</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Reinforced concrete structures</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2949-1622</issn><issn pub-type="epub">2949-1614</issn><publisher><publisher-name>Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.22227/2949-1622.2025.3.41-57</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">concconc-80</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>COMPUTER MODELLING IN CONSTRUCTION</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Топологическая теория балки (ТТБ)</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Topological Beam Theory (TBT)</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0006-3368-0905</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Нещадимов</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Neshchadimov</surname><given-names>V. A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Виктор Александрович Нещадимов, канд. техн. наук, ст. преподаватель каф. Железобетонные и каменные конструкции</p><p>129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26</p><p>ResearcherID: HTS-6654-2023</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Victor A. Neshchadimov, candidate of technical sciences, senior lecturer of the Department of Reinforced Concrete and Masonry Structures</p><p>26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337</p><p>ResearcherID: HTS-6654-2023</p></bio><email xlink:type="simple">expertor@internet.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>30</day><month>09</month><year>2025</year></pub-date><volume>11</volume><issue>3</issue><fpage>41</fpage><lpage>57</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Нещадимов В.А., 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Нещадимов В.А.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Neshchadimov V.A.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.g-b-k.ru/jour/article/view/80">https://www.g-b-k.ru/jour/article/view/80</self-uri><abstract><p>Идея связи деформации и усилия восходит к Галилею (1638), который впервые рассмотрел удлинение стержня под нагрузкой, и к Гуку (1678), сформулировавшему основной закон упругости. На этом фундаменте Якоб Бернулли (1694), один из создателей науки о сопротивлении материалов, впервые поставил задачу об упругой линии — стремясь распространить законы продольного растяжения на изгиб. Однако отсутствие замкнутой геометрической связи между кривизной и внутренними силами не позволило ему завершить по-строение теории. Эйлер (1744), развивая идеи Бернулли, предложил вариационный принцип минимизации кривизны, но ввел два ключевых допущения — неизменность горизонтальной проекции и малость углов — что привело к классической линейной теории Эйлера – Бернулли. Эти приближения исключили продольные деформации из энергетического баланса и породили скрытую индуцированную продольную силу, не представленную в функционале энергии. В настоящей работе предложена Топологическая теория балки (ТТБ) — первая геометрически строгая модель изгиба, опирающаяся на естественную дуговую координату и точное определение кривизны Гюйгенса. Модель включает продольные деформации в вариационный принцип, вводит топологический модификатор кривизны 1/(1 + N/EA) и приводит к замкнутой системе уравнений для угла по-ворота, продольной силы и изгибающего момента. Таким образом, работа завершает линию, начатую Галилеем, Гуком, Бернулли и Эйлером: через 330 лет после постановки задачи Якобом Бернулли впервые получено полное строгое решение об упругой линии, учитывающее и изгиб, и продольные деформации в единой энергетически согласованной топологической модели.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The idea of relating deformation to internal force dates back to Galileo (1638), who first examined the elongation of a bar under load, and to Hooke (1678), who formulated the fundamental law of linear elasticity. Building on this foundation, Jacob Bernoulli (1694) — one of the founders of strength-of-materials theory — was the first to pose the problem of the elastic curve, attempting to extend the laws of axial deformation to bending. However, the absence of a closed geometric relation between curvature and internal forces prevented him from completing a general theory. Euler (1744), developing Bernoulli’s ideas, introduced a variational principle based on the minimization of curvature, but employed two critical assumptions — constant horizontal projection and small rotations — which led to the classical linear Euler – Bernoulli beam theory. These ap-proximations removed axial deformation from the energy balance and introduced a hidden geometrically induced axial force not represented in the strain-energy functional. In this work, we propose the Topological Beam Theory (TBT) — the first geometrically exact model of bending formulated in the natural arc-length coordinate and employing the exact curvature definition of Huygens. The model incorporates axial deformation directly into the variational principle, introduces a topological curvature modifier 1/(1 + N/EA), and yields a closed system of equations for the rotation angle, axial force, and bending moment. Thus, the present study completes the conceptual line initiated by Galileo, Hooke, Bernoulli, and Euler: for the first time in over 330 years since Jacob Bernoulli posed the problem, we obtain a fully exact solution for the elastic curve that consistently accounts for both bending and axial deformation within a unified, energetically coherent topological model.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>топологическая система координат</kwd><kwd>топологическая теория балки (ТТБ)</kwd><kwd>топологическое моделирование деформаций</kwd><kwd>возвратный потенциал (топологическая формулировка)</kwd><kwd>обобщенная теория балки</kwd><kwd>геометрически индуцированная продольная сила</kwd><kwd>точная кривизна в топологической системе координат</kwd><kwd>энергетически согласованная модель изгиба</kwd><kwd>вариационный принцип Эйлера в топологической постановке</kwd><kwd>восстановление геометрии по топологическим интегралам Френе</kwd><kwd>топологическое обобщение модели Эйлера – Бернулли</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>topological coordinate system</kwd><kwd>Topological Beam Theory (TBT)</kwd><kwd>topological deformation modelling</kwd><kwd>return potential (topological formulation)</kwd><kwd>generalized beam theory</kwd><kwd>geometrically induced axial force</kwd><kwd>exact curvature in topological coordinates</kwd><kwd>energetically consistent bending model</kwd><kwd>Euler variational principle in topological form</kwd><kwd>topological Frenet integrals for geometry reconstruction</kwd><kwd>topological generalization of the Euler – Bernoulli beam</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Галилей Г. Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых наук. Лейден : Изд. Лодевейка Эльзевира, 1638. 300 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Galilei G. Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze. Leiden, 1638; 300. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гук Р. О восстанавливающей силе, или о свойствах упругих. Лондон : John Martyn, 1678. 56 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hooke R. De Potentia Restitutiva, or Of Spring: Explaining the Power of Springing Bodies. London, John Martyn, 1678. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гюйгенс Х. Колебательные часы, или геометрические доказательства о движении маятников, примененном к часам. Париж : F. Muguet, 1673. 160 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Huygens C. Horologium Oscillatorium, sive de motu pendulorum ad horologia aptato demonstrationes geometricae. Paris, F. Muguet, 1673; 160. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Я. Кривизна упругой пластины. Ее идентичность с кривизной полотна, натянутого под действием веса. Радиусы кругов касания, выраженные в простейших терминах, вместе с некоторыми новыми теоремами, относящимися к этому вопросу // Acta Eruditorum. 1694. С. 262–276.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli J. Curvatura Laminae Elastica. Ejus Identitas cum Curvatura Lintei a pondere inclusi studií expansí. Radii Circulorum Osculantium in terminis simplicissimis exhibiti, una cum novis quibusdam Theorematis huc pertinentibus. Acta Eruditorum. 1694; 262-276. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Я. Решение задачи Лейбница о кривой с равными приближениями и отступлениями от заданной точки посредством выпрямления упругой кривой // Acta Eruditorum. 1694. С. 276–280.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli J. Solutio problematis Leibnitiani de curva accessibus et recessibus aequalibus a puncto dato, mediante rectificatione curva elastica. Acta Eruditorum. 1694; 276-280. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Я. Истинная гипотеза сопротивления твердых тел с доказательством кривизны тел, обладающих упругостью // История Королевской академии наук Парижа. 1705. С. 139–150.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli J. Véritable hypothèse de la résistance des solides, avec la démonstration de la courbure des corps qui font ressort. Histoire de l’Académie Royale des Sciences de Paris. 1705; 139-150. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Я. Построение кривой с равными приближениями и отступлениями, с использованием выпрямления некоторой алгебраической кривой: дополнение к недавно опубликованному решению за июнь // Собрание сочинений Якоба Бернулли. Т. 1. Лозанна; Женева : Марк-Мишель Буске, 1744. С. 608–612.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli J. Constructio Curvae Accessus et Recessus aequabilis, Ope Rectificationis Curvae cujusdam algebrai-cae: Addenda nuperæ solutioni Mensis Junii. Opera Omnia, Tomus I. Lausanne; Geneva, Marcum-Michaelem Bousquet, 1744; 608-612. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Д. Размышления и пояснения о новых колебаниях струн, изложенные в мемуарах Академии за 1747 и 1748 годы // История Королевской академии наук и изящной словесности Берлина с мемуарами за тот же год, взятыми из регистров этой академии. Берлин : Королевская академия наук и изящной словесности. Т. 9. С. 147–172.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli D. Réflexions et éclaircissemens sur les nouvelles vibrations des cordes exposées dans les mémoires de l’Académie de 1747 &amp; 1748. Histoire de l’Académie Royale des Sciences et des Belles Lettres de Berlin avec les Mémoires pour la même année, tirez des registres de cette Académie. 1755; 9:147-172. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Д. О смешении нескольких видов простых изохронных колебаний, которые могут сосуществовать в одной и той же системе тел // История Королевской академии наук и изящной словесности Берлина с мемуарами за тот же год, взятыми из регистров этой академии. Берлин : Королевская академия наук и изящной словесности, 1753. Т. 9. С. 173–195.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli D. Sur le mélange de plusieurs espèces de vibrations simples isochrones, qui peuvent coexister dans un même système de corps. Histoire de l’Académie Royale des Sciences et des Belles Lettres de Berlin avec les Mémoires pour la même année, tirez des registres de cette Académie. 1755; 9:173-195. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Бернулли Д. Письмо № 15 к Л. Эйлеру от 24 мая 1738 г. под ред. П.Н. Фусса. СПб. : Императорская Академия наук, 1843. Т. 2. С. 446–448.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Bernoulli D. Letter No. 15 to L. Euler, dated May 24, 1738 / Fuss P.H. (ed.). Correspondence on Mathematics and Physics of Some Famous Geometers of the 18th Century. Vol. 2. Saint Petersburg, Imperial Academy of Sciences, 1843; 446-448. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Эйлер Л. Метод нахождения кривых линий, обладающих свойствами максимума или минимума, или решение изопериметрической задачи, взятой в самом широком смысле. Лозанна; Женева : Марк-Мишель Буске, 1744.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Euler L. Methodus inveniendi lineas curvas maximi minimive proprietate gaudentes, sive solutio problematis isoperimetrici latissimo sensu accepti. Lausanne; Geneva, Marcum-Michaelem Bousquet, 1744. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Нещадимов В.А. Обобщенная теория балки Эйлера – Бернулли с возвратным потенциалом // Железобетонные конструкции. 2025. Т. 10. № 2. С. 34–50. DOI: 10.22227/2949-1622.2025.2.41-57</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Neshchadimov V.A. Generalized Euler–Bernoulli beam theory with return potential Reinforced Concrete Struc-tures. 2025; 2(10):41-57. DOI: 10.22227/2949-1622.2025.2.41-57 (in Russian). (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Навье К.-Л.-М.-А. Краткое изложение лекций, прочитанных в Школе мостов и дорог по применению механики к сооружению конструкций и машин. Париж : Фирмен Дидо, 1826. 500 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Navier C.-L.-M.-H. Résumé des leçons données à l'École des ponts et chaussées sur l'application de la mécanique à l'établissement des constructions et des machines. Paris, Firmin Didot père et fils, 1826; 500. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Френе Ж.Ф. О кривых двойной кривизны // Журнал чистой и прикладной математики. 1847. Т. 17. С. 437–447.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Frenet J.F. Sur les courbes à double courbure. Journal de Mathématiques Pures et Appliquées. 1847; 17:437-447. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Лагранж Ж.-Л. Аналитическая механика. Париж : Вев. Десан, 1788. 512 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lagrange J.-L. Mécanique analytique. Paris, Veuve Desaint, 1788; 512. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гамильтон У.Р. Об общем методе в динамике // Труды Лондонского королевского общества. 1834. Т. 124. С. 247–308.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hamilton W.R. On a General Method in Dynamics. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 1834; 124:247-308. (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
