Примерная программа дисциплины сопротивление материалов Рекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки (специальностей) в области техники и технологии
| Вид материала | Примерная программа |
- Примерная программа дисциплины материаловедение и технология конструкционных материалов, 374.31kb.
- Примерная программа дисциплины технология конструкционных материалов рекомендуется, 242.94kb.
- Примерная программа дисциплины общая электротехника и электроника рекомендуется Минобразованием, 250.81kb.
- Примерная программа дисциплины прикладная механика Рекомендуется Минобразованием России, 231.16kb.
- Примерная программа дисциплины детали машин и основы конструирования Рекомендуется, 287.02kb.
- Примерная программа дисциплины теоретическая механика рекомендуется Минобразованием, 182.77kb.
- Примерная программа дисциплины гидравлика (механика жидкости и газа) Рекомендуется, 377.85kb.
- Примерная программа дисциплины Экономика предприятия Рекомендуется Минобразованием, 114.3kb.
- Примерная программа дисциплины материаловедение рекомендуется Минобразованием России, 233.03kb.
- Примерная программа дисциплины теплотехника рекомендуется Минобразованием России для, 537.55kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
сопротивление материалов
Рекомендуется Минобразованием России для направлений
подготовки (специальностей) в области техники и технологии,
сельского и рыбного хозяйства
Москва 2001г.
1. Цели и задачи дисциплины
Современная действительность требует ускорения научно-технического прогресса, повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции, снижения материалоемкости конструкции, повышения производительности, долговечности, надежности машин. Исключительная роль в обеспечении этого процесса принадлежит инженерам, конструкторам, машиностроителям. Значительная роль в формировании облика инженеров широкого профиля отводится дисциплинам общеинженерного цикла и, в частности, дисциплине «Сопротивление материалов». Создавая новую конструкцию, инженер назначает первоначальные размеры ее элементов, проводя прочностные расчеты методами сопротивления материалов. Дальнейший расчет конструкций, как правило, производится с помощью ЭВМ численными методами с использованием пакетов прикладных программ. Однако для анализа достоверности получаемых результатов используется сравнение с результатами расчетов по упрощенным моделям методами сопротивления материалов.
Цель дисциплины «Сопротивление материалов» – обеспечение базы инженерной подготовки, теоретическая и практическая подготовка в области прикладной механики деформируемого твердого тела, развитие инженерного мышления, приобретение знаний, необходимых для изучения последующих дисциплин.
Задачами дисциплины. «Сопротивление материалов» являются овладение теоретическими основами и практическими методами расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций и машин, необходимыми как при изучении дальнейших дисциплин, так и в практической деятельности бакалавров и дипломированных специалистов, ознакомление с современными подходами к расчету сложных систем, элементами рационального проектирования конструкций.
2. Требование к уровню освоения содержания дисциплины
«Сопротивление материалов» базируется на знаниях, получаемых студентами из курсов математического анализа, физики, теоретической механики, материаловедения. Знания и навыки, получаемые при изучении дисциплины «Сопротивление материалов», широко используются в курсе «Детали машин» и во многих специальных дисциплинах.
Требования к знаниям и навыкам, приобретенным в результате изучения дисциплины, связаны с характером направления деятельности специалиста. Условно направления могут быть разделены на два блока:
Блок 1: направления, связанные со строительством, конструированием, технологией изготовления, эксплуатацией сложной и (или) энергоемкой техники. Это направления: 550100 – строительство; 551000 – авиа и ракетостроение; 551400 – наземные транспортные системы; 551800 – технологические машины и оборудование; 552000 – эксплуатация авиационной и космической техники; 552100 – эксплуатация транспортных средств; 552600 – кораблестроение и океанотехника; 552700 – энергомашиностроение; 552900 – технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств; 553300 – прикладная механика; 553600 – нефтегазовое дело; 553700 – технология и оборудование лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств, о также соответствующие им направления подготовки дипломированных специалистов.
Изучившие дисциплину «Сопротивление материалов» должны уметь: производить расчеты на прочность и жесткость стержней и стержневых систем при растяжении-сжатии, кручении, изгибе и сложном нагружении при статическом и ударном приложении нагрузок, расчеты тонкостенных оболочек вращения по безмоментной теории, расчеты стержней на устойчивость; определять деформации и напряжения в стержневых системах при температурных воздействиях; используя современную вычислительную технику, определять оптимальные параметры системы при изменении одного или нескольких параметров.
Блок 2: технические направления не вошедшие в блок 1. Это направления: 550500 - металлургия; 550600 – горное дело; 550800 – химическая технология и биотехнология; 550900 – теплоэнергетика; 551100 – проектирование и технология электронных средств; 551200 – технология изделий текстильной и легкой промышленности; 551300 – электротехника, электромеханика и электротехнологии; 551500 – приборостроение; 551600 – материаловедение и технология новых материалов; 551700 – электроэнергетика; 552400 – технология продуктов питания; 552500 – радиотехника; 553200 – геология и разведка полезных ископаемых; 553400 – биомедицинская инженерия; 553500 – защита окружающей среды и соответствующие направления подготовки дипломированных специалистов.
Бакалавры и дипломированные специалисты направлений этого блока должны знать принципы и методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость простейших элементов систем при простейших видах нагружения и иметь опыт таких расчетов.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы
Данная программа предназначена для бакалавров и дипломированных специалистов, и охватывает основные разделы дисциплины «Сопротивление материалов» – ядро курса. Она реализуется в форме лекций, практических занятий, лабораторных занятий, курсовых работ, консультаций, в форме самостоятельной работы студентов, заключающейся в проработке материалов лекционного курса, подготовке к лабораторным работам, выполнение домашних заданий и курсовых работ и в научно-исследовательской работе студентов. Программа может быть изменена (дополнена или сокращена, изменена последовательность изложения) применительно к профилю выпускаемой специальности. Право вносить изменения в программу предоставляется кафедрам. При этом необходимо учитывать имеются ли в плане специальности другие прочностные дисциплины и вопросы рассматриваемые в них.
Приведенное ниже распределение часов для направлений следует рассматривать как примерное. Оно должно подлежать корректировке в соответствии с ГОС для конкретной специальности. Для направления блока 1 целесообразно использовать курс с равномерным распределением нагрузки по двум семестрам. По конкретному учебному плану это 3-4 или 4-5 семестры.
Для направлений блока 2 следует использовать односеместровый курс (3 или 4 семестр).
В таблице приводится минимально необходимое (в числителе) число часов для изучения перечисленного в пунктах 4, 5 материалов и рекомендуемые (в знаменателе) для успешного освоения курса.
При минимальном объеме часов имеет место перегрузка изучаемым материалом лекций и практических занятий. Из лекций приходится исключать выводы отдельных формул и примеры расчетов, а практические занятия превращаются в лекции по решению типовых задач.
| Вид учебной работы | Блок 1 | Блок 2 |
| Всего часов | Всего часов | |
| Общая трудоемкость дисциплины | 228/330 | 114/165 |
| Аудиторные занятия | 128/190 | 64/95 |
| Лекции | 60/80 | 30/40 |
| Практические занятия (ПЗ) | 60/102 | 30/51 |
| Лабораторные работы (ЛР) | 8/8 | 4/4 |
| Самостоятельная работа | 100/140 | 50/70 |
| Курсовые работы | 2 курсовые работы | 1 курсовая работа |
| Вид итогового контроля | 2 экзамена | Экзамен |
Для успешного овладения практическими навыками и выполнения курсовых работ необходимо предусмотреть консультации в минимальном объеме 2 часа в неделю на 1 группу.
Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется при выполнении домашних заданий, лабораторных работ, курсовых работ. Основной формой контроля являются защиты курсовых работ, зачеты по лабораторным работам и экзамены.
Кроме основного двухсеместрового курса, для углубленного изучения отдельных тем предназначена дополнительная часть программы (пункт 4.2.2), которую целесообразно реализовать в третьем семестре. По решению кафедры она может быть расширена применительно к профилю выпускаемой специальности. Для контроля знаний рекомендуется зачет.
4. Содержание дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий
| № п/п | Раздел дисциплины | Лекции | ПЗ | ЛР |
| 1. | Введение | 3/2 | - | - |
| 2. | Центральное растяжение-сжатие | 6/4 | 9/6 | 1/1 |
| 3. | Сдвиг | 2/2 | - | - |
| 4. | Геометрические характеристики поперечных сечений стержня | 3/2 | 4/2 | - |
| 5. | Прямой поперечный изгиб | 7/5 | 9/7 | 2/2 |
| 6. | Кручение | 4/3 | 4/3 | 1/1 |
| 7. | Косой изгиб и внецентренное растяжение-сжатие | 2/2 | 2/3 | 1/0 |
| 8. | Элементы рационального проектирования | 2/0 | - | - |
| 9. | Статически определимые стержневые системы | 3/0 | 2/0 | - |
| 10. | Расчет статически неопределимых систем методом сил | 4/0 | 6/0 | 2/1 |
| 11. | Напряженное и деформированное состояние в точке тела | 4/2 | 4/2 | 1/0 |
| 12. | Теории прочности | 3/3 | 4/3 | - |
| 13. | Расчет осесимметричных тонкостенных оболочек по безмоментной теории | 2/0 | 2/0 | - |
| 14. | Устойчивость сжатых стерней | 3/3 | 3/4 | 1/0 |
| 15. | Продольно-поперечный изгиб | 2/0 | 3/0 | - |
| 16. | Расчет движущихся с ускорением элементов конструкций | 2/0 | 2/0 | - |
| 17. | Удар | 2/0 | 3/0 | - |
| 18. | Расчет на прочность при циклически меняющихся во времени напряжениях | 3/2 | - | - |
| 19. | Расчет на прочность по несущей способности | 3/0 | 3/0 | - |
В числителе приведены минимально необходимые часы для основного курса для направлений блока 1, в знаменателе – блока 2.
4.2. Содержание разделов дисциплины
4.2.1. Лекции (основной курс)
Семестр I
1. Введение
Цель курса сопротивление материалов, место курса среди других дисциплин. Краткий исторический обзор. Основные определения. Реальный объект – расчетная схема. Классификация тел по геометрическим параметрам. Классификация внешних сил. Гипотезы о свойствах материала. Опорные устройства.
Внутренние силы. Напряжения, нормальное и касательное напряжения, понятие о напряженном состоянии в точке. Метод сечений. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении стержня и соответствующие им виды деформаций.
Принцип неизменяемости начальных размеров. Принцип независимости действия сил. Принцип Сен-Венана.
2. Центральное растяжение-сжатие прямого стержня
Внутренние силовые факторы в стержне при центральном растяжении-сжатии. Нормальная сила, дифференциальная зависимость ее от внешней нагрузки, нормальные напряжения в поперечных сечениях. Гипотеза плоских сечений. Продольные и поперечные деформации, коэффициент Пуассона. Закон Гука при одноосном растяжении-сжатии. Перемещения поперечных сечений стержня и его удлинение. Потенциальная энергия деформации.
Техника построения эпюр в стержне при силовом нагружении, использование дифференциальных зависимостей.
Статически определимые и статически неопределимые задачи на растяжение-сжатие.
Температурные деформации и напряжения.
Монтажные напряжения. Жесткость и податливость, применение декомпозиции к расчету статически неопределимых стержневых систем на растяжение-сжатие.
Напряжения в наклонных сечениях стержня при растяжении-сжатии.
Экспериментальное определение механических характеристик материалов при центральном растяжении-сжатии. Диаграмма условная и истинная. Механические характеристики материала. Пластические и хрупкие материалы. Закон разгрузки и повторного нагружения. Влияние температуры на механические характеристики.
Понятие о ползучести, последействии, релаксации, длительной прочности.
Расчет на прочность по допускаемым напряжениям. Нормативный коэффициент запаса прочности, условие прочности. Проектировочный расчет, определение площади поперечного сечения. Определение допускаемой нагрузки. Поверочный расчет, фактический запас прочности.
Расчет на жесткость. Условие жесткости.
3. Сдвиг
Явление сдвига. Чистый сдвиг. Анализ напряженного состояния при чистом сдвиге. Связь между модулями упругости первого и второго рода и коэффициентом Пуассона. Потенциальная энергия деформации при сдвиге. Расчет элементов конструкций на срез.
4. Геометрические характеристики поперечных сечений стержней
Основные определения. Общие свойства геометрических характеристик. Статические моменты плоской фигуры, центральные оси, центр тяжести.
Изменение моментов инерции при параллельном переносе и повороте осей координат. Главные оси и главные моменты инерции. Моменты инерции простых фигур. Алгоритм определения главных центральных осей и вычисления моментов инерции для нетонкостенных сечений. Особенности расчета геометрических характеристик тонкостенных сечений.
5. Прямой поперечный изгиб
Виды изгиба стержня. Внутренние силовые факторы и дифференциальные зависимости при прямом поперечном изгибе. Техника построения эпюр внутренних силовых факторов в балках.
Нормальные напряжения при чистом изгибе. Нормальные и касательные напряжения при прямом поперечном изгибе.
Касательные напряжения в балках тонкостенного поперечного сечения. Центр изгиба.
Расчеты на прочность при изгибе. Критерий рациональности формы поперечного сечения балки по прочности.
Потенциальная энергия деформации балки при изгибе.
Определение перемещений при изгибе. Интегрирование дифференциального уравнения упругой линии. Метод Мора. Правило Верещагина.
Вычисление коэффициентов жесткости и податливости для балок.
Расчет на жесткость. Критерий рациональности формы поперечного сечения по жесткости.
6. Кручение
Внутренние силовые факторы при кручении. Классификация поперечных сечений стержней.
Кручение стержня круглого и кольцевого поперечных сечений.
Кручение стержня тонкостенного замкнутого поперечного сечения.
Кручение стержня сплошного прямоугольного сечения.
Кручение стержня тонкостенного открытого сечения и составного сечения.
Обобщенные формулы для расчета стержней на кручение.
Дифференциальные и интегральные зависимости при кручении, техника построения эпюр для стержня.
Расчеты на прочность и жесткость при кручении. Критерии рациональности формы поперечных сечений при кручении.
Потенциальная энергия деформации. Расчет цилиндрических винтовых пружин малого шага.
7. Косой изгиб и внецентренное растяжение-сжатие прямого стержня
Косой изгиб, напряжение в поперечном сечении, нейтральная линия. Определение перемещений. Расчет на прочность и жесткость.
Определение напряжений при внецентренном растяжении-сжатии, уравнение нейтральной линии, ядро сечения, расчет на прочность.
8. Элементы рационального проектирования простейших систем
Критерии рациональности системы. Возможные параметры проектирования.
Рациональное проектирование систем, элементы которых работают на растяжение-сжатие. Рациональные формы статически определимых стержней с распределенной нагрузкой. Рациональное распределение жесткостей в стержнях системы. Рациональная геометрия стержневой системы.
Рациональное проектирование балок. Равнопрочные балки. Регулирование максимального изгибающего момента в балках изменением жесткости или положения опоры, положением нагрузки и т.д.
Семестр II
9. Статические определимые стержневые системы
Пространственный брус малой кривизны, внутренние силовые факторы и напряжения в поперечных сечениях, потенциальная энергия деформации, интеграл Мора. Типы стержневых систем.
Особенности расчета перемещений в плоских стержневых системах (рамах, фермах, комбинированных системах) методом Мора. Определение взаимных перемещений сечений.
10. Расчет статически неопределимых стержневых систем методом сил
Связи. Необходимые и лишние связи. Эквивалентная и основная системы. Канонические уравнения метода сил. Коэффициенты канонических уравнений. Грузовое, единичные и суммарное состояния. Проверка решения.
Расчет плоских статических неопределимых рам. Раскрытие статической неопределимости рам с замкнутым контуром, учет врезанных шарниров.
Использование прямой и обратной симметрии в рамах для раскрытия статической неопределимости.
Особенности применения метода сил для расчета статически неопределимых балок, ферм, комбинированных систем.
Применение метода сил в температурных задачах.
11. Напряженное и деформированное состояние в точке тела
Напряженное состояние в точке тела. Тензор напряжений. Компоненты вектора полного напряжения на произвольной площадке, проходящей через данную точку. Полное, нормальное и касательное напряжения на этой площадке. Главные площадки и главные напряжения. Определение величины главных напряжений и положений главных площадок. Эллипсоид напряжений. Экстремальные касательные напряжения и площадки их действия. Круговая диаграмма Мора. Классификация напряженных состояний. Анализ плоского напряженного состояния. Главные площадки и главные напряжения в стержне при сложном нагружении.
Деформированное состояние в точке тела. Тензор деформаций. Аналогия между напряженным и деформированным состояниями.
Обобщенный закон Гука для изотропного материала. Удельная потенциальная энергия деформации и ее деление на энергии изменения объема и формы.
12. Теории прочности
Принципиальная схема построения теорий прочности. Теория наибольших нормальных напряжений. Теория наибольших относительных удлинений. Теория максимальных касательных напряжений. Теория удельной потенциальной энергии изменения формы. Теория Мора. Сопоставление теорий прочности. Расчет стержней на прочность при сложном напряженном состоянии. Расчет пространственных статически определимых и статически неопределимых рам. Расчет плоскопространственных рам.
13. Расчет осесимметричных тонкостенных оболочек по безмоментной теории
Геометрия тонкостенной оболочки вращения, меридиональные и окружные сечения. Условие существования безмоментного напряженного состояния. Понятие краевого эффекта. Рациональные формы оболочек и их соединений. Разрешающие уравнения безмоментных осесимметричных оболочек: уравнение Лапласа; уравнение равновесия части оболочки, отсеченной окружным сечением.
Теорема о проекции равнодействующей равномерно распределенного давления по некоторой поверхности на заданное направление.
Напряженное состояние в точке оболочки. Примеры расчетов на прочность цилиндрических, конических и сферических оболочек.
14. Устойчивость сжатых стержней
Понятие потери устойчивости для идеального стержня. Критическая сила. Задача Эйлера. Сравнение результатов решения Эйлера с другими решениями. Ценность и недостатки идеальной модели. Пределы применимости формулы Эйлера. Устойчивость сжатых стержней за пределами пропорциональности. Зависимость критических напряжений от гибкости. Поверочный и проектировочный расчеты на устойчивость. Энергетический метод определения критической нагрузки.
15. Продольно-поперечный изгиб
Особенности задачи продольно-поперечного изгиба. Различные формы дифференциальных уравнений, описывающих продольно-поперечный изгиб, их интегрирование. Приближенная формула для расчета прогибов при продольно-поперечном изгибе. Определение напряжений и запаса прочности с использованием приближенной формулы.
16. Расчет движущихся с ускорением элементов конструкций
Силы инерции. Расчет поступательно движущихся систем. Расчет равномерно вращающихся систем.
17. Удар
Понятие удара. Механические процессы, сопровождающие удар. Техническая теория удара. Удар по системе без учета массы системы.
Удар по системе, масса которой сосредоточена в точке удара. Приведение массы системы в точку удара.
Элементы рационального проектирования систем при ударном нагружении.
18. Расчет на прочность при циклически меняющихся во времени напряжениях
Явление усталости. Цикл напряжений и предел выносливости. Влияние концентрации напряжений, размеров, чистоты обработки поверхности и других факторов на сопротивление усталости. Диаграммы предельных амплитуд и определение запасов прочности деталей из различных материалов при чистом сдвиге и одноосном напряженном состоянии. Определение запаса усталостной прочности при сложном напряженном состоянии.
19. Расчет на прочность по несущей способности
Понятие о расчетах по несущей способности. Истинная диаграмма напряжений и ее схематизация. Расчет по несущей способности систем, работающих на растяжение-сжатие. Расчет по несущей способности систем работающих на изгиб.
4.2.2. Лекции (дополнительные главы)
- Изгиб плоского бруса большой кривизны.
- Расчет балок на упругом основании.
- О механике хрупкого разрушения.
- Устойчивость стержней при следящей нагрузке. Устойчивость плоской формы изгиба.
- Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений
- Общие уравнения и теоремы механики деформируемых твердых тел. Системы координат. Перемещения и деформации, условия совместности деформации. Напряжения и уравнения равновесия. Краевые условия. Постановка задач механики. Принцип возможных перемещений. Потенциальная энергия. Принцип возможных изменений напряженного состояния.
- Элементы теории тонкостенных пластин и оболочек.
Моментная теория тонкостенных цилиндрических оболочек при осесимметричной нагрузке. Вывод основного дифференциального уравнения. Формулы для вычисления напряжений. Определение постоянных интегрирования при большой и малой длине оболочки. Краевой эффект.
Чистый изгиб пластины. Зависимость между изгибающими моментами и перемещениями. Уравнение изогнутой поверхности пластины. Условие на контуре. Расчет круглых пластин при осесимметричной нагрузке. Понятие о температурных напряжениях в пластинах и оболочках.
- Расчет толстостенных цилиндров (Задача Ламе). Определение напряжений и радиальных перемещений в толстостенных цилиндрах, нагруженных внешним и внутренним давлением. Напряжение при посадке двух цилиндров с натягом.
- Упругие колебания деформируемых систем с одной степенью свободы (продольные, крутильные, изгибные). Свободные и вынужденные колебания. Влияние сил сопротивления. Период, частота, круговая частота. Амплитуда колебаний. Резонанс. Приближенный учет массы системы. Колебание систем с несколькими степенями свободы. Колебание стержней (продольные, крутильные, изгибные).
- Численные методы расчета, применяемые в механике материалов и конструкций.
4.2.3. Примерный перечень тем практических занятий
Перечень тем практических занятий приводится для двухсеместрового курса минимального объема. Все темы, кроме отмеченных звездочкой, рассчитаны на двухчасовые практические занятия. Для отмеченных звездочкой тем часы, отводимые на практические занятия, указаны в скобках.
Семестр I
- Расчет статически определимого ступенчатого стержня.
- Расчет статически неопределимого ступенчатого стержня при сило-вом и температурном нагружениях.
- Расчет статически определимых стержневых систем.
- (*) Расчет различных типов статически неопределимых стержневых систем от силового и температурного воздействия. Монтажные усилия (4 часа).
- Задачи повышенной сложности на растяжение-сжатие. (Стержень с зазором, нагрев и нагрузка, распределенная по линейному закону, система брус-труба и т.п.).
- (*) Геометрические характеристики плоских фигур (определение центра тяжести, главных центральных осей, главных центральных моментов инерции для сложных фигур с осью симметрии и несимметричных фигур) (4 часа).
- Построение эпюр в балках при прямом поперечном изгибе.
- Расчет балок на прочность по нормальным напряжениям.
- (*) Касательные напряжения при изгибе в нетонкостенных и тонко-стенных балках. Центр изгиба (4 часа).
- (*) Определение перемещений в балках. Интеграл Мора, правило Верещагина. Интегрирование дифференциального уравнения упругой линии (4 часа).
- Кручение статически определимого стержня.
- Кручение статически неопределимого стержня. Расчет винтовых цилиндрических пружин малого шага и систем с пружинами.
- Косой изгиб и внецентренное растяжение-сжатие
Семестр II
- Расчет статически определимых плоских рам.
- Расчет дважды статически неопределимой плоской рамы.
- Расчет плоских рам с замкнутым контуром, врезанными шарнира-ми.
- Раскрытие статической неопределимости в плоских рамах с ис-пользованием симметрии.
- Применение метода сил к расчету статически неопределимых ба-лок, ферм, комбинированных систем.
- Построение эпюр в пространственных рамах.
- Анализ напряженного состояния в точке тела.
- Расчет на прочность при сложном напряженном состоянии.
- Определение перемещений в пространственных рамах. Расчет ста-тически неопределимых пространственных и плоскопространственных систем.
- Расчет оболочек по безмоментной теории.
- (*) Поверочный и проектировочный расчеты на устойчивость. Энергетический метод определения критической нагрузки (3 часа).
- (*) Продольно-поперечный изгиб. Интегрирование дифференци-альных уравнений прогибов и моментов. Использование приближенной формулы для прогибов при определении запаса прочности (3 часа).
- Расчет равномерно вращающихся рам.
- (*) Расчет стержневых систем на ударное нагружение (3 часа).
- (*) Расчет простейших систем по нагрузкам, исчерпывающим не-сущую способность (растяжение-сжатие, изгиб) (3 часа).
4.2.4. Примерное содержание курсовых (расчетных) работ
Курсовые (расчетные) работы охватывают основные разделы курса и позволяет студенту приобрести навыки расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций и простейших систем. Ряд задач может быть дополнен элементами исследования, включающими оптимизацию системы по одному из параметров с применением ЭВМ для анализа. Исследуется зависимость массы системы или величины допускаемой нагрузки от положения стержней, опорных устройств и т.п. Эти элементы включают в работы индивидуально с учетом желания и возможностей студента.
Кроме того, курсовые работы могут содержать обобщающую заключительную задачу, в которой используются навыки приобретенные при решении задач по отдельным темам. Эта задача подбирается с учетом специальности студента.
Курсовая работа № 1 (1-й семестр)
Раздел 1.
В этом разделе содержатся задачи по теме растяжение-сжатие. Предлагается выполнить расчет статически определимого и статически неопределимого стержней со ступенчатым изменением площади по участкам, нагруженных силами и распределенной нагрузкой или нагретых по заданному закону. Сюда же входит расчет простейших статически неопределимых стержневых систем от силовой и температурной нагрузок. Эти задачи могут быть дополнены элементами оптимизации.
Раздел 2.
Тема «Изгиб». В раздел включается комплект задач, в которых отрабатываются навыки построения эпюр в балках и основная задача, в которой кроме построения эпюр производится:
расчет на прочность различных типов сечений по нормальным напряжениям;
расчет касательных напряжений
определение центра изгиба для тонкостенного сечения;
определение перемещений с использованием расслоения эпюр и правила Верещагина;
Основная задача может быть дополнена элементами оптимизации.
Раздел 3.
Тема «Кручение». Выполняются расчеты статически определимого и статически неопределимого ступенчатых стержней, с различными типами сечений по участкам, на прочность и жесткость при кручении.
Раздел 4.
Обобщающая задача.
Курсовая работа № 2 (2-й семестр)
Раздел 1.
Плоские рамы. Предлагается: для двух статически определимых плоских рам построить эпюры всех внутренних силовых факторов (одна рама содержит криволинейные участки); две статически неопределимые рамы рассчитать методом сил. Первая рама содержит прямолинейные участки, дважды статически неопределима. Вторая – имеет криволинейные участки и, с учетом симметрии, сводится к решению один раз статически неопределимой задачи. Задачи могут быть дополнены элементами оптимизации.
Раздел 2.
Сложное напряженное состояние. В первой задаче для пространственной рамы предлагается построить эпюры внутренних силовых факторов. Для участков рамы рассчитать заданные типы сечений, используя теории прочности. Вычислить перемещения указанной точки рамы в заданном направлении.
Во второй задаче предлагается рассчитать цилиндрическую оболочку, нагруженную внутренним давлением, эксцентрично приложенными силами, действующими вдоль оси, и крутящими моментами. В расчетных точках исследуется напряженное состояние и по энергетической теории определяется запас прочности. Оболочка от давления рассчитывается по безмоментной теории, от внецентренных сил и кручения рассчитывается как стержень.
Раздел 3.
Устойчивость. Выполняется проектировочный расчет стойки на устойчивость. Предварительно, энергетическим методом определяется коэффициент приведения длины. Задача может быть дополнена элементами оптимизации.
Раздел 4.
Обобщающая задача.
5. Лабораторный практикум
Лабораторные работы по курсу сопротивления материалов имеют цель: ознакомление студентов с экспериментальными исследованиями прочности, жесткости и устойчивости; сравнение теоретических (расчетных) результатов с результатами эксперимента; изучение поведения различных материалов при простых нагружениях, их механическими характеристиками, получаемыми экспериментально; тензометрированием. Приводится примерный перечень лабораторных работ для двухсеместрового курса минимального объема.
Семестр I
- Испытание образцов из пластического и хрупкого материалов на растяжение (сталь 3, чугун).
- Испытание образцов из пластического и хрупкого материалов на сжатие.
- Испытание образцов из пластического и хрупкого материалов на кручение.
- Определение нормальных напряжений в поперечном сечении двутавровой балки при изгибе (сравнение с теорией).
- Исследование перемещений в балке при изгибе (сравнение с теорией).
Семестр II
- Определение перемещений консольной балки при косом изгибе (сравнение с теорией).
- Определение перемещений в статически неопределимой раме (сравнение с теорией).
- Исследование напряженного состояния в точке стержня кольцевого поперечного сечения при сложном (изгиб с кручением) нагружении (сравнение с теорией).
- Исследование устойчивости сжатого стержня (равнение с теорией).
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература:
а) Основная литература
- Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. - М.: изд. МГТУ, 1999. -591 с.
- Вольмир А.С. и др. Сборник задач по сопротивлению материалов. - М.: Наука, 1984. –407 с.
б) Дополнительная литература
Учебники и учебные пособия по курсу:
- Александров А.В. Потапов В.Д. Державин Б.П. Сопротивление материалов -М.: Высшая школа, 2000. –560 с.
- Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. - М.: Изд. МАИ, 1994. –511 с.
- Варданян Г.С. и др. Сопротивление материалов с основами теории упругости и пластичности. - М.: изд. Ассоц. Строит. Вузов, 1995. –572 с.
- Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов. – М.: Высшая школа, 1989. –622 с.
- Долинский Ф.В., Михайлов М.Н. Краткий курс сопротивления материалов -М.: Высшая школа, 1988. –437 с.
- Заславский Б.В. Краткий курс сопротивления материалов М.: Машиностроение, 1986. –328 с.
- Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. - М.: Физматлит Наука, 1979. –744 с.
- Степин П.А. Сопротивление материалов - М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС, 1997. –320 с.
- Терегулов И.Г. Сопротивление материалов и основы теории упругости и пластичности - М.: Высшая школа,1984. –472 с.
- Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов. - М.: Мир, 1976. –669 с.
- Шалашилин В.И., Горшков А.Г., Трошин В.Н. Сопротивление материалов – М: Изд. МАИ, 2000. –616 с.
Задачники и пособия по решению задач:
- Антуфьев Б.А., Горшков А.Г., Егорова О.В. и др. Сборник задач по сопротивлению материалов – М: Изд. МАИ, 2000. –380 с.
- Ицкович Г.М., Минин Л.С., Винокуров А.И., Руководство к решению задач по сопротивлению материалов - М.: Высшая школа, 1999. –592 с.
- Лихарев К.К., Сухова Н.А. Сборник задач по курсу Сопротивление материалов - М.: Машиностоение, 1980. –224 с.
- Миролюбов И.Н. и др. Пособие к решению задач по сопротивлению материалов –М: Высшая школа, 1985. –399 с.
Список дополнительной литературы формируется кафедрой.
6.2.Средства обеспечения освоения дисциплины
При изучении курса рекомендуется широко использовать наглядные пособия (плакаты, модели и т.п.), фрагменты учебных кинофильмов по отдельным разделам дисциплины.
7. Материально техническое обеспечение дисциплины
При выполнении курсовых работ и НИРС предусматривается применение ЭВМ. Для выполнения лабораторных работ необходима лаборатория с соответствующим лабораторным оборудованием. Минимальный перечень оборудования включает:
разрывную машину типа Р-5 для испытания образцов из металла на растяжение;
гидравлические машины для испытания образцов из металла на сжатие и двутавровых балок на изгиб;
машину для испытания на кручение типа К-50;
установки для испытания на изгиб, на косой изгиб, деформаций плоской рамы, на сложные сопротивления на устойчивость либо универсальные стенды, позволяющие выполнять эти испытания;
измерительный инструмент, механические тензоментры (типа МИЛ и Гутенберга), индикаторы часового типа для измерения перемещений тензодатчики и электронные измерители деформаций, вспомогательное оборудование.
8. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины
8.1. Методически обосновано изучать в основном курсе тему «Кручение» перед темой «Прямой поперечный изгиб». Однако, в этом случае тема «Прямой поперечный изгиб», содержащая большой объем трудно осваиваемого студентами практического материала, входящего в курсовую работу, сдвигается к концу семестра и плохо прорабатывается.
Для увеличения времени проработки (самостоятельно и на консультациях) сделана перестановка этих тем.
8.2. Вуз в рабочей программе может изменить соотношение часов аудиторных занятий и самостоятельной работы в соответствии с конкретным учебным планом направления подготовки (специальности).
8.3. Если согласно Государственному образовательному стандарту в требованиях к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки бакалавра и дипломированного специалиста по конкретному направлению имеется комплексная дисциплина (прикладная механика, техническая механика и т.п.), включающая блок разделов дисциплины сопротивление материалов, то рекомендуемый объем должен составлять не менее: лекций – 30 часов, практических занятий – 30 часов, лабораторных работ – 4 часа. При этом рассматриваются разделы 1-7, 11, 12, 14, 18 с соответствующим отводимому времени охватом материала и глубиной изложения, проработкой на практических занятиях и в расчетной работе, выполняются лабораторные работы 1, 2, 3.
При отводимых на блок «Сопротивление материалов» в комплексной дисциплине объемах менее 50 часов изучение дисциплины «Сопротивление материалов» нецелесообразно.
Программа составлена в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлениям подготовки (специальностям) в области техники и технологии сельского и рыбного хозяйства.
Программу составили:
Горшков А.Г. – профессор Московского государственного авиационного института (технический университет), МАИ.
Макаревский Д.И. – доцент Московского государственного авиационного института (технический университет) МАИ.
Светлицкий В.А. – профессор Московского государственного технического университета, МГТУ им. Э. Баумана.
Программа одобрена на заседании научно-методического совета по сопротивлению материалов, строительной механике, теории упругости и пластичности. Протокол № 5 от 17.11.2000 г.
Председатель НМС профессор Горшков А.Г.