Примерная программа дисциплины сопротивление материалов Рекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки (специальностей) в области техники и технологии
| скачать МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ  ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ сопротивление материаловРекомендуется Минобразованием России для направлений подготовки (специальностей) в области техники и технологии, сельского и рыбного хозяйства Москва 2001г. 1. Цели и задачи дисциплиныСовременная 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. ^ «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. ^ «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. ^ «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. ^ 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.
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. ^
В числителе приведены минимально необходимые часы для основного курса для направлений блока 1, в знаменателе – блока 2. ^ 4.2.1. Лекции (основной курс)Семестр I 1. ВведениеЦель 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. ^ 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. СдвигЯвление 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. ^ 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. ^ 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. КручениеВнутренние 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. ^ 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. ^ 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 ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ 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. ^ Силы инерции. Расчет поступательно движущихся систем. Расчет равномерно вращающихся систем. 17. УдарПонятие 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. ^ 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. ^ 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. ^
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
Семестр II
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. ^ 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. ^ 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. ^ 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
Семестр II
а) Основная литература
Учебники и учебные пособия по курсу:
Задачники и пособия по решению задач:
Список дополнительной литературы формируется кафедрой. ^ При изучении курса рекомендуется широко использовать наглядные пособия (плакаты, модели и т.п.), фрагменты учебных кинофильмов по отдельным разделам 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. ^ 8.1. 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.
|
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка: Разместите кнопку на своём сайте или блоге: