скачать
«Утверждаю» Директор ИГНД ______________А.К.Мазуров «____»_____________2009г. Сопротивление материалов Рабочая программа и контрольные задания для студентов специальностей 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин» 130501 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» Обеспечивающая кафедра: теоретической и прикладной механики Курс второй Семестр третий Учебный план набора 2007 г. с изменениями 2008 года Распределение учебного времени Лекций 18 часов (ауд.) Практических занятия 18 часов (ауд.) ^ Самостоятельная (внеаудиторная) работа 66 часов Общая трудоемкость 90 часов Зачет в третьем семестре Томск 2009 Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
Предисловие Рабочая программа составлена на основе ГОС ВПО РФ по специальностям 130503 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений», 130504 «Бурение нефтяных и газовых скважин, 130504«Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» направления 650700 Нефтегазовое дело, утвержденного 07.03.2003 РАССМОТРЕНА и ОДОБРЕНА на заседании обеспечивающей кафедры теоретической и прикладной механики Протокол №74 от 21 января 2009г.
профессор, д.т.н. _______________ А.А. Светашков,
Зав. выпускающей кафедрой _____________Б.Б. Квеско Зав. выпускающей кафедрой _____________В.Д. Евсеев Зав. выпускающей кафедрой _____________А.В. Рудаченко ^
Конструктивная и технологическая разработка машин, устройств, сооружений любой функциональной ориентации, удовлетворяющих требованиям надёжности и экономичности, назначение оптимальных режимов их эксплуатации при различных условиях работы возможны при: - наличии знаний о сопротивлении материалов их конструктивных элементов силовым и иным внешним воздействиям, - умении определять и оптимально использовать механические свойства материалов в необходимых для этого расчётах. Научный и понятийный аппарат курса "Сопротивление материалов", его теоретические положения и, основанные на них методы расчётов с экономичным и рациональном использовании материалов в элементах конструкций, являются достижениями технической цивилизации и характеризуют культуру взаимодействия человека с природой. ^ модельных и теоретических представлений о материалах и поведении стержней из них при внешних силовых воздействиях, на основе которых созданы и разрабатываются инженерные методы расчёта элементов конструкций и конструкций в целом с удовлетворением требований надёжности и экономичности. Курс состоит из двух частей, каждая из которых сгруппирована по темам (разделам). В процессе изучения курса выполняются четыре контрольные расчётно-графические работы (по две работы в семестр), включающие задачи по основным его разделам. ^ . Назначение их - формирование реальных представлений о сопротивлении материалов в различных условиях деформирования, получение навыков обработки и анализа результатов испытаний при определении механических характеристик материалов и проверке теоретических положений курса. Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
^"Сопротивление материалов" одна из немногих дисциплин, для которых имеется столь обширная учебная литература, регулярно переиздаваемая и пополняемая новыми авторами. Имеются учебники для разного уровня обучения и разной профессиональной ориентации. Основа у всех общая, отличие в уровне изложения и глубине проработки разных тем и вопросов, поэтому одного какого-либо учебника недостаточно для полноценного изучения "Сопротивления материалов". При произвольном выборе учебника может оказаться, что принятый в нём стиль изложения (краткость, формальность введения положений без обсуждения, математические выражения без подробных пояснений, якобы очевидных) будет сложен для понимания на начальной стадии изучения. Необходимо пользоваться различными учебниками и, возможно, для получения первых основных представлений следует начать с учебных пособий для средне технического образования, которые в списке не приведены. Ниже краткий список содержит лишь некоторые необходимые пособия для студентов высших учебных заведений, и они приведены в соответствии с повышением уровня изложения материала. Учебник [1] имеет рекомендацию для заочного обучения. Книга [5] во многом отвечает современным требованиям инженерного технического образования, но компактна по изложению. При работе с учебниками следует тщательно изучать разобранные в них примеры решения задач и для самоконтроля самостоятельно решать задачи из сборников [6, 7]. Следует обратить особое внимание на вопросы для самоконтроля по каждой теме рабочей программы. Вопросы могут служить ориентиром в изучении материала курса. Ответы на них необходимо (проартикулировать) озвучивать для себя, иллюстрировать свои представления графически.
Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
Тема 1. Основные понятия и определения (терминология) 1.1. Прочность, жесткость, устойчивость, выносливость (усталость) - как понятия определяющие надёжность конструкций в их сопротивлении внешним воздействиям. Коэффициент запаса как количественный показатель надёжности и экономичности конструкций. 1.2. Расчётные схемы (модели): твёрдого деформируемого тела, геометрических форм элементов конструкций, внешних и внутренних связей между ними, внешних воздействий. 1.3. Внутренние силы в деформируемых телах и их количественные меры: внутренние силовые факторы и напряжения. Метод сечений и уравнения равновесия для определения внутренних силовых факторов. Математическое определение меры напряжений. Понятие "напряжённое состояние". 1.4. Геометрические искажения стержневых элементов конструкций и их количественные меры: деформации и перемещения. "Большие" и "малые" искажения. Математическое определение мер деформаций. Понятие "деформированное состояние". .4. Понятия упругости, пластичности, хрупкости. Линейная упругость (закон Гука в общей словесной формулировке). Принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции). Понятия простого и сложного (комбинированного) сопротивлений. Вопросы для самопроверки:
Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
Тема 2. Растяжение и сжатие 2.1. Внутренние силы в поперечных сечениях стержня. Построение диаграмм (эпюр) внутренних сил от действия сосредоточенных сил и распределённых по длине стержня (собственного веса). 2.2. Деформации продольные и поперечные, коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона). Напряжения в поперечных сечениях стержня. Связь между напряжениями и деформациями (закон Гука). Модуль упругости как жёсткость материала. Определение перемещений поперечных сечений стержня и изменения его длины под действием сосредоточенных сил, собственного веса, температуры. Условия прочности и жесткости. Разновидности инженерных расчётов на основе условий прочности и жёсткости: проектный, проверочный, определение допускаемых нагрузок. 2.3. Статически определимые стержневые системы с узловой нагрузкой. Геометрические искажения систем, определение перемещений узлов. 2.4. Статически неопределимые системы. Особенности их расчёта, монтажные и температурные напряжения, их определение. 2.5. Механические свойства материалов. Типовые диаграммы деформирования пластичных и хрупких материалов при растяжении и сжатии. Характеристики упругих, прочностных и деформационных свойств материалов. Назначение допускаемых напряжений. ^
После изучения этой темы решить задачи №1, 2. Тема 3. Основы теории напряжённого и деформированного состояний 3.1.Напряжения в наклонных сечениях стержня при растяжении и сжатии, закон парности касательных напряжений. Графическое представление напряженного состояния при растяжении и сжатии кругами Мора. 3.2. Виды напряжённых состояний, главные напряжения, главные площадки. Графическое и аналитическое определение главных напряжений и их направлений при плоском напряжённом состоянии. 3.3. Деформированное состояние при растяжении и сжатии. Связь между модулем нормальной упругости и модулем сдвига для изотропного материала. 3.4. Связь напряжённого и деформированного состояний, обобщённый закон Гука. Объёмная деформация. Удельная потенциальная энергия деформации и её составные части: энергия изменения объёма и энергия изменения формы. 3.5. Теории прочности (предельного состояния). Критерии эквивалентности напряжённых состояний. Эквивалентное напряжение и его определение по различным критериям. Формулировка условий прочности при произвольном напряжённом состоянии для пластичных и хрупких материалов. ^
После изучения этой темы решить задачу №3. Тема 4. Геометрические характеристики плоских сечений стержня 4.1. Математические определения геометрических характеристик плоских фигур: статические моменты площади, осевые моменты инерции и центробежный, полярный момент инерции. Преобразование перечисленных характеристик при параллельном переносе осей. Центральные оси. Главные оси. Определение положения центра тяжести элементарных сечений и составленного из элементарных фигур. Нахождение геометрических характеристик сечения относительно центральных осей. 4.2. Преобразование осевых моментов инерции сечения и центробежного при вращении центральных осей. Главные центральные оси. Главные осевые моменты инерции сечения. Вопросы для самопроверки:
После изучения этой темы решить задачу № 5. Тема 5. Сдвиг (срез), смятие 5.1. Понятие чистого сдвига. Элементы конструкций, работающих в условиях чистого сдвига. Деформации, напряжения. Закон Гука при сдвиге. Условие прочности при сдвиге (срезе). Изображение напряжённого состояния при чистом сдвиге кругом Мора. 5.2. Смятие. Условие отсутствия смятия контактирующих поверхностей. Вопросы для самопроверки:
Тема 6. Кручение6.1. Крутящие моменты (внутренний силовой фактор) в поперечных сечениях стержня, построение диаграмм (эпюр) крутящих моментов. 6.2. Кручение стержней круглого поперечного сечения: деформации, напряжения, углы закручивания. Условия прочности, жёсткости. 6.3. Кручение стержней с прямоугольным сечением, тонкостенного профиля. 6.4. Расчёт статически неопределимых систем. Вопросы для самопроверки:
После изучения тем 5 и 6 решить задачу №4. Тема 7. Изгиб 7.1. Плоский поперечный изгиб прямых стержней (брусьев, балок). Определение внутренних сил (поперечных сил и изгибающих моментов) в произвольном поперечном сечении стержня и построение их диаграмм (эпюр). 7.2. Дифференциальные зависимости между нагрузкой, поперечными силами, изгибающими моментами, их использование при построении диаграмм и контроля правильности их построения. 7.3. Чистый изгиб: деформации, нейтральный слой, радиус кривизны, кривизна, распределение линейных деформаций и нормальных напряжении по высоте поперечного сечения стержня. 7.4. Рациональные формы поперечных сечений стержней из пластичных и хрупких материалов. Прокатные профили. 7.5. Касательные напряжения при плоском поперечном изгибе стержней. Распределение касательных напряжений по высоте поперечных сечений различной формы (формула Журавского). 7.6. Угловые и линейные перемещения поперечных сечений. Упрощенное дифференциальное уравнение изогнутой оси стержня и его интегрирование. Универсальные уравнения: углов поворота сечений, изогнутой оси. 7.7. Статически неопределимые балки и их расчёт. 7.8. Балки переменного сечения по длине. Балки равного сопротивления. Вопросы для самопроверки:
После изучения этой темы решить задачи № 6,7. Тема 8. Расчёт конструкций при пластическом деформировании материалов 8.1 Понятия предельного состояния материала, предельного состояния конструкции. Схематизация (идеализация) диаграмм деформирования пластичных материалов. Предельные значения внутренних силовых факторов при растяжении (сжатии), кручении, изгибе. Предельные нагрузки для систем. Особенности расчёт статически неопределимых систем по предельному состоянию. 8.2. Остаточные напряжения. ^
Ч а с т ь II Тема 1. Геометрические искажения стержневых систем, определение перемещений в системах. 1.1. Закон сохранения энергии при упругом деформировании тел. Работа внешних сил при одновременном и последовательном приложении. Теоремы о взаимности работ и перемещений. Вычисление упругой внутренней энергии в системах при внешних нагрузках. 1.2. Интегралы Мора, способ вычисления интегралов по Верещагину. 1.3. Метод сил, расчёт статически неопределимых систем. Вопросы для самопроверки:
Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
После изучения этой темы решить задачу № 11. Тема 2. Сложное (комбинированное) сопротивление 2.1. Основные виды сложного сопротивления. Принцип суперпозиции в анализе сложного сопротивления. 2.2. Косой изгиб: определение напряжений в произвольной точке поперечного сечения, положения нейтральной линии. Формулировка условия прочности. Определение перемещений поперечных сечений. 2.3. Изгиб с растяжением (сжатием): определение напряжений в произвольной точке поперечного сечения, положения нейтральной линии. Формулировка условия прочности для хрупких и пластичных материалов. Внецентренное растяжение (сжатие) стержней, ядро сечения. 2.4.Изгиб с кручением стержней круглого поперечного сечения. Формулировка условий прочности. Расчёт валов. 2.5. Общий случай сложного сопротивления. Формулировка условий прочности. Определение перемещений сечений. Вопросы для самопроверки:
После изучения этой темы решить задачи № 8, 9,10. Тема 3. Пружины 3.1. Расчёт цилиндрических пружин растяжения и сжатия: вычисление напряжений, определение осадки (изменения высоты). 3.3. Расчёт составных пружин. Вопросы для самопроверки:
Тема 4. Сжатие длинных стержней4.1. Продольный изгиб, устойчивость, критическая нагрузка по Эйлеру. Влияние опорных устройств на величину критической нагрузки. Критическое напряжение, пределы применимости формулы Эйлера. 4.2. Расчёты на устойчивость с помощью коэффициентов уменьшения основного допускаемого напряжения для материала. Вопросы для самопроверки:
После изучения этой темы решить задачу №12. Тема 5. Прочность при циклически изменяющихся (переменных) напряжениях 5.1. Стационарный режим, основные характеристики цикла. Явление усталости, экспериментальные кривые усталости. Определение пределов выносливости (усталости) при различных циклах. Диаграмма предельных амплитуд. 5.2. Определение предела выносливости для реальных деталей. Влияние наличия концентраторов, качества обработки поверхности, масштабного фактора. Коэффициент запаса усталостной прочности при переменных нормальных, при переменных касательных напряжениях, при их совместном действии (изгиб с кручением). Вопросы для самопроверки:
Тема 6. Динамическое действие нагрузок 6.1 Силы инерции. Расчёты элементов конструкций с учётом сил инерции при поступательном движении и равномерном вращении. 6.2. Удар. Расчёты конструкций при вертикальном ударе и горизонтальном. Коэффициент динамичности. Скручивающий удар. 6.3. Упругие колебания, степени свободы систем. Определение частоты собственных колебаний системы с одной степенью свободы. Колебания при возмущающей периодической нагрузке, коэффициент нарастания колебаний, коэффициент динамичности. Условия прочности, жёсткости. ^
После изучения этой темы решить задачи № 13, 14, 15. Контрольные задания включают задачи: Задание №1: 1, 2, 3, . Задание №2: 4, 5, 6. Задание №3: 8, 9, 10. Задание №4: 11,12,13,14.
^ (Проводятся в период экзаменационной сессии под руководством преподавателя коллективно, отчёты выполняются индивидуально и подлежат защите) Часть 1
Часть 2
Рабочая программа Дата разработки 3.02.2009
|