Рабочая программа «Механика материалов и основы конструирования»

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ПЕЧАТИ» им. Ивана Фёдорова

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

______________

«_____» ___________2011

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

«МЕХАНИКА МАТЕРИАЛОВ И ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ»

По направлению 150100 Материаловедение и технология материалов

По профилю «Материаловедение и технологии новых материалов»

Факультет Принтмедиа технологий

Кафедра Физики

Квалификация (степень) выпускника бакалавр

Москва – 2011г.

Разработчики:

профессор кафедры «Физики», д. т. н., профессор

профессор кафедры «Физики», д. т. н., профессор

Рецензенты:

___________________ __________________ _____________________

___________________ _________________ _____________________

Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Физики»

(дата) __________________, протокол № ________.

Зав. кафедрой ____________________//

Одобрена Ученым Советом факультета Принтмедиа технологий

(дата) ____________201 г, протокол № ______

Председатель _____________________ / /

ПДБ. 4	Цикл	Компонент
Базовая часть	вариативная часть	по выбору вуза
Профессиональный цикл	+

Форма обучения	курс	семестр	Трудоемкость дисциплины в часах	Форма итогового контроля
Всего часов	Аудиторных часов	Лекции	Семинарские (практически) занятия	Лабораторные занятия	Курсовая Работа (проект)	Самостоятельная работа
Очная	2	3,4	216	85	34	51	-	20	75	Зачет, Экзамен

1. Цели и задачи дисциплины:

Механика материалов и основы конструирования – это дисциплина, которая включает разделы теоретической механики, сопротивления материалов и основ конструирования. В ней студентам даются основные понятия о механическом взаимодействии и механическом движении тел, передаче движения, действии сил, о видах передаточных и исполнительных механизмов, изучаются явления, возникающие в процессе деформирования материалов, рассматриваются расчеты на прочность, жесткость и устойчивость применительно к элементам технологических машин и оборудования.

Задачи дисциплины

Бакалавр должен быть подготовлен к выполнению следующих видов и задач профессиональной деятельности для объектов:

– расчетно-экспериментальная деятельность c элементами научно-исследовательской:

• сбор и обработка научно-технической информации, изучение передового отечественного и зарубежного опыта по избранной проблеме прикладной механики; анализ поставленной задачи в области прикладной механики на основе подбора и изучения литературных источников;

• участие в разработке физико-механических, математических и компьютерных моделей, предназначенных для выполнения исследований и решения научно-технических задач;

• составление описаний выполненных расчетно-экспериментальных работ и разрабатываемых проектов, обработка и анализ полученных результатов, подготовка данных для составления отчетов и презентаций, подготовка докладов, статей и другой научно-технической документации;

• участие в оформлении отчетов и презентаций, написании рефератов, докладов и статей на основе современных офисных информационных технологий, текстовых и графических редакторов, средств печати;

– проектно-конструкторская деятельность:

• участие в проектировании машин и конструкций с целью обеспечения их прочности, устойчивости, долговечности и безопасности, обеспечения надежности и износостойкости узлов и деталей машин;

• участие в проектировании деталей и узлов с использованием программных систем компьютерного проектирования (CAD-систем) на основе эффективного сочетания передовых CAD/CAE-технологий и выполнения многовариантных CAE-расчетов;

– производственно-технологическая деятельность:

• проведение расчетно-экспериментальных работ по анализу характеристик конкретных механических объектов,

• участие в работах по рациональной оптимизации технологических процессов;

• участие во внедрении технологических процессов наукоемкого производства, контроля качества материалов, элементов и узлов машин и установок, механических систем различного назначения;

– инновационная деятельность:

• участие во внедрении результатов научно-технических и проектно-конструкторских разработок в реальный сектор экономики;

– организационно-управленческая деятельность:

• участие в организации работы, направленной на формирование творческого характера деятельности небольших коллективов, работающих в области прикладной механики;

• участие в работах по поиску оптимальных решений при создании отдельных видов продукции с учетом требований динамики и прочности, долговечности, безопасности жизнедеятельности, качества, стоимости, сроков исполнения и конкурентоспособности;

• участие в разработке планов на отдельные виды работ и контроль их выполнения.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Курс «Механика материалов и основы конструирования» относится к циклу общепрофессиональных дисциплин и должна изучаться после прохождения курсов математического анализа, физики и теоретической механики и, ее изучение должно обеспечить понимание студентами процессов и явлений, изучаемых в курсах полиграфической техники и технологии.

3. Требования к результатам освоения дисциплины

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

а) общекультурные (ОК)

• владеть культурой мышления, иметь способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения (ОК–1);

• уметь логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);

• использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического и компьютерного моделирования в теоретических и расчетно-экспериментальных исследований (ОК-10);

• владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);

• владеть одним из иностранных языков на уровне чтения и понимания научно-технической литературы, быть способным общаться в устной и письменной формах на иностранном языке (ОК-13);

• уметь использовать фундаментальные законы природы, законы естественнонаучных дисциплин и механики в процессе профессиональной деятельности (ОК-15);

• быть готовым к профессиональному росту, самостоятельно пополнять свои знания, совершенствовать умения и навыки, самостоятельно приобретать и применять новые знания, развивать компетенции (ОК-16);

б) профессиональные (ПК):

общепрофессиональные:

расчетно-экспериментальные c элементами научно - исследовательской работы

• быть способным выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1);

• применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2);

• быть готовым выполнять расчетно-экспериментальные работы и решать научно-технические задачи в области прикладной механики на основе достижений техники и технологий, классических и технических теорий и методов, физико-механических, математических и компьютерных моделей, обладающих высокой степенью адекватности реальным процессам, машинам и конструкциям (ПК-3);

• составлять описания выполненных расчетно-экспериментальных работ и разрабатываемых проектов, обрабатывать и анализировать полученные результаты, готовить данные для составления отчетов и презентаций, написания докладов, статей и другой научно-технической документации (ПК-5);

• применять программные средства компьютерной графики и визуализации результатов научно-исследовательской деятельности, оформлять отчеты и презентации, готовить рефераты, доклады и статьи с помощью современных офисных информационных технологий, текстовых и графических редакторов, средств печати (ПК-6);

проектно-конструкторские:

• проектировать детали и узлы с использованием программных систем компьютерного проектирования (CAD-систем, например, КОМПАC, AutoCAD, Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge и др.) на основе эффективного сочетания передовых CAD-технологий и выполнения многовариантных CAE-расчетов (например, с помощью широко распространенных CAE-систем ANSYS, COSMOS, Femap, MSC. Patran/Nastran и др.) (ПК-7);

• участвовать в проектировании машин и конструкций с целью обеспечения их прочности, устойчивости, долговечности и безопасности, обеспечения надежности и износостойкости узлов и деталей u1084 машин (ПК-8);

– производственно-технологические:

• выполнять расчетно-экспериментальные работы по многовариантному анализу характеристик конкретных механических объектов с целью оптимизации технологических процессов (ПК-10);

• участвовать во внедрении технологических процессов наукоемкого производства, контроля качества материалов, процессов повышения надежности и износостойкости элементов и узлов машин и установок, механических систем различного назначения (ПК-11);

инновационные:

• участвовать во внедрении и сопровождении результатов научно - технических и проектно-конструкторских разработок в реальный сектор экономики (ПК-12);

организационно-управленческие:

• участвовать в организации работы, направленной на формирование творческого характера деятельности небольших коллективов, работающих в области прикладной механики (ПК-13);

• участвовать в работах по поиску оптимальных решений при создании отдельных видов продукции с учетом требований динамики и прочности, долговечности, безопасности жизнедеятельности, качества, стоимости, сроков исполнения и конкурентоспособности (ПК-14);

• разрабатывать планы на отдельные виды работ и контролировать их выполнения (ПК-15);

В результате изучения дисциплины студент должен:

Знать: основные виды механизмов и машин, их характеристики, методы структурного синтеза, кинематического и динамического анализа механизмов; основы теории колебаний механизмов, принципы выбора расчетных схем (моделей), основные методы расчета элементов конструкций на прочность и жесткость при простейших видах деформации, основы расчета на прочность при сложном напряженном состоянии, методы расчета упругих элементов конструкций на устойчивость, методы расчета упругих элементов конструкций при динамических нагрузках, механические свойства конструкционных материалов.

Уметь: выбрать физическую модель реального объекта и соответствующую математическую модель, определить структурную схему механизма, степень его подвижности, кинематические и силовые параметры механизмов, выбрать необходимый привод., оптимизировать параметры механизма (машины) с применением ЭВМ..

Владеть: методикой кинематического, силового и динамического расчета механизмов, методикой расчетов на прочность, жесткость, устойчивость и расчета колебаний элементов технологических машин и оборудования.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет __6__ зачетных единиц.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
1	2	3	4
Аудиторные занятия (всего)	85
В том числе:	-			-	-
Лекции	34			17	17
Практические занятия (ПЗ)	51			17	34
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)	75			30	45
В том числе:	-			-	-
Курсовой проект (работа)	20				20
Расчетно-графические работы				+
Реферат	-			-	-
Другие виды самостоятельной работы	-			-	-
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен)	36			зач	36
Общая трудоемкость час зач. ед.	216			64	152
6			1.78	4.22

5. Содержание дисциплины

5.1. Содержание разделов дисциплины

Теоретическая механика

ТЕМА 1. Статика

Сила как мера механического взаимодействия материальных тел. Вектор силы, его модуль, направление и компоненты; точка приложения силы. Момент силы относительно точки (полюса), его свойства; вычисление проекций момента силы. Момент силы относительно оси. Уравнения равновесия для произвольной, плоской и сходящейся системы сил, для системы параллельных сил.

ТЕМА 2. Кинематика точки и твёрдого тела.

Способы задания движения точки. Уравнения траектории точки. Скорость и ускорение точки при различных способах задания её движения.

Поступательное движение твёрдого тела. Вращательное движение твёрдого тела; Плоское (плоскопараллельное) движение твёрдого тела. Дифференцирование вектора в подвижной системе отсчёта. Сложное движение точки; абсолютное, переносное и относительное движения. Теоремы о скоростях и ускорениях точки при сложном движении. Кориолисово ускорение.

ТЕМА 3. Динамика материальной точки

Динамика материальной точки. Аксиомы динамики. Инерциальные и неинерциальные системы отсчёта. Количество движения материальной точки. Дифференциальные уравнения движения материальной точки в векторной и координатной формах. Первая и вторая задачи динамики. Динамика относительного движения точки. Уравнения динамики материальной точки в неинерциальной системе отсчёта. Переносная и кориолисова силы инерции. Принцип относительности Галилея.

ТЕМА 4. Динамика материальной системы

Динамика системы материальных точек. Силы внешние и внутренние. Свойства внутренних сил. Дифференциальные уравнения движения системы материальных точек в инерциальной системе отсчета. Количество движения системы материальных точек. Количество движения твёрдого тела. Теорема об изменении количества движения системы. Центр масс механической системы, его свойства. Теорема о движении центра масс. Теорема об изменении кинетического момента системы относительно неподвижного полюса. Элементарная и полная работа силы. Мощность силы. Работа и мощность системы сил. Кинетическая энергия материальной точки и системы материальных точек. Теорема об изменении кинетической энергии системы.

Сопротивление материалов

ТЕМА 5. Основные понятия сопротивления материалов

Классификация объектов сопротивления материалов. Гипотезы. Расчетные схемы. Внешние нагрузки и внутренние силовые факторы. Метод сечений. Понятие о напряжениях и деформациях. Принципы сопротивления материалов.

ТЕМА 6. Растяжение ( сжатие ) и кручение стержней

Напряженно-деформированное состояние растянутого (сжатого) стержня. Расчеты на прочность статически неопределимых систем при осевом нагружении. Механические свойства конструкционных материалов. Кручение стержня круглого поперечного сечения. Кручение стержней некруглого поперечного сечения.

ТЕМА 7. Поперечный изгиб

Внутренние силовые факторы, дифференциальные зависимости. Чистый изгиб. Основные гипотезы. Вывод формулы нормальных напряжений при изгибе. Условие прочности. Касательные напряжения при изгибе и их распределение в сечениях разной формы. Расчеты на прочность. Дифференциальное уравнение изгиба балок. Условие жесткости. Интеграл Мора. Правило Верещагина. Расчет статически неопределимых систем по методу сил.

ТЕМА 8. Основы теории напряженного и деформированного состояний

Напряженное состояние в точке. Тензор напряжений. Определение напряжений на произвольно ориентированной площадке. Главные площадки и главные напряжения. Максимальные касательные напряжения. Деформированное состояние в точке. Тензор деформаций. Обобщенный закон Гука. Предельные напряженные состояния. Критерии текучести и хрупкого разрушения. Расчеты на прочность при сложном напряженном состоянии.

ТЕМА 9. Устойчивость и динамика упругих систем

Понятие об устойчивости. Задача Эйлера. Зависимость критической силы от условий закрепления стержня. Границы применимости формулы Эйлера Устойчивость стержня при наличии пластических деформаций. Приведенный и касательный модули упругости. Формула Ясинского.

Собственные колебания. Определение собственных частот и форм колебаний. Вынужденные колебания. Понятие о динамическом гасителе колебаний.

Теория машин и механизмов

ТЕМА 10. Строение механизмов.

Основные виды механизмов. Структурный анализ и синтез механизмов. Кинематические пары, кинематические цепи. Структурные группы звеньев. Структурный синтез механизмов.

ТЕМА 11. Кинематический анализ и синтез механизмов

Основные понятия кинематики механизмов. Кинематический анализ и синтез рычажных механизмов. Построение положений механизма, синтез стержневых механизмов по заданным кинематическим свойствам. Диаграммы перемещений, скоростей и ускорений. Кинематический анализ зубчатых механизмов.

ТЕМА 12. Динамика механизмов

Основные понятия динамики механизмов. Режимы движения механизмов. Кинетостатический расчет механизмов. Трение и коэффициент полезного действия механизмов. Определение уравновешивающей силы на кривошипе. Метод Жуковского. Определение реакций в кинематических парах. Уравновешивание механизмов с помощью маховика, противовесов. Уравновешивание роторов. Динамическое уравновешивание механизмов. Выбор типа привода механизма Электропривод. Гидропривод . Пневмопривод.

ТЕМА 13. Колебания в механизмах

Линейные и нелинейные уравнения движения механизмов. Вибрация. Виброактивность машин. Виброзащита. Гашение колебаний, виброгасители. Вибрационные транспортеры. Динамика приводов (электропривод, гидропривод, пневмопривод.

ТЕМА 14. Синтез механизмов

Основные понятия и методы синтеза. Синтез кулачкового механизма. Теория зацеплений. Передаточное отношение. Зубчатые передачи. Синтез эвольвентных зацеплений. Синтез планетарных механизмов.

5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеcпечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	№ № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Основы моделирования и оптимизации материалов и технологических процессов.	+	+	+	+	+	+	+	+	+
2	Технологические основы прочности, адгезии и пропитки материалов.	+	+	+	+	+	+	+	-	-
3	Материалы полиграфических и упаковочных производств.	+	+	+	+	+		+	-	-

5.3. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	НАИМЕНОВАНИЕ ТЕМ, РАЗДЕЛОВ	Общая трудоемкость (часов)
Аудиторные занятия (всего	Лекции	Практические занятия (семинары) и лабораторные занятия
1	ТЕМА 1. Статика	6	2	4
2	ТЕМА 2. Кинематика точки и твердого тела	9	4	5
3	ТЕМА 3. Динамика материальной точки	4	2	2
4	ТЕМА 4. Динамика материальной системы	6	2	4
5	ТЕМА 5. Основные понятия сопротивления материалов	4	2	2
6	ТЕМА 6. Растяжение (сжатие) и кручение стержней	8	3	5
7	ТЕМА 7. Поперечный изгиб	6	2	4
8	ТЕМА 8. Основы теории напряженного и деформированного состояний	8	3	5
9	ТЕМА 9. Устойчивость и динамика упругих систем	6	2	4
10	ТЕМА 10. Основные виды механизмов. Структура механизмов	5	2	3
11	ТЕМА 11.Кинематический анализ и синтез механизмов	9	4	5
12	ТЕМА 12.Динамика механизмов	6	2	4
13	ТЕМА 13.Колебания в механизмах	4	2	2
14	ТЕМА 14. Синтез механизмов	4	2	2
	ИТОГО	85	34	51

6. Лабораторный практикум

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены, но лаборатории кафедры «Физики» располагают возможностями для проведения лабораторных работ по темам дисциплины:

7. Практические занятия (семинары)

№ п/п	№ раздела дисциплины	Тематика практических занятий (семинаров)	Трудоемкость (час.)
1.	ТЕМА 1.	Решение задач статики	4
2.	ТЕМА 2.	Решение задач по кинематике точки и твердого тела	5
3.	ТЕМА 3.	Задачи динамики материальной точки.	2
4.	ТЕМА 4.	Динамика твердого тела	4
5.	ТЕМА 5.	Расчет стержневых систем на прочность	2
6.	ТЕМА 6.	Расчеты на прочность и жесткость при кручении стержней	5
7.	ТЕМА 7.	Поперечный изгиб. Расчеты на прочность и жесткость.	4
8.	ТЕМА 8.	Основы теории напряженного и деформированного состояний. Критерии прочности.	5
9.	ТЕМА 9.	Задачи устойчивости и динамики упругих систем	4
10.	ТЕМА 10.	Основные виды механизмов. Структура механизмов	3
11.	ТЕМА 11.	Определение скоростей точек звеньев механизма	5
12.	ТЕМА 12.	Уравновешивание вращающихся тел	4
13.	ТЕМА 13.	Колебания в механизмах	2
14.	ТЕМА 14.	Синтез механизмов	2
	Итого		51

8. Примерная тематика курсовых работ (проектов)

1.  Кинематический и силовой анализ рычажного механизма.

2.  Зубчатое зацепление. Определение передаточного отношения редуктора.

3.  Синтез кулачкового механизма.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1.  Феодосьев материалов.- М.: Наука, 1988

2.  Степин материалов.- М.: Высшая школа. 1983

3.  и др. Сопротивление материалов. Учеб. для вузов.- М.: Высшая школа, 1995. –560 с.

4.  Юрухин механизмов и машин. Курс лекций. - М.: Моск. Гос. универ. печати, 1998.

5.  , Сопротивление материалов. Задания и методические указания для курсовых и расчетно-графических работ для студентов, обучающихся по специальностям: 150407.65 «Полиграфические машины и автоматические комплексы», 150601.65 «Материаловедение и технология новых материалов» М.,МГУП, 2010

6.  Теория механизмов машин: Задания по выполнению курсового проекта - М.: Моск. Гос. универ. печати, 2008.

7.  Теория механизмов машин: Методические указания по выполнению курсового проекта - М.: Моск. Гос. универ. печати, 2002.

8.  Теория механизмов машин: Проектирование кулачковых механизмов - М.: Моск. Гос. универ. печати, 2008.

9.  Задачи и расчетные работы по теории механизмов и машин. ч.1, - М.: Моск. Гос. универ. печати, 2004.

б) дополнительная литература

1.  и др. Сопротивление материалов. Методические указания по выполнению РГР, вып.1.- М.: МГУП, 1998.

2.  и др. Сопротивление материалов. Методические указания по выполнению РГР, вып.2.- М.: МГУП, 1998.

3.  , А, Роев материалов. Вып.1. Расчет плоских рам. Колебания упругих систем.- М.: МГУП, 1999.

4.  , А, Роев материалов. Вып.2. Анализ напряженного состояния в точке. Расчеты на прочность по теориям прочности. Устойчивость и продольно-поперечный изгиб стержней.- М.: МГУП, 2000

5.  Теория механизмов и механика машин. Под ред . – Москва, Высшая школа,2005.

6.  Артоболевский механизмов и машин. - М., 1975,

7.  , Левитский теории механизмов и машин. - М.,1982.

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:

лабораторное оборудование по измерению характеристик упругих тел.

11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

Теоретические занятия (лекции) организуются по потокам. Целью лекций является получение теоретических знаний для проведения практических занятий. При проведении лекций используются мультимедийные компьютерные технологии. Общий объем лекционного курса – 34 чaca.

Практические (лабораторно-практические) занятия проводятся по подгруппам, каждая из которых делится на бригады (по 4 человека). Целью лабораторно-практических занятий является ознакомление и получение практических навыков по применению измерительных устройств и электронно-измерительных приборов. При проведении практических занятий используются компьютерное моделирование.

На лабораторно-практических занятиях используется метод объяснения и показа примеров решения задач с последующим самостоятельным решением и выполнением лабораторных работ. При защите результатов лабораторно-практических занятий применяются технологии активного обучения. Общий объем лабораторно-практических работ – 51 час.

Итоговый контроль по курсу

Для контроля усвоения дисциплины «Механика материалов и основы конструирования» учебным планом предусмотрен - экзамен.

Для успешного освоения дисциплины течение семестра целесообразен постоянный контроль текущей успеваемости студентов:

1.По лабораторным работам предполагается:

- письменная домашняя подготовка к занятиям и предварительный опрос. - защита лабораторной работы, в результате определяется усвоение теоретической и практической частей изучаемых разделов дисциплины.

2. Выполнение и защита РГР.

3. Проверка у каждого студента решений индивидуальных наборов задач.

4. Учёт посещаемости лекций.

5. Текущий промежуточный контроль за выполнением РГР.

6. Промежуточная аттестация студентов в середине семестра.