МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ и НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"МАТИ" - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени
______________________________________________________________________
Кафедра " Технология переработки неметаллических материалов "
"УТВЕРЖДАЮ"
Проректор по учебной работе
________________
" " __________ 20___ г.
РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (МОДУЛЯ)
«Строительная механика, расчет на прочность и методы
испытания композитных конструкций»
Направление подготовки (специальностей) 150100.68 «Материаловедение и технология материалов»
Программа подготовки практико-ориентированная (прикладная) "Конструирование и производство изделий из композиционных материалов"
Квалификация (степень) выпускника ___магистр_________________________________
(бакалавр, магистр, специалист)
Форма обучения ____очная______________________________________________________
(очная, очно-заочная)
Выпускающая кафедра: "Технология переработки неметаллических материалов"
Цикл дисциплин: ___профессиональный_____________
Трудоемкость дисциплин (з. е./ часов): 3 (114 час.)
Распределение трудоемкости дисциплины по семестрам и видам учебной работы
Вид учебной работы | Семестры | |
1 (17 нед.) | ||
час./нед | час/сем | |
Аудиторные занятия (АЗ) (всего), в том числе: | 24 | |
Лекции (ЛК) | 4 | |
% лекционных часов от АЗ по дисциплине | 17% | |
Лабораторные работы (ЛР) | - | |
Практические занятия: (ПЗ) | 16 | |
Семинарские занятия (СЗ) | - | |
Контроль самостоятельной работы (тестирование, коллоквиум, контрольные работы и др.) (КСР) | 4 | |
% интерактивных форм обучения от АЗ по дисциплине | ||
Самостоятельная работа (СР) (час. всего), в том числе: час./количество | ||
Курсовая работа: (КР) | - | |
Курсовой проект: (КП) | - | |
Расчетно-графические работы (РГР) | - | |
Реферат: (Р) | 22/1 | |
Другие виды самостоятельной работы | 32 | |
экз. (36) | ||
Всего СР | - | 90 |
1. Цели и задачи освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций» являются:
- ознакомление студентов с современными методами расчета строительных элементов конструкций из композиционных материалов на прочность, жесткость, устойчивость;
- ознакомление с методами построения определяющих и разрешающих уравнений математических моделей поведения материалов под нагрузкой;
- ознакомление с методами выбора оптимальных алгоритмов расчета конструкций;
- ознакомление с методами выбора оптимальных структур композиционных материалов по результатам прочностных расчетов;
- ознакомление с методами механических испытаний материалов для определения комплекса физико-механических свойств, оценки их технологических и служебных качеств.
Задачами освоения дисциплины являются:
- изучение методов расчета материалов и элементов конструкций из композиционных материалов на прочность, жесткость;
- изучение методов оптимизации структуры композиционных материалов для конкретных эксплуатационных нагрузок.
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО 150100.68 "Материаловедение и технологии материалов
Дисциплина "Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций" представляет собой дисциплину вариативной части цикла профессиональных дисциплин (М2). Дисциплина базируется на знаниях, умениях, владениях, полученных при освоении направления подготовки бакалавра 150100.62 "Материаловедение и технологии материалов" по профилю подготовки 03 - Материаловедение и технология новых материалов и Конструирование и производство изделий из композиционных материалов. Студенты, обучающиеся по данному курсу должны знать основы математики, неорганической и органической химии, физической химии, общей физики и физики конденсированного состояния, основы механики материалов и конструирования, основы теорий упругости, пластичности и разрушения материалов, основы информатики и информационно - коммуникационных технологий.
Дисциплина "Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций" базируется на курсах цикла М1 и М2 направления подготовки магистра 150100.68 "Материаловедение и технологии материалов" по программе подготовки Конструирование и производство изделий из композиционных материалов: Современные и перспективные материалы, Методология науки и научных исследований, Прогрессивные технологии полимерных и композиционных материалов, Управление качеством, Конструирование деталей из полимерных и композиционных материалов, Технологическое оборудование и оснастка в производстве деталей и изделий из полимерных и композиционных материалов.
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих компетенций:
- владеет культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путем ее достижения;
- умеет логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь;
- готов к кооперации с коллегами, работе в коллективе;
- стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, к устранению пробелов в знаниях и к обучению на протяжении всей жизни;
Изучение дисциплины направлено на формирование следующих профессиональных компетенций:
- владеть базовыми знаниями математических и естественно-научных дисциплин и дисциплин общеобразовательного цикла в объеме, необходимом для использования в профессиональной деятельности основных законов соответствующих наук, разработанных в них подходов, методов и результатов математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;
- владеть основами методов исследования свойств материалов, навыками их использования в исследованиях и расчетах;
- владеть навыками использования принципов и методик комплексных исследований, испытаний и диагностики материалов, изделий и процессов их производства;
- владеть навыками выбора материалов для заданных условий эксплуатации с учетом требований технологичности, надежности и долговечности;
- разрабатывать поиск оптимальных решений при создании отдельных видов продукции с учетом требований динамики и прочности, долговечности, безопасности жизнедеятельности, качества, стоимости, сроков исполнения и конкурентоспособности;
- владеть навыками использования технических средств для измерения и контроля основных параметров технологических процессов, свойств материалов и изделий из них.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать: основные понятия, законы механики и следствие из них, используемые для решения инженерных задач; правила построения моделей механического поведения элементов конструкций из композиционных материалов при различных видах эксплуатационных нагрузок; методы оценки предельных состояний строительных конструкций на основе классических и современных критериев прочности и долговечности.
Уметь: применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического моделирования в процессе профессиональной деятельности; выполнять расчеты на прочность элементов конструкций из композиционных материалов; выбирать материалы для заданных условий эксплуатации с учетом специфических требований к надежности и долговечности изделий из композиционных материалов; определять механические свойства материалов при различных видах испытаний.
Владеть: принципами оптимального армирования конструкций из композиционных материалов; навыками расчета и прогнозирования элементов конструкций, оборудования, оснастки, инструмента; навыками применения методов определения механических свойств материалов.
4. Структура и содержание дисциплины (модуля) «Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций»
4.1. Лекции
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Содержание раздела | Трудоемкость, часы |
1. | Напряженно-деформированное состояние анизотропных сред и конструкций из композиционных материалов | Напряжение и деформация в изотропных и анизотропных материалах. Уравнение равновесия, геометрические и физические соотношения. Законы упругости и вязко-упругости, пластичности. Полная математическая модель упругого анизотропного тела. Типовые задачи. Их постановка и методы решения. Балочная теория тонкостенных конструкций. Теория изгиба пластины. Общая теория цилиндрических ортотропных оболочек. Кинематическая, физическая, статическая стороны задач. | 2 |
2. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Теории и критерии прочности. Критерии прочности анизотропных тел. Расчеты конструкций на долговечность. Общие принципы критериев прочности. Методы использования критериев предельного состояния материалов. Методы стандартных испытаний на растяжение, сжатие, изгиб, кручение. Испытание материалов на удар. Испытание материалов на циклическую усталость. | 2 |
Итого: | 4 |
4.2. Лабораторный практикум
Данный вид занятий учебным планом не предусмотрен
4.3. Практические (семинарские) занятия
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Наименование практических (семинарских) занятий | Трудоемкость, часы |
1. | Напряженно-деформированное состояние анизотропных сред | Плоская задача анизотропных сред. Обобщенные жесткости ортотропных материалов. Линейные задачи вязко-упругости. Задача о растяжении-сжатии релаксирующего стержня. | 2 |
2. | Напряженно-деформированное состояние анизотропных сред | Определение функций релаксации неупругих материалов. Спектры времен релаксации. Основные принципы механики нитяных систем. Полная система определяющих уравнений. | 2 |
3. | Напряженно-деформированное состояние конструкций из композиционных материалов | Модели нитяных систем с учетом разрушения связующего. Условия равнопрочности слоистых компонентов пластин. Способы расчета оболочек на основе моделей нитяных систем. | 2 |
4. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Расчет стержней и балок из КМ. Критерии, учитывающие механизмы разрушения материалов. | 2 |
5. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Полиномиальные критерии предельных напряженных состояний материалов. | 2 |
6. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Методы стандартных испытаний на растяжение, сжатие, изгиб, кручение. | 2 |
7. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Испытание материалов на удар. Испытание материалов на циклическую усталость. | 2 |
8. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Специализированные методы испытаний элементов из КМ на высокоскоростные нагрузки. Применение методов характеристик для оценки волновых нагрузок в стержнях. | 2 |
Итого: | 16 |
4.4. Контроль самостоятельной работы
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Форма контроля (тестирование, коллоквиум, контрольные работы и др.) | Трудоемкость, часы |
1. | Напряженно-деформированное состояние конструкций из композиционных материалов | Тестирование | 2 |
2. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Тестирование | 2 |
Итого: | 4 |
5. Самостоятельная работа
№ п/п | Наименование раздела дисциплины (модуля) | Вид работы (курсовой проект, курсовая работа, реферат, расчетно-графическая работа и др.) | Трудоемкость, часы |
1. | Практические занятия (см. п. 4.3) | Подготовка к практическим занятиям | 24 |
2. | Напряженно-деформированное состояние конструкций из композиционных материалов | Подготовка к тестированию | 4 |
3. | Прочностная оценка свойств композиционных материалов и конструкций. Стандартные и специализированные методы испытаний образцов и элементов конструкций из КМ | Подготовка к тестированию | 4 |
4. | Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций | Подготовка и защита реферата | 22 |
5. | Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций | Подготовка к экзамену | 36 |
Итого: | 90 |
Примерная тематика рефератов:
Напряжение и деформация в изотропных и анизотропных материалах. Законы упругости и вязко-упругости, пластичности. Теории и критерии прочности Общая теория цилиндрических ортотропных оболочек Критерии прочности анизотропных тел. Расчеты конструкций на долговечность.
6. Образовательные технологии
В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки реализации компетентностного подхода предусмотрено широкое использование в учебном процессе: активных и интерактивных форм проведения занятий:
- лекции с применением видеооборудования;
- использование интерактивных форм проведения практических занятий: обучающиеся совместно с преподавателем разбирают тематические примеры и иллюстрированные материалы;
- практические занятия с использованием современного испытательного оборудования класса Zwick с демонстрацией и разбором полученных результатов измерений;
- внеаудиторная работа с применением современных программных средств компьютеризированной обработки результатов исследований и оценки предельных состояний в механически нагруженных объектах;
- встречи с представителями российских и зарубежных компаний, государственных и общественных организаций.
7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
В качестве форм текущей аттестации студентов проводятся:
- собеседования (консультации) по разделам дисциплины;
- тестирование с периодичностью завершения этапных разделов дисциплины;
- защита лабораторных и практических работ.
По итогам обучения проводится экзамен.
Примеры вопросов к тестированию:
Примеры вопросов к экзамену:
Определение напряжения и деформации в нагруженном теле. Тензор напряжений. Принципы взаимности компонентов напряжения. Термоупругость и соответствующие компоненты напряжений. Девиатор напряжений. Физический смысл уравнений равновесия и движений. Формы записи геометрических соотношений. Что выражает закон Гука? Полный перечень неизвестных в модели упругого изотропного материала. Перечислить и пояснить перечень уравнений математической модели упругого тела. Способы разрешения уравнений модели. Определение анизотропных и ортотропных сред. Закон деформирования анизотропного тела. Плосконапряженное состояние тела. Технические постоянные анизотропного тела и соотношение связи между ними. Обобщенные жесткости, их основные структурные характеристики. Уравнения равновесия общего случая для анизотропного материала. Матрица коэффициентов Пуассона. Связь между нормальными и сдвиговыми компонентами моделей упругости. Физические состояния модели анизотропного тела. Определение слоистого ортотропного материала. Физическая сущность релаксационных процессов в полимерных материалах. Физические состояния связи между параметрами напряжений и деформаций в теории линейной вязкоупругости. Определение функции релаксации вязкоупругого тела. Определение функции ползучести вязкоупругого тела. Функция спектра времен релаксации «стандартного тела. Функционал памяти материала и изначальные формы его записи. Способ экспериментального определения ядра ползучести. Напряженно-деформированное состояние однонаправлено армированных балок при изгибных нагрузках. Напряжение в пластине из однородных слоев при растяжении. Определение нормальных напряжения в слоях при изгибе стержней. Типовая расчетная модель стержня из однонаправленного композита с замкнутым контуром. Особенность расчета пластин, закрепленных по контуру. Основные уравнения теории ортотропных слоистых цилиндрических оболочек. Физические стояния теории цилиндрических оболочек. Расчетная модель безмоментной оболочки. Изгиб и растяжение консольной цилиндрической оболочки. Кручение цилиндрической оболочки. Структура слоев нитяной модели. Расчетная модель слоистой пластины и однонаправленных волокнистых слоев. Метод прогнозирования разрушения слоев в нитяной модели. Условия равнопрочности нитяных слоев. Расчет напряжений в слоях и нитях. Расчет слоистой цилиндрической оболочки, нагруженной внутренним давлением. Расчет композиционной пластины с учетом растрескивания связующего. Расчет напряжений и деформаций в нитях слоев стенки оболочки. Предельная поверхность напряженного состояния композиционного материала. Критерий Мизеса. Теория прочности Мора. Критерий прочности материала, имеющего различное сопротивление растяжению и сжатию. Определение параметров материалов, необходимых для оценки предельного состояния. Стандартный образец для испытаний на сжатие, растяжение, изгиб. Механические характеристики материала, определяемые из диаграмм деформирования образцов. Условный и истинный пределы прочности при растяжении композиционного образца. Основные схемы испытаний на изгиб. Циклические испытания на малоцикловую усталость. Амплитудные характеристики циклических испытаний композиционных материалов. Отличие методов испытаний на удар по Шарпи и Изоду.8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля) «Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций»
8.1. Основная литература:
Огибалов В. А., Кишкин полимеров. – М.: Изд-во Московского Университета., 1975. – 528 с. Васильев конструкций из композиционных материалов./ - М.: Изд-во Машиностроение, 19с. Геккелер упругого тела./Перевод с немец. Под ред. . – М.: Ком. Книга, 2005. – 288с. , , Бунаков армирование оболочек вращения из композиционных материалов. – М.: Изд-во Машиностроение, 1977. – 144 с. , , Царахов проектирования и изготовления конструкций летательных аппаратов из композиционных материалов. Учебное пособие. – М.: МАИ, 1985. – 218 с. , , и др. Строительная механика летательных аппаратов. Учебник для авиационных специальностей. – М.: Изд-во Машиностроение, 1986. – 536 с. , , Самедов прочности и пластичности анизотропных материалов. – М.: ИНТЕР-БУК, 1993. – 187 с.8.2. Дополнительная литература:
1. , , и др. Композиционные материалы. Справочник. – М.: Изд-во Машиностроение, 1990. – 512 с.
2. Когаев на прочность при напряжениях переменных во времени. – М.: Изд-во Машиностроение, 1993. – 364 с.
3. , , Ионов методы механики сплошной среды. – М.: изд-во МГТУ им. , 1994. – 382 с.
4. Шифрин задачи линейной механики разрушения. – М.: Изд-во Физико-математической литературы, 2002. – 368 с.
5. , , Тарлаковский в сплошных средах. Учебное пособие. М.: Изд-во ФИЗМАТЛИТ, 2004. – 472 с.
6. , Маркин ортотропных слоистых цилиндрических оболочек. Методическое руководство./ Барнаул, АПИ, 1990. – 26 с.
7. , , Дорофеев перемещений и расчеты на жесткость балки переменного сечения с применением ЭВМ. – М.: МАТИ, 2006 г.
8. , , Серегин при действии переменных напряжений. – М.: МАТИ, 2006 г.
8.3. Интернет-ресурсы
1. http://*****/uchebnye_kursy/istoriya_soprotivleniya_materialov/ mehanicheskie_svoistva_materialov/
2. http://*****/uchebnye_kursy/sopromat/rastyazhenie_szhatie/ mehanicheskie_harakteristiki_materialov/
3. http://www. *****/encyklopedia/2604.html
4. http://sapr. *****/biblio/mexanika/contents. html
5. http://www. *****
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины(модуля) «Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций»
9.1 Лекционные занятия
9.1.1. Комплект электронных презентаций/слайдов.
9.1.2. Компьютерный класс А427, оснащенный презентационной техникой (проектор, экран, компьютер).
9.1.3. Набор альбомов.
9.1.4. Библиотека кафедры, университета.
9.2 Лабораторные работы
9.2.1 Лаборатория А418, оснащенная универсальной испытательной машиной Zwick 1425 с электромеханическим приводом; магнито-импульсной установкой МИУ-6-18; малогабаритными пружинными установками для низкоскоростных ударных испытаний композиционных образцов; комплексом цифровой электронной аппаратуры для регистрации и обработки результатов испытаний учебных образцов и систем.
9.3 Практические занятия
9.3.1 Компьютерный класс А427.
9.3.2 Презентационная техника (проектор, экран, компьютер).
9.3.3 Пакеты ПО общего назначения (текстовые редакторы, графические редакторы).
Рабочая учебная программа по дисциплине «Строительная механика, расчет на прочность и методы испытания композитных конструкций» составлена в соответствии с требованиями Федерального Государственного образовательного стандарта ВПО с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению 150100.68 "Материаловедение и технологии материалов" и учебного плана по программе подготовки Конструирование и производство изделий из композиционных материалов.
Автор(ы) проф., д. т.н. ___________________ ()
Рецензент(ы) проф., д. т.н. __________________ ( )
Рабочая учебная программа рассмотрена на заседании учебно-методического совета университета протокол № ____ от “ “ ________ 20___ г. и признана соответствующей требования Федерального Государственного образовательного стандарта и учебного плана по направлению 150100.68 "Материаловедение и технологии материалов"
Председатель УМС ______________
Рабочая учебная программа рассмотрена методическим Советом факультета №4 и признана соответствующей требования Федерального Государственного образовательного стандарта и учебного плана по направлению 150100.68 "Материаловедение и технологии материалов"
Декан факультета № ____ __________________ ()
Председатель методического Совета факультета № ___ __________ ( )
Программа согласована с УМУ университета ______________
