Рабочая программа (стр. 1 )

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Прикладная механика, динамика и прочность машин»

СОГЛАСОВАНО: Зав. выпускающей кафедрой «Прикладная механика, динамика и прочность машин» _______________ «_____» ____________ 2006 г.

УТВЕРЖДАЮ: Декан Физического факультета ________________ «_____» ____________ 2006 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплина СД.13 «Конструкционная прочность»

для специальности 071100 «Динамика и прочность машин»

направление подготовки 651500 «Прикладная механика»

факультет: Физический

кафедра-разработчик: Прикладная механика, динамика и прочность машин

Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и примерной программой дисци­плины по направлению подготовки 651500 «Прикладная механика» специальности 071100 «Динамика и прочность машин»

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «ПМ и ДПМ», протокол №________________________________ от________________ 2006 года.

Зав. кафедрой разработчика ______________________ профессор

Ученый секретарь кафедры ______________________ доцент

Разработчик программы ______________________ доцент

Челябинск

2006

1. Введение

1.1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности 071100 «Динамика и прочность машин»

Подготовка выпускника должна обеспечивать квалификационные умения для решения профессиональных задач:

-  участие во всех фазах проектирования, разработки, изготовления и сопровождения объектов профессиональной деятельности;

-  использование современных методов, средств и технологий разработки объектов профессиональной деятельности;

-  взаимодействие со специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий проектирования объектов профессиональной деятельности;

-  участие в научных исследованиях и проектно-конструкторской деятельности, в управлении технологическими, экономическими, социальными системами;

-  проведение комплексного технико-экономического анализа для обоснованного принятия решений, изыскание возможности сокращения цикла работ, содействие подготовке процес­са их реализации с обеспечением необходимыми техническими данными, материалами, оборудованием;

-  участие в работах по осуществлению исследований, в разработке проектов и программ, в проведении необходимых мероприятий, связанных с испытаниями оборудования и внедрением его в эксплуатацию, а также в выполнении работ по стандартизации технических средств, систем, процессов, оборудования, в рассмотрении различной технической документации.

Инженер специальности 071100 «Динамика и прочность машин» должен знать:

-  постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы, касающиеся конструкторской подготовки производства;

-  системы и методы проектирования;

-  принципы работы, условия монтажа и технической эксплуатации проектируемых конструкций, технологию их производства;

-  перспективы технического развития предприятия;

-  оборудование предприятия, применяемую оснастку и инструмент;

-  технические характеристики и экономические показатели лучших отечественных и зарубежных образцов изделий, аналогичных проектируемым;

-  стандарты, методики и инструкции по разработке и оформлению чертежей и другой конструкторской документации;

-  технические требования, предъявляемые к разрабатываемым конструкциям, порядок их сертификации;

-  средства автоматизации проектирования;

-  современные средства вычислительной техники, коммуникаций и связи;

-  методы проведения технических расчетов при конструировании;

-  применяемые в конструкциях материалы и их свойства;

-  методы анализа технического уровня объектов техники и технологии;

-  цели и задачи проводимых исследований и разработок, отечественную и зарубежную информацию по этим исследованиям и разработкам;

-  современные методы и средства планирования и организации исследования и разработок, проведение экспериментов и наблюдений, обобщения и обработки информации, в том числе с применением ЭВМ.

1.2. Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины

Конструкционная прочность относится к специальным дисциплинам; опирается на кур­сы высшей математики, физики, сопротивления материалов, строительной механики, теории упругости, теории пластичности и ползучести, основ физики прочности и механики разрушения, основ расчетов на прочность в инженерной практике, статистических методов и теории надеж­ности.

2.  Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины

Курс конструкционной прочности является одним из базовых в системе знаний при проведении исследовательских работ в области фундаментальных наук и наукоемкого произ­водства в части обеспечения прочности, надежности машин, конструкций и приборов и безопасности техники, включая совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на исследование, создание и эксплуатацию машин с высокой долговечностью и эффектив­ностью функционирования. Знание конструкционной прочности необходимо в таких областях профессиональной деятельности, как

-  расчеты и проектирование новой техники, в том числе, предназначенной для работы в экстремальных условиях;

-  экспериментальные исследования создаваемых образцов новой техники, приборов, машин, конструкций и новых материалов;

-  создание и развитие аналитических и численных методов расчета новой техники, приборов, машин и конструкций;

-  исследование надежности, ресурса и безопасности машин, конструкций и приборов;

-  разработка математических моделей расчета конструкций из композиционных и перспективных материалов, находящихся в экстремальных условиях эксплуатации.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Лекции – 30 час., самостоятельная работа студентов – 38 час.

Экзамен – Х семестр, курсовая работа.

В соответствии с п.4 ГОС в обязательный минимум содержания образовательной программы «Конструкционная прочность» должны входить следующие разделы.

Конструкционные материалы в современной технике. Особенности работы материалов в элементах конструкций, машин и аппаратуры (концентраторы, дефекты, повреждения, трещины). Виды механического разрушения при различных видах напряженного состояния в условиях стесненных деформаций. Вязкое, хрупкое и усталостное разрушения. Накопление повреждений. Изнашивание и коррозионная стойкость материалов. Контроль текущего состояния. Планирование технического обслуживания, ремонта и установление ресурса и срока службы. Нормирование конструкционной прочности и надежности. Государственные стандарты по испытаниям на надежность. Нормы расчета в строительстве, машиностроении и энергетике (сосуды давления, корпусные детали, трубопроводы и др.).

Выполнение предусмотренной рабочей программой курсовой работы способствует активному, целенаправленному использованию и закреплению полученных знаний, формирует навыки работы с учебной, справочной и нормативно-технической литературой, а также оформ­ления результатов своей работы в соответствии с действующими нормативными документами. Защита курсовой работы помогает научиться формулировать постановку задачи, лаконично излагать путь ее решения, выделяя при этом базовые положения и используемые методы, ана­лизировать полученные результаты, делать выводы по работе.

Элементы разработанной программы, соответствующие требованиям ГОС к целевым установкам и минимуму содержания (см. п.4 данной программы), выделены в последую­щем тексте как названия тем лекций.

Всего часов по Конструкционной прочности – 68.

Таблица 1 – Состав и объем дисциплины

Вид учебной работы	Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины	68
Аудиторные занятия	30
Лекции (Л)	30
Практические занятия (ПЗ)	–
Семинары (С)	–
Лабораторные работы (ЛР)	–
Самостоятельная работа (СРС)	38
Курсовая работа (КР)	КР
Реферат или другие виды СРС	–
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	Защита КР Экзамен

4. Содержание дисциплины

4.1. Темы для изучения, их краткое содержание и объем занятий по видам учебной работы. Название тем – в соответствии с обязательным минимумом содержания дисциплины по ГОС. В табл. 2 приводится краткое содержание и объем занятий по видам учебной работы.

Таблица 2 – Разделы дисциплины, виды и объем знаний

№ раздела, темы	Наименование разделов, тем дисциплины	Объем в часах
всего	Л	СРС
1	2	3	4	5 6
1	Конструкционные материалы в современной технике. Особен­ности работы материалов в элементах конструкций, машин и аппаратуры (концентраторы, дефекты, повреждения, трещины).	3	2	1
2	Виды механического разрушения при различных видах напряженного состояния в условиях стесненных деформаций.	18	4	14
3	Вязкое, хрупкое и усталостное разрушения.	26	10	16
1	2	3	4	5
4	Накопление повреждений. Изнашивание и коррозионная стой­кость материалов.	11	6	5
5	Контроль текущего состояния. Планирование технического обслуживания, ремонта и установление ресурса и срока службы.	5	4	1
6	Нормирование конструкционной прочности и надежности. Государственные стандарты по испытаниям на надежность. Нормы расчета в строительстве, машиностроении и энергетике (сосуды давления, корпусные детали, трубопроводы и др.).	5	4	1
В том числе, курсовая работа	28	–	28
Итого:	68	30	38

4.2. Содержание разделов и тем дисциплины (при необходимости приводятся методические рекомендации по изучению).

Таблица 3 – Содержание и объем лекционных занятий

№ недели	№ темы	№ лекции	Содержание лекции
Прочность при статическом однократном нагружении
1	1	1	1.  Введение. Проблема расчетной оценки прочности, долговечнос­ти и надежности машин и конструкций. Диагностика и расчет остаточного ресурса. Опасные состояния. Внешние воздействия: механическое, кинематическое, тепловое, физические поля. Ха­рактер внешних воздействий: кратковременный (статический), длительное статическое, повторно-переменное (циклическое), импульсное (ударное) нагружения. Условия работы машин раз­личного назначения: транспортных, подъемно-транс­портных, дорожных, энергетического, авиационного оборудования, газо-турбоуста­новок, горно-металлургического, химического обору­дования, конструкций и аппаратов ядерной энергетики. 2.  Литература: [1] гл.1,2; [2] гл.1; [3] гл.1; [13].
2	2, 3	2	3.  Критерии текучести и разрушения при сложном напряженном состоянии. Основные характеристики напряженно-деформиро­ванного состояния. Критерии текучести. Экспериментальные проверки критериев. 4.  Критерии разрушения: кинетика процесса разрушения, вязкое и хрупкое разруше­ние и их особенности. Силовые критерии разрушения (О. Мора, Писаренко-Лебедева и др.). Деформацион­ные критерии разрушения; диаграмма пластичности ­горова. Деформационный критерий. Поверхность разрушения при плоском напряженном состоянии; сопоставление критериев между собой и с данными опытов. Литература: [1] гл.2,3; [4] гл.2; [10] гл.7, 19.
3	2, 3	3	Местные напряжения. Распределение напряжений вокруг кругового и эллиптического отверстий в пластине при растяже­нии. Коэффициент концентрации напряжений. Теория Нейбера о концентрации напряжений в надрезах и выточках (глубокий и мелкий надрезы, интерполяционная формула). Распределение напряжений около глубокого гиперболического надреза при растяжении и изгибе пластины и стержня. Литература: [1] гл.12; [4] гл.1; [12] гл.11.
4	2, 3	4	5.  Особенности напряженного состояния в зоне концентрации напряжений в связи с разрушением. Приближенные способы определения напряжений и деформаций при неупругом деформировании. Литература: [1, 1-10], [2, п.1.1-1.4]
5	3	5	6.  Прочность и основы расчета конструкций при статических нагрузках. Механическое поведение материала при статическом нагружении. Схематизация диаграмм деформирования (линей­ное упрочнение, степенная аппроксимация, функция пластич­ности).  Конструкционная прочность при статическом нагружении: влияние температуры, скорости нагружения, масштабного эф­фекта, агрессивности среды, концентрации напряжений; эффек­тивный коэффициент концентрации для хрупких и пластичных материалов. Литература: [1] гл.5; [5] гл.3,4,6; [6] 1,2,3,4,5.1; 5.2; 5.3; 5.4); [7] гл.1, Приложение; [12] гл.1,10,11.
Усталость
6	3	6	Основы расчета конструкций при циклических нагружениях. Сопротивление материалов циклическому упругопластическому деформированию, циклическое (изотропное) упрочнение при мягком и жестком нагружениях. Циклические кривые деформи­рования, способы их описания. Кривые усталости, усталостное и квазистатическое разрушения. Линейный закон суммирования повреждений. Литература: [1] гл.11,13; [2] гл.6,7; [4] гл.3; [6] гл.5 (5.6; 5.10); [7] гл.2; [8] гл.2,5; [11] гл.2,3,4, 6,8; [12] гл.2.
7	3, 4	7	Критерии малоциклового разрушения при нормальной и по­вышенной температуре. Взаимное влияние длительной проч­ности и малоцикловой усталости (линейное суммирование уста­лостного и статического повреждений; метод разделения разма­ха деформаций при циклическом нагружении, кинетическая модель накопления повреждений). Термическая усталость, методы и средства ее изучения. Кри­терии термоусталостного разрушения. Приближенные методы определения размаха деформации в зонах концентрации напряжений. Литература: [
8	3	8	Многоцикловая усталость. Методы и средства исследования сопротивления мате­риалов многоцикловому усталостному раз­рушению. Механизм усталостного разрушения, кривые усталос­ти, связь с малоцикловой усталостью. Построение полной веро­ятностной диаграммы усталостной прочности. Литература: [1] гл.7,8,10; [2] гл.6; [5] гл.5; [7] гл.3,4; [9] гл.2,3,4; [12] гл.3,6.
9	3, 4	9	Факторы, влияющие на предел выносливости: вид напряжен­ного состояния; концентрация напряжений, масштабный эф­фект, асимметрия цикла, температура, технологические факто­ры, фретинг-коррозия, агрессивное воздействие среды. Литература: [
10	5, 6	10	Методы расчета на прочность и долговечность деталей машин (определение запаса прочности, расчет вероятности разрушения при регулярном и нерегулярном нагружениях). Нормативные запасы прочности. Использование методов теории приспособля­емости для определения условий знакопеременного пластичес­кого течения и одностороннего накопления пластической деформации. Литература: [
11	3, 5	11	Конструктивные и технологические факторы, повышающие сопротивление деталей машин усталостному разрушению (сни­жение концентраций напряжений, поверхностное упрочнение деталей механической, термической и термомеханической обра­боткой, изостатическое прессование и др.). Литература: [2, п.5.1, 5.2], [3, 5.4]
Длительная прочность
12	3, 4	12	Основы расчета конструкций при длительном действии на­грузок в условиях повышенных температур. Сопротивление ма­териалов деформированию при повышенных температурах, диа­граммы ползучести, законы ползучести, реологическая функ­ция, пределы ползучести. Разрушение при длительном нагружении; предел длительной прочности, кривые длительной прочности, вязкое и хрупкое разрушения. Параметрические зависимости длительной прочности. Литература: [1] гл.13; [2] гл.1,2,3,4,5; [4] гл.4; [6] гл.5 (5.7); [7] гл.1; [8] гл.1,3; [9] гл.1,7.
13	3, 4	13	Кинетическое уравнение повреждаемости. Принцип линей­ного суммирования повреждений. Определение параметров реологической функции и деформа­ции разрушения при вязком разрушении. Критерии длительной прочности при сложном напряженном состоянии. Влияние концентрации напряжений. Литература: [
14	5, 6	14	Расчет конструкций на длительную прочность; определение коэффициентов запаса по долговечности и по напряжениям при стационарных и нестационарных режимах. Нормативные коэф­фициенты запасы. Определение предельных нагрузок при задан­ном ресурсе конструкции. Конструктивные и технологические мероприятия, направ­ленные на повышение длительной проч­но­сти конструкции (охлаждение, жаростой­кие покрытия, подбор материала, литье с направленной кристаллизацией). Литература: [
15	5, 6	15	Статистические законы распределения значений механичес­ких характеристик. Нормы прочности, принципы их построе­ния. Конструктивные и технологические мероприятия, направ­ленные на повышение прочности и жесткости конструкций. Литература: [5] гл.3,4.
Защита курсовой работы и экзамен

4.2. Контрольные вопросы по основным темам лекционного курса