ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано | Утверждаю |
___________________ Руководитель ООП по направлению 190700 | _______________________ Зав. кафедрой Механики проф. |
ПРОГРАММА учебной дисциплинЫ
«СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ»
Направление подготовки: 190700 Технология транспортных процессов
Профиль подготовки: Организация перевозок и управление на автомобильном транспорте
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: ст. преп. кафедры Механики
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
1. Цели и задачи дисциплины
Целью освоения дисциплины «Сопротивление материалов» является теоретическая и практическая подготовка будущих специалистов в области технологии транспортных процессов в степени, необходимой для правильного решения задач расчета на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций, используемых в сложных эксплуатационных условиях под действием как статических, так и динамических нагрузок, рационального назначения конструкционных материалов и формы поперечного сечения, обеспечивающих требуемые показатели надежности, безопасности, экономичности и эффективности конструкции.
2. Место дисциплины в структуре ООП
Дисциплина «Сопротивление материалов» входит в базовую часть профессионального цикла дисциплин (Б.3).
Дисциплина основывается на знаниях, полученных при изучении предшествующих дисциплин:
Математика: правила построения графика функций, понятия кривизны и радиуса
кривизны, основные понятия и операции векторной алгебры, решение неоднородных систем линейных алгебраических уравнений методом Крамера, основные правила дифференцирования и интегрирования, основы вычисления неопределенных и определенных интегралов геометрическая интерпретация производной, методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений 2-ого порядка линейная алгебра.
Физика: строение металлов, механизм упругих и пластических деформаций, закон Гука при растяжении и сдвиге, понятия о работе, мощности и энергии, закон сохранения энергии, законы Ньютона, основы механики твердого тела.
Теоретическая механика: условия и уравнения равновесия твердых тел, связи и их классификация, практика определения реакций связей в том числе для плоских систем, приведение системы сил к главному вектору и главному моменту, силы инерции, принцип Даламбера, колебания, понятия о степенях свободы, свободные колебания, частота собственных колебаний, резонанс.
Информатика: простейшие навыки работы на компьютере и в сети Интернет, умение использовать прикладное программное обеспечение, в частности: пакеты универсальных математических программ, текстовый редактор и редактор формул (для оформления отчетов).
Минимальные требования к «входным» знаниям, необходимым для успешного усвоения данной дисциплины: удовлетворительное усвоение программ по указанным выше разделам математики, физики, теоретической механики и информатики, владение персональным компьютером на уровне уверенного пользователя.
Освоение дисциплины «Сопротивление материалов» необходимо как предшествующее для всех без исключения технических дисциплин, т. к. для их освоения необходимы базовые знания в области инженерных расчетов различных элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость
3. Требования к результатам освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
а) общекультурных:
- способность к обобщению и анализу информации, постановке целей и выбору путей их достижения (ОК-1);
- умение логически последовательно, аргументировано и ясно излагать мысли, правильно строить устную и письменную речь (ОК-2);
- готовность к кооперации с коллегами, работе в коллективе (ОК-3);
- стремление к саморазвитию. Повышению своей квалификации и мастерства (ОК-6)
- способность использовать законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10)
б) профессиональных:
- уметь использовать фундаментальные общеинженерные знания (ПК-1);
- уметь сочетать теорию и практику для решения инженерных задач (ПК - 4);
- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности (ПК - 6);
- уметь осуществлять выбор материалов для изделий различного назначения (ПК-12);
- выполнять экспериментальные и лабораторные исследования, интерпретировать полученные результаты, составлять и защищать отчеты (ПК-22);
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать:
- основные задачи и возможности науки о сопротивлении материалов;
- основные гипотезы, и принципы «Сопротивления материалов»;
- принципы составления расчетных схем.
- методы расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость;
Уметь:
- определить виды сопротивления и внутренние силовые факторы, напряжения, деформации и перемещения;
- оценить напряженное состояние в опасной точке и выбрать метод оценки прочности;
- определить рациональную форму сечения, обеспечивающую наименьшую материалоемкость;
- подобрать материал, обеспечивающий прочность и надежность работы конструкции, ее минимальную стоимость и вес;
- оценить и проанализировать результаты, полученные путем инженерных расчетов
Владеть:
- методами расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при статическом и динамическом нагружении.
4. Объём дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоёмкость учебной дисциплины составляет 2 зачётные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр |
4 | ||
Всего | 72 | 72 |
Аудиторные занятия: в том числе | 32 | 32 |
Лекции | 16 | 16 |
Практические занятия (ПЗ), в том числе в интерактивной форме: | 16 | 16 |
Лабораторные работы | ||
Самостоятельная работа: в том числе | 40 | 40 |
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен) | экзамен | экзамен |
Общая трудоёмкость час зач. ед. | 72 | 72 |
2 | 2 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1 | 2 | 3 |
1 | Введение. | Тема 1. Основные понятия. Задачи курса сопротивления материалов. Роль отечественных ученых в развитии сопротивления материалов. Основные допущения и гипотезы сопротивления материалов. Элементы конструкции. Внешние силы и их классификация. Внутренние силы. Метод сечений. Понятие о напряжениях. Деформации и их классификация. |
2 | Осевое растяжение - сжатие прямого стержня. | Тема 2. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях бруса. Растяжение (сжатие) – вид простого сопротивления. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях бруса. Правило знака для продольной силы. Эпюра продольной силы. |
Тема 3. Напряжения и деформации. Напряжения в поперечных и наклонных сечениях бруса. Закон парности касательных напряжений. Деформации абсолютные и относительные, продольные и поперечные. Закон Гука. Модуль упругости. Вычисление полной абсолютной деформации бруса. | ||
Тема 4. Диаграммы растяжения и сжатия материалов в пластичном и хрупком состоянии. Пластичные и хрупкие материалы. Типичные диаграммы растяжения и сжатия образцов из малоуглеродистой стали и чугуна. Механические характеристики прочности, определяемые по диаграммам растяжения и сжатия. Опасное состояние образцов при растяжении и сжатии. Допускаемое напряжение. | ||
Тема 5. Расчет на прочность. Условие прочности. Проверочный расчет на прочность. Проектный расчет на прочность. Определение допускаемой нагрузки. | ||
Тема 6. Статически неопределимые стержни. Степень статической неопределимости. Уравнение совместности перемещений. Монтажные напряжения. Температурные напряжения. | ||
Тема 7. Расчет по несущей способности. Понятие о расчетах по предельному состоянию. Схематизация диаграмм растяжения. Диаграмма Прандтля. Запись условия прочности при расчете конструкции по несущей способности. | ||
3 | Напряженное и деформированное состояние в точке тела. | Тема 8. Напряженное и деформированное состояние в точке. Главные площадки и главные напряжения. Виды напряженного состояния: линейное, плоское и объемное. Главные деформации. Обобщенный закон Гука для объемного напряженного состояния. Тема 9. Гипотезы прочности. Назначение гипотез прочности. Формулировка условия прочности в случае плоского и объемного напряженного состояния в опасной точке. Эквивалентное напряжение по третьей и четвертой гипотезам прочности. Гипотеза Мора. |
4 | Сдвиг. Кручение. | Тема 10. Сдвиг. Чистый сдвиг – частный случай плоского напряженного состояния. Внутренние силовые факторы при сдвиге. Напряжения и деформации при сдвиге. Модуль сдвига. |
Тема 11. Кручение. Кручение прямого бруса круглого поперечного сечения. Внешние силы, вызывающие кручение. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении вала при кручении. Эпюра крутящего момента. Напряжения в поперечном сечении вала. Геометрические характеристики поперечных сечений. Рациональные формы поперечного сечения. Расчет на прочность. Деформации при кручении. Закон Гука. Расчет на жесткость. | ||
5 | Плоский прямой изгиб. | Тема 12. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях бруса при прямом изгибе. Чистый и поперечный изгиб. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях бруса при прямом изгибе. Правило знаков для поперечной силы и изгибающего момента. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки. Построение эпюр поперечной силы и изгибающего момента. |
Тема 13. Расчет на прочность. Определение нормальных и касательных напряжений в поперечных сечениях. Геометрические характеристики поперечных сечений. Условие прочности. | ||
Тема 14. Перемещения при изгибе. Аналитический способ определения перемещений. Дифференциальное уравнение упругой линии балки. Граничные условия. Графоаналитический способ определения перемещений. | ||
Тема 15. Расчет на прочность статически неопределимых балок. Понятие о статически неопределимых системах. Степень статической неопределимости. Связи необходимые и «лишние». Методы раскрытия статической неопределимости. Метод сравнения перемещений – частный случай метода сил. Расчет неразрезных балок с помощью уравнения трех моментов. | ||
6 | Статически неопределимые балки | Тема 16. Косой изгиб. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях при косом изгибе. Напряжения в поперечных сечениях. Положение нейтральной оси. Эпюра нормальных напряжений. Определение положения опасной точки. Условие прочности. |
7 | Сложное сопротивление | Тема 17. Внецентренное нагружение. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях при внецентренном нагружении. Напряжения в поперечных сечениях. Положение нейтральной оси. Эпюра нормальных напряжений. Ядро сечения. Определение положения опасной точки. Условие прочности. |
Тема 18. Изгиб с кручением. Внутренние силовые факторы в поперечных сечениях при изгибе с кручением. Напряжения в поперечных сечениях. Эпюры напряжений, возникающих в опасном сечении. Условие прочности по третьей и четвертой гипотезам прочности. | ||
Тема 19. Устойчивость сжатых стержней. Понятие об устойчивости и критических нагрузках. Формула Эйлера. Зависимость критической силы от условий закрепления стержня. Пределы применимости формулы Эйлера. Потеря устойчивости при напряжениях, превышающих предел пропорциональности. Формула Ясинского. График зависимости критического напряжения от гибкости стержня. Рациональные формы поперечного сечения. | ||
8 | Устойчивость равновесия деформируемых систем. | Тема 20. Продольно – поперечный изгиб. Условия возникновения продольно-поперечного изгиба. Методика приближенного метода расчета. Эйлерова сила. Наибольшие нормальные напряжения в поперечных сечениях. |
9 | Динамическое действие нагрузки. | Тема 21. Учет сил инерции. Силы инерции и их учет при расчете конструкций. Использование принципа Даламбера. Коэффициент динамичности. |
Тема 22. Расчет на прочность при колебаниях. Колебания упругих систем. Свободные и вынужденные колебания систем с одной степенью свободы. Определение напряжений. Явление резонанса. Коэффициент динамичности при колебаниях. | ||
Тема 23. Расчет на прочность при ударном действии нагрузки. Коэффициент динамичности при ударе при продольном и поперечном ударе. Значение коэффициента динамичности при внезапном приложении силы. Учет массы ударяемого объекта. | ||
Тема 24. Прочность при напряжениях, циклически изменяющихся во времени. Понятие об усталости металлов. Усталостное разрушение. Виды циклов напряжения и их параметры. Кривые усталости. Предел выносливости. Влияние различных факторов на предел выносливости детали. Проверка прочности при переменных напряжениях. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспечиваемой (последующей) дисциплины | Номера разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемой (последующей) дисциплины | ||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | ||
1 | Прикладная механика | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
2 | Техника транспорта, обслуживание и ремонт | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
3 | Техническая диагностика на транспорте | + | + | + | + | + | + | + | + | + |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц. | Практ. зан. | СРС* | Всего час. |
1 | Введение. | 2 | 6 | 8 | |
2 | Осевое растяжение-сжатие прямого стержня. | 2 | 4 | 2 | 8 |
3 | Напряженное и деформированное состояние в точке тела. | 1 | 2 | 3 | |
4 | Сдвиг. Кручение. | 1 | 2 | 3 | 6 |
5 | Плоский прямой изгиб. | 4 | 4 | 6 | 14 |
6 | Статически неопределимые балки. | 1 | 5 | 6 | |
7 | Сложное сопротивление | 2 | 2 | 8 | 12 |
8 | Устойчивость равновесия деформируемых систем. | 1 | 2 | 2 | 5 |
9 | Динамическое действие нагрузки. | 2 | 2 | 6 | 10 |
Примечание: СРС – самостоятельная работа студентов
6. Лабораторный практикум Не предусмотрен учебным планом.
7. Практические занятия (семинары)
№ п/п | № раздела дисциплины | Тематика практических занятий (семинаров) | Трудо-емкость (час.) |
1. | 2. | Построение эпюры продольной силы. | 2 |
2. | 2. | Расчет на прочность при растяжении-сжатии. | 2 |
3. | 4. | Расчет на прочность и жесткость при кручении. | 2 |
4. | 5. | Построение эпюр поперечной силы и изгибающего момента. | 2 |
5. | 5. | Расчет на прочность при прямом изгибе. | 2 |
6. | 7. | Расчет на прочность в общем случае нагружения. | 2 |
7. | 5. | Расчет на устойчивость центрально сжатых стержней. | 2 |
8. | 9. | Расчет на прочность при динамическом нагружении. | 2 |
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ) Не предусмотрены учебным планом.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Кочетов, материалов: учеб. пособие/ , , . - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004.
2. Феодосьев, материалов: учебник/ изд. стер. - М.: Изд-во МГТУ, 2003.
3. Макаров, материалов на базе Matcad, 2004: учеб. пособие / .- СПб: БХВ – Петербург, 2004.
4. Дарков, материалов: учеб. для вузов/ , . - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2000.
Дополнительная литература
5. Александров, материалов /, ,
. – М.:Высш. шк.,2001.
6. Сопротивление материалов: учеб.-метод. комплекс/ сост.: [и др.]. - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008.
7. Воронова, материалов ч. I: письменные лекции/ , , . - СПб.: СЗТУ, 2005.
8. Сопротивление материалов. Часть 2: учебно-методический комплекс. (учебное пособие) - СПб.: Изд-во СЗТУ, 2008.
9.Сопротивление материалов: методические указания к выполнению лаборатораторных работ / сост.: , , . – СПб.: СЗТУ, 2006 .
в) программное обеспечение:
не предусмотрено
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Кафедра Механики располагает лабораторией для проведения лабораторных работ по сопротивлению материалов.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Изучение дисциплины производится в тематической последовательности. Студенты очной формы обучения работают в соответствии с временным режимом, установленным учебным рабочим планом для данных форм обучения. Информация о временном графике работ сообщается преподавателем на установочной лекции. Преподаватель дает указания также по организации самостоятельной работы студентов, срокам сдачи контрольных работ, выполнения лабораторных работ и проведения тестирования.
Дисциплина Сопротивление материалов, как указывалось выше, является фундаментальной дисциплиной и целиком базируется на курсах физики, высшей математики и теоретической механики. В связи с этим, приступая к ее изучению, необходимо восстановить в памяти основные сведения из курса общей физики: строение металлов, механизм упругих и пластических деформаций, закон Гука при растяжении и сдвиге, понятия о работе, мощности и энергии, закон сохранения энергии, законы Ньютона, основы механики твердого тела; сведения из курса высшей математики: правила построения графика функций, основные понятия и операции векторной алгебры, решение неоднородных систем линейных алгебраических уравнений методом Крамера, основные правила дифференцирования и интегрирования, основы вычисления неопределенных и определенных интегралов, методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений 2-ого порядка линейная алгебра; основные понятия теоретической механики: условия и уравнения равновесия твердых тел, связи и их классификация, практика определения реакций связей в том числе для плоских систем, силы инерции, принцип Даламбера, колебания, понятия о степенях свободы, свободные колебания, частота собственных колебаний, резонанс.
Основной целью дисциплины является изучение метода сечений, и применение этого метода при расчете элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость при статическом и динамическом нагружении..
Методика и последовательность изучения дисциплины соответствуют перечню содержания разделов дисциплины. Материал каждой темы насыщен математическими соотношениями, физическая интерпретация которых зачастую достаточно сложна, поэтому изучение материала требует серьезной, вдумчивой работы.
Работа с книгой. Изучать дисциплину рекомендуется по темам, предварительно ознакомившись с содержанием каждой из них по программе учебной дисциплины. При первом чтении следует стремиться к получению общего представления об изучаемых вопросах, а также отметить трудные и неясные моменты. При повторном изучении темы необходимо освоить все теоретические положения, математические зависимости и выводы. Рекомендуется вникать в сущность того или иного вопроса, но не пытаться запомнить отдельные факты и явления. Изучение любого вопроса на уровне сущности, а не на уровне отдельных явлений, способствует наиболее глубокому и прочному усвоению материала. Для более эффективного запоминания и усвоения изучаемого материала, полезно иметь рабочую тетрадь (можно использовать лекционный конспект) и заносить в нее формулировки законов и основных понятий, новые незнакомые термины и названия, формулы, уравнения, математические зависимости и их выводы. Целесообразно систематизировать изучаемый материал, проводить обобщения разнообразных фактов, сводить их в таблицы. Подобная методика облегчает запоминание и уменьшает объем конспектируемого материала.
Изучая дисциплину, полезно обращаться к предметному указателю в конце книги и глоссарию (словарю терминов). До тех пор пока тот или иной раздел не усвоен, переходить к изучению новых разделов не следует. Краткий конспект курса будет полезен при повторении материала в период подготовки к экзамену.
Изучение дисциплины должно обязательно сопровождаться решением задач, что является одним из наиболее эффективных методов прочного усвоения, проверки и закрепления теоретического материала. Этой же цели служат вопросы для самопроверки и тренировочные тесты, позволяющие контролировать степень успешности усвоения изучаемого материала.
Разработал:
ст. преп. кафедры Механики
