Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агенство 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
Дисциплины Экспериментальная механика, ПД.11. Часть 2: Оптико-геометрические методы исследования напряжений, деформаций и перемещений
для специальности 071100 – Динамика и прочность машин
Факультет Физический
Кафедра-разработчик Прикладная механика, динамика и прочность машин
Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом профессионального высшего образования и программой дисциплины специальности 071100 – Динамика и прочность машин
Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Прикладная механика, динамика и прочность машин», протокол от « 3» апреля 2006г.
Зав. кафедрой ПМ и ДПМ
профессор. _________________
Ученый секретарь
доцент. __________________
Разработчик программы
доцент. _________________
Челябинск
2006
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
Дисциплина «Экспериментальная механика» принадлежит к циклу специальных дисциплин. Согласно ГОС дипломированный специалист в результате изучения дисциплины «Экспериментальная механика» должен знать:
- поляризационно-оптический метод;
- голографическую интерферометрию;
- оптико-геометрические методы определения деформаций и перемещений;
1.2. Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины
Дисциплина «Экспериментальная механика» является составляющей специальной подготовки студентов. При изучении дисциплины «Экспериментальная механика» используются знания, приобретенные студентами ранее по таким дисциплинам, как математика, физика, теоретическая механика, теория упругости и др.
2. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ПРЕПОДАВАНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения дисциплины "Экспериментальная механика" студент должен уметь пользоваться методами экспериментальной механики для анализа напряженно-деформированного состояния деталей машин и определения перемещений.
3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Объем дисциплины «Экспериментальная механика» и виды учебной работы по ее освоению в соответствии с учебным планом и ГОС приведены в табл. 1.
Таблица 1 - Состав и объем дисциплины
Вид учебной работы | Всего часов |
| |
VII семестр |
| ||
Общая трудоемкость дисциплины | 94 | 94 |
|
Аудиторные занятия: | 54 | 54 |
|
Лекции (Л) | 18 | 18 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
| ||
Лабораторные работы (ЛР) | 36 | 36 |
|
Самостоятельная работа студентов (СРС): | 40 | 40 |
|
Курсовая работа (КР) | - |
| |
Вид итогового контроля | Зачет |
|
4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Темы для изучения курса
№ те-мы | Наименование разделов, тем дисциплины | Объем в часах по видам | ||||
Всего | Л | ПЗ | ЛР | СРС | ||
Введение | 1 | 1 | ||||
1 | Основы теории моделирования.. | 3 | 1 | 2 | ||
2 | Поляризационно-оптический метод | 3 | 1 | 2 | ||
3 | Некоторые сведения из оптики. | 3 | 1 | 2 | ||
4 | Исследования на плоских моделях | 13 | 1 | 8 | 4 | |
5 | Методы определения относительной разности хода. | 5 | 1 | 2 | 2 | |
6 | Оптически чувствительные материалы. | 5 | 1 | 2 | 2 | |
7 | . Методы разделения главных напряжений. | 11 | 1 | 8 | 2 | |
8 | Метод фотоупругих покрытий. | 7 | 1 | 2 | 4 | |
9 | Объемное моделирование.. | 5 | 1 | 2 | 2 | |
10 | . Исследование неупругих задач.. | 3 | 1 | 2 | ||
11 | Хрупкие тензочувствительные покрытия. | 7 | 1 | 6 | ||
12 | Измерение деформаций методом сеток. Зеркально-оптический метод. | 3 | 1 | 2 | ||
13 | Метод муаровых полос. | 7 | 1 | 4 | 2 | |
14 | Техника проведения муарового эксперимента. | 5 | 1 | 4 | ||
15 | Метод голографической интерферометрии. | 13 | 3 | 4 | 6 | |
Заключение | ||||||
ИТОГО | 94 | 18 | 36 | 40 | ||
4.2. Содержание разделов и тем
Введение
Оптико-геометрические методы исследования напряжений и деформаций - раздел экспериментальных методов исследования, классификация методов. Задачи, решаемые с помощью этих методов. Некоторые примеры решения задач науки и техники.
Тема 1. Основы теории моделирования
Методы анализа уравнений и анализа размерностей. Виды соответствия. Методы определения масштабов моделирования.
Тема 2. Поляризационно-оптический метод
Введение в поляризационно-оптический метод. Круг решаемых задач. Достоинства и недостатки метода. Примеры решения задач
Тема 3. Некоторые сведения из оптики
Характеристики электромагнитных волн. Естественный, поляризованный, монохроматический свет. Способы получения поляризованного света. Экспериментальное обнаружение поляризованного света. Способы математического описания поляризованного света. Сфера Пуанкере.
Тема 4. Исследования на плоских моделях
Изменение состояния поляризации при прохождении света через оптически анизотропную среду. Двойное лучепреломление. Теория пьезооптического эффекта. Прохождение поляризованного света через напряженную пластинку. Плоский и круговой полярископы. Закон Вертгейма. Характерные свойства линий, используемых в практике фотоупругих измерений: изохромы, изоклины, изостаты, изопахики, полосы.
Тема 5. Методы определения относительной разности хода
Метод сопоставления цветов, метод полос. Методы компенсации. Классификация и виды компенсаторов. Компенсация по Сенармону и Тарди. Построение поля изоклини изостат. Картина изохром и изопахик.
Тема 6. Оптически чувствительные материалы
Классификация материалов в связи с задачами моделирования. Требования, предъявляемые к материалам. Технология изготовления ОЧМ. Тарировка ОЧМ.
Тема 7. Методы разделения главных напряжений
Классификация методов. Метод Рапид. Метод наклонного просвечивания. Изменение поперечных деформаций. Совместное использование изопахик и изоран. Получение изопахик лизаровым методом. Метод разности касательных напряжений. Вывод уравнений. Анализ погрешностей, получающихся при использовании различных методов разделения. Примеры решения задач.
Тема 8. Метод фотоупругих покрытий
Задачи, решаемые методом фотоупругих покрытий. Аппаратура. Особенности технологии изготовления оптически чувствительных покрытий. Требования, предъявляемые к материалам. Точность метода фотоупругих покрытий. Учет жесткости покрытия. Влияние неравномерности распределения деформаций по толщине покрытия. Погрешности при измерениях вблизи свободного края покрытия. Корректировка результатов измерений.
Тема 9. Объемное моделирование
Метод замораживания. Сущность метода. Технология изготовления моделей. Проведение исследований. Составные модели. Особенности технологии изготовления моделей. Метод рассеянного света. Сущность метода. Используемая аппаратура. Сквозное просвечивание пространственно напряженных моделей. Сравнительный анализ различных методов объемного моделирования.
Тема 10. Исследование неупругих задач
Фотопластичность. Фотоползучесть. Обзор используемых методов решения. Анизотропные задачи. Исследование моделей из конструктивно-анизотропных и текстурированных материалов. Применение фотоупругих покрытий
Тема 11. Хрупкие тензочувствительные покрытия
Метод исследования. Решаемые задачи. Виды покрытий. Условия образования трещин в хрупком покрытии и основные зависимости. Применение хрупких тензочувствительных покрытий.
Тема 12. Измерение деформаций методом сеток. Зеркально-оптический метод
Измерение деформаций методом сеток. Делительные сетки. Основы метода. Техника эксперимента. Вычисление напряжений. Зеркально-оптический метод. Основы метода. Техника эксперимента. Примеры решения задач.
Тема 13. Метод муаровых полос
Сущность метода, его возможности, достоинства и недостатки. Классификация и разновидности метода: контактный и отражательный, теневой и высокотемпературный муар. Типы сеток и технология их нанесения
Тема 14. Техника проведения эксперимента
Расшифровка картины муаровых полос. Возможные источники погрешностей измерений и их качественный анализ. Примеры решения задач. Определение деформаций, определение прогибов пластин, исследование поведения конструкций за пределами упругости, исследование поведения конструкций при высоких температурах
Тема 15. Метод голографической интерферометрии
Голография, ее сущность и краткий исторический очерк развития. Габора, Э. Лейта. Улатинскса, Ю, Н,Денисюка. Свойства голограмм. Голографическая интерферометрия - возможности метода, сравнительная оценка точности получаемых результатов в сравнении с другими методами экспериментального исследования деформированного состояния конструкций. Оборудование и проведение эксперимента. Основные способы получения и восстановления голограмм: метод реального времени и метод двух экспозиций. Расшифровка голограмм. Причины и анализ погрешностей. Некоторые примеры решения задач.
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
5.1. Объем и содержание лабораторных работ
№ лаборат работы | № раздела | Наименование и краткое содержаниелабораторной работы | Кол-во часов |
1 | 4 | Изготовление плоских моделей. | 8 |
2 | 4 | Тарировочные испытания оптически чувствительного материала. | 4 |
3 | 5 | Испытание моделей, получение картин полос и их расшифровка методом "Рапид". | 8 |
4 | 5 | Расшифровка картин полос методом разности касательных напряжений. | 8 |
5 | 7 | Определение коэффициента концентрации напряжений на прозрачной модели. | 2 |
6 | 13 | Исследование прогибов консольной балки методом теневого муара. | 2 |
7 | 15 | Получение голографических интерферограмм методом двойной экспозиции. | 4 |
4.3. Контрольные вопросы по лабораторным работам
5. Практические занятия
6.1 Объем и содержание практических занятий
Не предусмотрены учебным планом
6. Семинарские занятия
Не предусмотрены учебным планом
8. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ
При освоении дисциплины студенты в течение семестра самостоятельно изучают дополнительную литературу по темам курса.
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
9.1. Рекомендуемая литература
Основная
1. , Ахметзянов -оптические методы механики деформированного тела.- М.: Наука,197с.
2. , Ушаков деформаций и напряжений методом муаровых полос.- М.: Машиностроение, 1969.-208с.
3. , , Островская интерферометрия.- М.: Наука, 197с.
4. Оптико-геометрические методы исследования напряжений и деформаций: Методические указания к лабораторным работам/Составитель – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 200с.
Дополнительная
5. Фрохт .- М.: Том I, ОГИЗ, 194с; Том II, ГИТТЛ, 195с.
6. Практика оптического моделирования.-М.: Наука, 196с.
7. Хаимова-Малькова исследования напряжений поляризационно-оптическим методом.- М.: Наука, 197с.
8. , Левин полей пластических деформаций методом муара.- М.: Машиностроение, 197с.
9. Метод фотоупрукгости. Том I, II, III. Под ред. .- М.: Стройиздат, 1975.
10. Введение в фотомеханику.- М.: Мир,197с.
11. Методические указания к лабораторным работам "Оптико-геометрические методы исследования напряжений и деформаций",1986.
12. Исследование деформированного состояния элементов конструкций методом ОЧП. Учебное пособие, 1984.
13. Методы объемного моделирования. Учебное пособие, 1989.
14. Исследование деформированного состояния изделий методом голографической интерферометрии. Методические указания, 1981.
9.2.Средства и материально-техническое обеспечение дисциплины.
1. Специализированная учебная лаборатория (ауд. 017) кафедры ПМ и ДПМ, полярископами установкой для исследования методом теневого муара, голографическая установка.
2. Учебно-демонстрационные установки для проведения лабораторных работ, предусмотренных п.5.1.
3. Образцы для лабораторных работ.
