МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ) ___________________________________________________________________________________________________________

Направление подготовки: 151600 Прикладная механика

Профиль подготовки: Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"СТАТИСТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА И ТЕОРИЯ НАДЕЖНОСТИ"

Цикл:

общенаучный

Часть цикла:

вариативная

№ дисциплины по учебному плану:

М1.4

Часов (всего) по учебному плану:

180

Трудоемкость в зачетных единицах:

5

9 семестр – 5

Лекции

36 час

9 семестр

Практические занятия

18 час

9 семестр

Лабораторные работы

Не предусмотрены

Расчетные задания, рефераты

Не предусмотрены

Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)

126 час

Экзамены

устный

9 семестр

Курсовые проекты (работы)

2 з. е. (72 часа)

9 семестр

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение методов теории вероятностей и теории надежности и безопасности для расчета машин и конструкций, находящихся под воздействием случайных природных и эксплуатационных нагрузок.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

·  самостоятельно овладевать новыми методами исследования в своей профессиональной деятельности, стремиться к саморазвитию, повышению квалификации и компетенций (ОК-2);

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

·  осознавать социальную значимость своей будущей профессии, обладать высокой мотивацией к выполнению профессиональной деятельности (ОК - 7);

·  владеть основными знаниями и методами защиты производственного персонала и

населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий (ОК - 9);

·  владеть культурой безопасности, и риск-мышлением (ОК-10);

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

·  участвовать в проектировании машин и конструкций с учетом требований обеспечения их прочности, устойчивости, долговечности и безопасности, обеспечения надежности и износостойкости узлов и деталей машин (ПК-13);

·  находить рациональные решения при создании конкурентоспособной продукции с учетом требований прочности, жесткости, устойчивости, долговечности, качества, надежности и безопасности (ПК-16).

Задачами дисциплины являются:

·  научить студентов проводить теоретические и расчетно-экспериментальные работы с элементами научных исследований для решения задач прикладной механики – задач динамики, прочности, устойчивости, рациональной оптимизации, долговечности, ресурса, живучести, надежности и безопасности машин, конструкций, сооружений, установок, агрегатов, оборудования, приборов и аппаратуры и их элементов;

·  освоить применение информационных технологий, современных систем компьютерной математики, наукоемких компьютерных технологий;

·  приобрести навыки составления расчетных схем и математических моделей для расчета объектов современной техники на случайные воздействия с оценкой показателей надежности и безопасности.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части общенаучного цикла М1.4 основной образовательной программы подготовки магистров по профилю "Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры" направления 151600 Прикладная механика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Высшая математика", "Аналитическая динамика и теория колебаний", "Динамика машин".

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении выпускной квалификационной работы (магистерской диссертации).

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

·  источники научно-технической информации (книги, журналы, сайты Интернет) по методам теории вероятностей, статистической динамики и теории надежности;

·  фундаментальные законы природы, законы естественнонаучных дисциплин и механики для использования в процессе профессиональной деятельности;

·  основные понятия, термины и определения теории надежности;

·  методы оценки показателей надежности машин и конструкций;

·  нормативные правовые документы в своей деятельности.

Уметь:

·  самостоятельно разбираться в нормативных методиках расчета на случайные воздействия и применять их для решения поставленной задачи;

·  использовать фундаментальные законы природы, законы естественнонаучных дисциплин и механики в процессе профессиональной деятельности;

·  применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований в процессе профессиональной деятельности;

·  аппроксимировать реальные внешние природные и эксплуатационные нагрузки подходящими случайными величинами и процессами;

·  составлять расчетные схемы и математические модели для оценки показателей надежности машин и конструкций при действии случайных нагрузок;

·  оценивать показатели надежности и ресурса машин и конструкций;

·  применять методы математического и компьютерного моделирования в теоретических и расчетно-экспериментальных исследованиях.

Владеть:

·  культурой мышления, иметь способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей её достижения;

·  методами математической статистики для обработки экспериментальных данных;

·  основными знаниями и методами защиты производственного персонала населения от возможных последствий аварий, катастроф, стихийных бедствий;

·  культурой безопасности, экологическим сознанием и риск-ориентированным мышлением, при котором вопросы безопасности и сохранения окружающей среды рассматриваются в качестве важнейших приоритетов жизнедеятельности;

·  приемами рационализации жизнедеятельности, ориентированными на снижение антропогенного воздействия на природную среду и обеспечение безопасности личности и общества;

·  навыками работы с современными системами компьютерного инжиниринга в области прикладной механики с использованием современных вычислительных методов, высокопроизводительных вычислительных систем и компьютерных технологий, распространенных систем мирового уровня: ANSYS, COSMOS, MATLAB и др.;

·  программными средствами компьютерной графики и визуализации результатов деятельности, оформлять отчеты и презентации, готовить рефераты, доклады и статьи с помощью современных офисных информационных технологий, текстовых и графических редакторов, средств печати.

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

№

п/п

Разделы дисциплины.

Форма промежуточной аттестации
(по семестрам)

Всего часов на раздел

Семестр

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и
трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости

(по разделам)

лк

пр

лаб

сам.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Основные понятия теории надежности

26

9

8

4

14

Тесты на знание терминологии

2

Надежность сложных систем

34

9

10

4

20

Контрольная работа

3

Испытания на надежность

14

9

4

2

8

Контрольный опрос

4

Надежность механических систем

32

9

8

4

20

Решение тестовых задач

5

Прикладные задачи теории надежности

26

9

4

2

20

Контрольная работа

6

Обоснование нормативных расчетов на надежность

10

9

2

2

6

Контрольный опрос

Зачет

2

9

--

--

--

2

Коллоквиум

Экзамен

36

9

--

--

--

36

устный

Итого:

180

36

18

126

4.2. Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Основные понятия теории надежности

Основные понятия теории надежности. Составные элементы надежности: безотказность, долговечность, ремонтопригодность, сохраняемость. Понятие отказа. Классификация отказов. Основные показатели безотказности. Показатели долговечности: ресурс, срок службы, наработка до отказа, время безотказной работы, гамма-процентный ресурс, математическое ожидание и дисперсия ресурса. Экспоненциальный закон надежности, другие аппроксимации. Надежность восстанавливаемого элемента. Поток восстановлений. Функция распределения долговечности. Математическое ожидание числа восстановлений, плотность восстановления. Пример: экспоненциальный закон надежности.

2. Надежность сложных систем

Надежность сложных систем. Последовательное и параллельное соединения элементов, смешанные соединения. Вычисление показателей надежности в общем случае. Резервирование. Типы резервирования. Резервирование элемента без восстановления. Нагруженный, облегченный и ненагруженный резервы. Резервирование с восстановлением. Схема размножения и гибели в теории надежности. Стационарное решение в схеме размножения и гибели. Примеры. Применение схемы гибели к резервированию без восстановления. Понятие о деревьях отказов и деревьях событий. Примеры. Понятие об оптимальном резервировании.

3. Испытания на надежность

Оценка показателей надежности по результатам испытаний. Типы и планы (стратегии) испытаний. Примеры. Статистические оценки показателей безотказности и долговечности. Проверка гипотезы о законе распределения. Оценка параметра экспоненциального закона надежности.

4. Надежность механических систем

Основные пространства в теории надежности механических систем. До­пустимая область в пространстве качества. Отказ как выброс вектора каче­ства из допустимой области. Вероятность безотказной работы. Математическое ожидание числа выбросов в единицу времени случайного процесса за фиксированный уровень. Выбросы стационарного гауссовского процесса за фиксированный уро­вень. Выбросы случайного процесса за переменный и случайный уровни. Выбросы многомерного процесса из допустимой области. Оценки для вероятности безотказной работы с использованием числовых характеристик выбросов. Оценка снизу. Пуассоновская модель отказов. Односторонние и двухсторонние оценки для вероятности безотказной ра­боты. Метод условных показателей надежности.

5. Прикладные задачи теории надежности

Распределение экстремумов случайного процесса. Среднее число экстремумов. Общее число экстремумов. Плотность вероятности максимумов (минимумов) случайного процесса. Случай узкополосного стационарного процесса. Статистическая теория хрупкого разрушения. Модель идеально хрупкого тела. Стохастическое определение предела прочности. Функция распределения предела прочности хрупкого тела при однородном напряженном состоянии. Асимптотическое распределение предела прочности. Распределение Вейбулла. Обобщение статистической теории хрупкого разрушения на случай неоднородного напряженного состояния. Масштабный эффект при хрупком разрушении. Изменчивость предела прочности. Определение параметров распределения Вейбулла по результатам испытаний. Статистическая теория усталостного разрушения. Понятие о вероятностной поверхности усталости. Функция распределения предела выносливости. Накопление усталостных повреждений при случайных нагрузках. Мера повреждения. Линейное правило суммирования повреждений. Характеристическая долговечность при узкополосном стационарном гауссовском процессе нагружения.

6. Обоснование нормативных расчетов на надежность

Применение методов теории надежности к обоснованию нормативных расчетов. Статистическое истолкование коэффициента запаса. Расчетные нагрузки и сопротивления. Коэффициенты перегрузки и одно­родности. Учет фактора времени при определении расчетных нагрузок.

4.2.2. Практические занятия

1. Показатели надежности.

2. Надежность восстанавливаемых элементов.

3. Надежность сложных систем.

4. Применение схемы размножения и гибели в теории надежности.

5. Стационарное решение в схеме отказов и восстановлений.

6. Резервирование без восстановления.

7. Выбросы случайных процессов.

8. Масштабный эффект при хрупком разрушении.

9. Расчетные нагрузки и сопротивления.

4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены

4.4. Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.

4.5. Курсовые проекты выполняются по индивидуальным заданиям с последующей публичной защитой.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме с использованием компьютерных презентаций в виде раздаточных материалов.

Практические занятия проводятся в традиционной форме с использованием компьютерного моделирования с использованием программных комплексов.

Самостоятельная работа включает изучение учебной литературы, подготовку к практическим занятиям, к контрольным работам, выполнение курсового проекта, подготовку к защите курсового проекта, к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, домашние задания, устные опросы, защита курсового проекта.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины определяется с учетом ритмичности работы студентов в течение семестра, выполнения контрольных работ, курсового проекта и его защиты, зачета и экзамена.

В приложение к диплому вносится оценка на экзамене за 9 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  Электронный конспект лекций по курсу «Статистическая динамика и теория надежности». – М.: МЭИ, 2010.

2.  Болотин машин и конструкций. – М.: Машиностроение, 19с.

3. Светлицкий механика и теория надежности. Учебник. – М.: Изд-во МГТУ им. , 20с.

4. Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах. Колебания линейных систем (том 1) / Под ред. . 2-е издание. – М.: Машиностроение, 19с.

5. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. – М.: Изд. Стандартов, 19с.

б) дополнительная литература:

1. , , Стародубцева механических систем и конструкций при случайных воздействиях. Учебное пособие / Под ред. . – М.: МГТУ «МАМИ», 20с.

2. Надежность технических систем. Справочник / Под ред. . – М.: Радио и связь, 19с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Программные комплексы MATHCAD, MATLAB, ANSYS, MicroFE, www. tech-safety. *****, www. *****

б) другие:

Демонстрационные ролики по компьютерному моделированию потоков случайных событий и случайных процессов, по методам статистической обработки результатов статистического моделирования.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины имеется компьютерный класс, снабженный современными вычислительными средствами, программным обеспечением, мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и практических занятий.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 151600 Прикладная механика и профилю Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.т. н., профессор

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Динамики и прочности машин им.

к. т.н., доцент