Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Калининградский государственный технический
унИверситет»
Утверждаю
Проректор по учебно-
методической работе
п\п
«01»февраля _2014г.
Рабочая программа дисциплины
СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
Профессиональный цикл, базовая (общепрофессиональная часть)
Направление подготовки
180405 Эксплуатация судовых энергетических установок
Квалификация (степень) выпускника
«Специалист»
Форма обучения:
очная
Факультет судостроения и энергетики
Кафедра-разработчик – кафедра строительной механики корабля и сопротивления материалов
Калининград - 2014
1 Цели и задачи освоения дисциплины
Целью освоения дисциплины «Сопротивление материалов» является формирование теоретических знаний о принципах и методах расчета энергетического оборудования и его элементов.
Задачи дисциплины:
- изучение основных закономерностей деформирования твердых тел под действием системы сил, формирование понятий о прочности, жесткости и устойчивости элементов энергетических установок, позволяющих успешно освоить ООП;
- формирование навыков проектирования конструкций, связанных с выбором геометрических размеров и материала из условия обеспечения прочности, жесткости и устойчивости, и выполнения расчетов при оценке технического состояния элементов энергетических установок.
2 Место дисциплины в структуре основной образовательной программы (ООП) специалиста
Дисциплина «Сопротивление материалов» является одной из дисциплин курса «Механика», входящего в базовую часть профессионального цикла и изучается в третьем и четвертом семестрах.
При изучении дисциплины используются знания и навыки довузовской подготовки, знания, полученные в результате освоения курса «Математика», дисциплин «Физика», «Химия», «Инженерная графика», «Теоретическая механика», «Материаловедение и технология конструкционных материалов»
. Знания и навыки, полученные при освоении дисциплины «Сопротивление материалов», используются при изучении дисциплин «Теория машин и механизмов», «Детали машин и основы конструирования», «Технология технического обслуживания и ремонта судовых энергетических установок», а также в профессиональной деятельности
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Сопротивление материалов»
В результате освоения дисциплины у обучающегося формируются следующие профессиональные (ПК) компетенции (или их элементы), предусмотренные ФГОС ВПО:
· способностью и готовностью к самостоятельному обучению в новых условиях производственной деятельности, с установлением приоритетов для достижения цели в разумное время (ПК-2),
· способностью участвовать в фундаментальных и прикладных исследованиях в области судов и судового оборудования (ПК-30)
· способностью разрабатывать планы, программы и методики проведения исследований объектов профессиональной деятельности (ПК-32)
· способностью выполнять информационный поиск и анализ информации по объектам исследований (ПК-33)
· способностью осуществлять и анализировать результаты исследований, разрабатывать предложения по их внедрению (ПК-34)
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать: основные закономерности деформирования твердых тел под действием системы сил, иметь понятия о прочности, жесткости и устойчивости типовых конструкций и отдельных ее элементов.
Уметь: применять теоретические знания для проектирования узлов механизмов и элементов энергетических установок, для оценки их технического состояния в процессе эксплуатации; выбирать различные виды судостроительных и машиностроительных материалов, производить их оценку с использованием современной испытательной аппаратуры; использовать справочную литературу, стандарты и другие нормативные документы.
4 Структура и содержание дисциплины
4.1 Структура дисциплины
Дисциплина изучается в третьем и четвертом семестре ООП. Общая трудоемкость ее - 5 зачетных единиц и составляет 180 академических часов, в т. ч. аудиторные занятия (АЗ) – 74 часа, самостоятельная работа студента (СРС) – 106 часов. В третьем семестре предусмотрено 3 расчетно-графические работы, в 4 семестре – курсовая работа. Аттестация по дисциплине проводится в форме зачета по итогам третьего семестра, а также защиты курсовой работы и экзамена по итогам изучения дисциплины в четвертом семестре. Программа содержит лабораторный практикум. Более подробные сведения о структуре дисциплины, видах, трудоемкости и формах контроля учебной работы студентов приведены в нижерасположенной таблице.
№ п/п | Тема дисциплины | Неделя семестра | Трудоемкость учебной работы по ее видам (час.) | Формы текущей промежуточной и итоговой аттестации по дисциплине | ||||
АЗ | СРС | Всего | ||||||
Лекции | ПЗ | ЛЗ | ||||||
Третий семестр | ||||||||
1 | Основные понятия и положения курса. Внутренние силовые факторы в сечениях бруса | 1¸3 | 2 | 6 | - | 4 | 12 | Контроль на ПЗ |
2 | Осевое растяжение и сжатие прямого бруса. Механические свойства материалов при растяжении и сжатии | 3¸6 | 4 | 2 | 6 | 4 | 16 | Контроль на ПЗ (проверка и защита РГ), защита лабораторных работ |
3 | Теория напряженного и деформированного состояния. Теории прочности | 7 | 2 | - | 2 | 3 | 7 | Защита лаб. работы |
4 | Геометрические характеристики плоских сечений | 8-9 | 2 | 2 | - | 3 | 7 | Контроль на ПЗ (проверка и защита РГ) |
5 | Кручение. Напряжения и деформации при кручении. | 10¸11 | 2 | 2 | 2 | 4 | 10 | Контроль на ПЗ (проверка и защита РГ), защита лабораторных работ |
6 | Изгиб прямых стержней. Напряжения и деформации при поперечном изгибе. | 13¸16 | 4 | 2 | 4 | 4 | 14 | Контроль на ПЗ (проверка и защита РГ), защита лабораторных работ |
Подготовка к зачету, сдача зачета | 16¸17 | 6 | 6 | \зачет | ||||
Итого за третий семестр | 16 | 14 | 14 | 28 | 72 | |||
44 | ||||||||
Четвертый семестр | ||||||||
7 | Сложное нагружение | 1¸2 | 2 | 2 | - | 6 | 10 | Контроль на ПЗ |
8 | Энергетические способы определения перемещений | 3¸4 | 2 | 2 | - | 4 | 8 | Контроль на ПЗ |
9 | Статически неопределимые стержневые системы | 5¸6 | 2 | 2 | - | 8 | 12 | Контроль на ПЗ |
10 | Расчет судовых рам при изгибе | 7¸14 | 6 | 8 | - | 32 | 46 | Контроль на ПЗ |
11 | Устойчивость равновесия деформируемых систем | 15¸16 | 2 | 2 | - | 4 | 8 | Контроль на ПЗ |
Выполнение курсовой работы | 5-17 | 26 | 26 | Защита курсовой работы | ||||
Подготовка к экзамену и его сдача в период экзаменационной сессии | 36 | 36 | Экзамен | |||||
Итого за четвертый семестр | 14 | 16 | - | 78 | 108 | · Экзамен | ||
30 | ||||||||
Итого по дисциплине | 74 | 106 | 180 | · Зачет Экзамен | ||||
3
4.2 Теоретические занятия (лекции)
№ п/п | Тема | Содержание | Кол-во часов |
1 | 2 | 3 | |
Третий семестр | |||
1 | Основные понятия и положения курса сопротивления материалов. Внутренние силовые факторы в сечениях бруса | Предмет курса сопротивления материалов. Гипотезы о свойствах материала рассматриваемых тел. Схематизация геометрии рассматриваемых тел. Классификация сил. Внутренние силовые факторы в сечениях бруса. Понятие о деформациях, упругих и пластических. Хрупкое и пластическое состояние материала. Метод сечений. Внутренние силовые факторы в сечениях бруса. Дифференциальные зависимости между внутренними силовыми факторами и интенсивностями внешней распределенной нагрузки. Понятие об опасном сечении. Эпюры внутренних силовых факторов. | 2 |
2 | Осевое растяжение и сжатие прямого бруса. Механические свойства материалов при растяжении и сжатии | Растяжение и сжатие прямого стержня. Одноосное (линейное) напряженное состояние. Закон Гука при одноосном напряженном состоянии. Определение осевых перемещений поперечных сечений. Жесткость при растяжении и сжатии. Проверка прочности, подбор сечения бруса при осевом растяжении и сжатии. Механические свойства материалов при растяжении и сжатии. Диаграмма растяжения для пластичных и хрупких материалов. Механические характеристики материала: предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, временное сопротивление (предел прочности). Условный предел текучести. Характеристики пластических свойств материала. Истинная диаграмма напряжений при растяжении. Диаграмма сжатия пластичных и хрупких материалов. Характер разрушения пластичных и хрупких материалов при осевом растяжении и сжатии. Назначение допускаемых напряжений для пластичных и хрупких материалов. | 4 |
3 | Теория напряженного и деформированного состояния. Теории прочности. | Напряженное состояние в точке. Компоненты напряжений, их обозначение. Определение напряжений на наклонных площадках. Главные напряжения и главные площадки. Графическое изображение напряженного состояния с помощью кругов Мора. Деформированное состояние в точке. Компоненты деформаций, их обозначение. Закон Гука для линейного напряженного состояния. Модуль упругости. Коэффициент поперечной деформации. Понятие о чистом сдвиге. Деформации при чистом сдвиге. Гипотезы пластичности и разрушения. Эквивалентное напряжение. Критерии возникновения пластических деформаций и формулы эквивалентности по различным гипотезам. Классические теории прочности. | 2 |
4 | Геометрические характеристики плоских сечений | Статические моменты площади сечения. Полярный, осевой и центробежный моменты инерции. Зависимости между моментами инерции для параллельных осей. Изменение моментов инерции при повороте осей. Главные оси инерции. Главные моменты инерции. Отыскание главных центральных осей и определение главных моментов инерции сложной несимметричной фигуры. | 2 |
5 | Кручение. Напряжения и деформации при кручении. | Кручение прямого бруса круглого сечения. Деформация при кручении. Угол закручивания. Напряжения в поперечном сечении бруса круглого сечения. Понятие о полярном моменте сопротивления. Проверка прочности, подбор сечения бруса круглого сечения. Жесткость при кручении. Эпюры крутящих моментов, напряжений и углов закручивания. Основные результаты теории круглого кручения стержней некруглого сечения. | 2 |
6 | Изгиб прямых стержней. Напряжения и деформации при поперечном изгибе. | Изгиб прямых стержней. Определение внутренних силовых факторов в поперечных сечениях балок при изгибе (поперечная сила и изгибающий момент). Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью нагрузки. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов. Чистый и поперечный изгиб в одной из главных плоскостей стержня. Зависимость между изгибающим моментом и кривизной оси изогнутого стержня при чистом изгибе. Жесткость при изгибе. Нормальные напряжения при чистом изгибе. Распространение выводов чистого изгиба на поперечный изгиб. Касательные напряжения при поперечном изгибе брусьев (формула ). Главные напряжения при изгибе. Расчеты на статическую прочность при изгибе. Дифференциальное уравнение изогнутой оси прямого стержня и его интегрирование. Метод начальных параметров. | 4 |
Четвертый семестр | |||
7 | Сложное нагружение | Сложное нагружение как комбинация двух или большего числа видов простого нагружения. Метод сложения действия сил при проверке прочности в условиях сложного нагружения. Косой изгиб. Определение напряжений, нахождение положения нейтральной оси и опасных точек в сечении. Определение прогибов, расчет на прочность стержней большей жесткости при совместном изгибе и растяжении или сжатии. Определение положения нейтральной линии и напряжений. Внецентренное растяжение и сжатие стержней большой жесткости. Понятие о ядре сечения. Совместное действие изгиба и кручения. | 2 |
8 | Энергетические способы определения перемещений | Обобщенная сила и обобщенные перемещения. Потенциальная энергия деформации в общем случае нагружения. Теорема Кастильяно. Теорема Лагранжа. Теорема Клайперона. Теорема Максвелла-Мора. Способ Верещагина решения интегралов Максвелла-Мора. | 2 |
9 | Статически неопределимые стержневые системы | Классификация стержневых систем. Статически определимые и статически неопределимые стержневые системы. Понятие о степенях свободы и связях. Степень статической неопределимости. Раскрытие статической неопределимости методом сил. Выбор основной системы. Эквивалентная система. Канонические уравнения метода сил. Расчет неразрезных балок. Метод приравнивания прогибов. Теорема трех моментов. Каноничность системы. Понятие о коэффициенте опорной пары. Расчет неразрезной балки, лежащей на независимых упругих опорах. Основные типы упругих пар. Уравнение пяти моментов. | 2 |
10 | Расчет судовых рам при изгибе | Классификация рам и методы их расчета. Расчет простейших рам с неподвижными узлами. Метод сил. Метод угловых деформаций. Применение метода угловых деформаций к расчету сложных судовых рам. | 6 |
11 | Устойчивость равновесия деформируемых систем | Понятие устойчивости и неустойчивости стержней. Критическая нагрузка. Задача Эйлера. Предел применимости формулы Эйлера. Критические нагрузки для стержней различной гибкости. Формула Ясинского. Диаграмма предельных напряжений. Энергетический метод определения критических нагрузок. | 2 |
Итого | 30 |
4.3 Практические занятия
№ п/п | № темы | Темы практических занятий | Кол-во час. |
1-3 | 1 | Построение эпюр внутренних силовых факторов. | 6 |
4 | 2 | Определение геометрических характеристик поперечных сечений | 1 |
4 | 2 | Проверка прочности, подбор сечения при осевом растяжении-сжатии. Определение деформаций | 1 |
5 | 4 | Расчет бруса на кручение. | 2 |
6-7 | 5,6 | Расчет статически определимой балки. Определение упругой линии методом начальных параметров | 4 |
8 | 7 | Проверка прочности, подбор сечения при сложном нагружении | 2 |
9 | 8 | Определение перемещений энергетическими методами | 2 |
10 | 9 | Статически неопределимые системы. Расчет рам методом сил. | 2 |
11-12 | 10 | Расчет неразрезных балок на жестких опорах методом трех моментов | 3 |
12-13 | 10 | Расчет неразрезных балок на упругих опорах методом пяти моментов. | 3 |
14 | 10 | Расчет сложных судовых рам методом угловых деформаций. | 2 |
15 | 11 | Устойчивость равновесия деформируемых систем | 2 |
итого | 30 |
4.4 Лабораторные занятия (работы)
№ п/п | № темы | Наименование лабораторных работ | Кол-во часов |
1 | 2 | Испытание на растяжение углеродистой стали. Определе- ние механических характеристик | 2 |
2 | 2 | Испытание чугуна и стали на сжатие | 2 |
3 | 2 | Испытание древесины на сжатие. | 2 |
4 | 3 | Определение модуля упругости и коэффициента поперечной деформации для стали. | 2 |
5 | 5 | Испытание на кручение стального образца. Определение модуля сдвига | 2 |
6 | 6 | Опытная проверка теории изгиба на примере испытания балки, свободно лежащей на двух опорах. | 2 |
7 | 6 | Опытная проверка теории косого изгиба на примере испытания консольной балки | 2 |
итого 14 |
4.5 Самостоятельная работа студента (СРС)
№ п/п | Виды (содержание) СРС | Кол-во часов | Формы контроля (аттестации) |
1 | Освоение учебного материала, подготовка к практическим занятиям | 18 | Контроль на ПЗ |
2 | Подготовка к лабораторным занятиям, оформление отчетов по ним | 20 | Защита лабораторных работ |
3 | Подготовка к зачету | 6 | зачет |
4 | Выполнение курсовой работы | 26 | Защита курсовой работы |
4 | Подготовка к экзамену | 36 | Экзамен |
Итого | 106 |
5 Образовательные технологии
На лекциях рассматриваются теоретические основы механики деформируемого твердого тела.
На практических занятиях приводятся примеры решения практических задач, осуществляется контроль результатов освоения учебного материала в виде контрольных работ, тестов, проверки правильности выполнения индивидуальных заданий. Занятия проводятся в медиаклассе университета, что способствует передаче бóльшего количества учебного материала во время аудиторных занятий и более доходчивому его освоению. В то же время, рекомендуется практические примеры разбирать, пользуясь традиционной технологией «доски и мела», поскольку это позволяет включить обучаемого в процесс решения задачи.
На лабораторных занятиях студент вначале знакомится с содержанием работы, теоретическими вопросами по заданной теме, знакомится с оборудованием, готовит протокол испытаний, затем участвует в проведении испытаний, выполняет требуемые расчеты по полученным в ходе испытаний данным. Защита работы заключается в ответах на вопросы по теме лабораторных работ.
По каждому разделу дисциплины в течение третьего семестра осуществляется контроль формирования соответствующих знаний, умений и навыков – в виде проведения трех контрольных работ: построение эпюр внутренних силовых факторов, расчет бруса на кручение, расчет на прочность статически определимой балки, охватывающих практически все основные темы, а также защиты лабораторных работ, которая заключается в ответах на вопросы по теме лабораторных работ. По некоторым разделам предусмотрен контроль знаний в виде тестирования.
В четвертом семестре индивидуальные задания объединены в курсовую работу «Расчет прочности элементов конструкций корпуса судна». Основная цель выполнения курсовой работы - подготовить обучаемого к самостоятельному выбору методов расчета элементов прочности корпусных узлов и конструкций и определить порядок и очередность действия в технологическом процессе сборочного производства. Защита курсовой работы включает в себя решение задач и ответы на вопросы по каждому из разделов.
6 Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации освоения дисциплины
6.1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости студентов (задания для тестирования, индивидуальные задания, задания на курсовую работу, зачетные вопросы и задания) и итоговой аттестации по дисциплине (экзаменационные вопросы) приводятся в качестве отдельных материалов УМКД.
6.2. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов определено в разделе 7.
7 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература:
1. Кривошапко материалов: учеб. - М.: Юрайт, 2013.-413 с.
2. Сопротивление материалов: руководство к решению задач (под ред. ). – М.:НИЯУ «МИФИ», ч.1.-2010.-288с.
б) дополнительная литература:
3. Сидоров по сопротивлению материалов и теории упругости.– М., 2002.-352с.
4. Сборник задач по сопротивлению материалов (под ред. ).-С.-Пб.: Иван Федоров, 2003.-431с.
5. , Прохнич прочности элементов конструкций корпуса судна. Методические указания и задания к курсовой работе по дисциплине «Сопротивление материалов».-К.: КГТУ, 2006.-67 с.
8 Материально-техническое обеспечение дисциплины
8.1 Специализированные аудитории - медиакласс
8.2 Учебно-лабораторное оборудование:
- испытательные машины МР-500, УММ-50, Р-10, Р-20, МУП-50, КМ-50-1, МК-30 А;
-плакаты по курсу сопротивления материалов;
-плакаты с таблицами сортамента прокатной стали.
Лист согласования учебной (рабочей) программы дисциплины
Рабочая программа дисциплины разработана в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 180405 Эксплуатация судовых энергетических установок (квалификация «Специалист») (утвержден 4 февраля 2010 г. № 000), учебным планом университета по этому же направлению, утвержденным ученым советом 27.10.2011 г.
Автор программы - , к. т.н., доцент кафедры строительной механики корабля и сопротивления материалов
Рабочая программа дисциплины рассмотрена и одобрена на заседании кафедры строительной механики корабля и сопротивления материалов (рецензент – Умбрасас Миндаугас-Римутис Антано, протокол от 01.01.2001 г.)
Заведующий кафедрой __________________
(д. т.н., профессор)
№ п/п | Учебно-методическое обеспечение дисциплины | ||
Наименование литературы | Наличие в учебном абонементе НТБ (кол-во) | Наличие в электронной библиотеке | |
Основная литература | |||
1 | Кривошапко материалов: учеб. - М.: Юрайт, 2013.-413 с. | 20 | − |
2 | Сопротивление материалов: руководство к решению задач (под ред. ). – М.:НИЯУ «МИФИ», ч.1.-2010.-288с. | 45 | − |
Дополнительная литература | |||
3 | Сидоров по сопротивлению материалов и теории упругости.– М., 2002.-352с. | 40 | − |
4 | Сборник задач по сопротивлению материалов (под ред. ).-С.-Пб.: Иван Федоров,2003.-431с. | 50 | − |
5 | , Прохнич прочности элементов конструкций корпуса судна. Методические указания и задания к курсовой работе по дисциплине «Сопротивление материалов».-К.: КГТУ, 2006.-67 с. | 25 |
Директор НТБ ________________ _______________
(подпись) () (дата)
Учебная программа рассмотрена и одобрена на заседании методической комиссии факультета судостроения и энергетики, протокол № от « » 201 г.
Декан факультета __________ __________
(подпись) () (дата)
Согласовано
Начальник учебно-методического
отдела
№ _____ дата _____________
