Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный технический университет
«Утверждаю»
Председатель Ученого совета,
ректор, академик НАН РК
_______________________
«____» _________ 20___г.
ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ДЛЯ ДОКТОРАНТА
(SYLLABUS)
Дисциплина OPNOM 7205 «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении»
Модуль OPNOM 06 «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении»
Специальность 6D071200 – «Машиностроение»
Форма обучения – очная, научно-педагогическая
Институт Машиностроения
Кафедра «Технология машиностроения»
2013
Предисловие
Силлабус по дисциплине для докторанта – разработан: д. т.н., проф.
Обсужден на заседании кафедры «Технология Машиностроения»
Протокол № _______ от «____»______________20___ г.
Зав. кафедрой ________________
(подпись)
«____»____________20___ г.
Одобрен методическим бюро машиностроительного факультета
Протокол № ________ от «_____»_____________20___ г.
Председатель ________________
(подпись)
«____»____________ 20___ г.
Сведения о преподавателе и контактная информация
– д. т.н., профессор
Кафедра «Технология машиностроения» находится в главном корпусе КарГТУ (Б. Мира, 56), аудитория 334, контактный телефон (56-59-35) доп.1057,
Трудоемкость дисциплины
Семестр | Количество кредитов | Вид занятий | Количество часов СРД | Общее количество часов | Форма контроля | ||||
количество контактных часов | количество часов СРДП | всего часов | |||||||
лекции | практические занятия | лабораторные занятия | |||||||
1 | 3 | - | 45 | - | 45 | 90 | 45 | 135 | экзамен |
Характеристика дисциплины
Дисциплина «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования» входит в цикл базовых дисциплин и ставит целью изучение задач оценки прочности и надежности объектов.
Цель дисциплины
Дисциплина «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования» ставит целью углубленное изучение докторантом теории и объективных закономерностей оценки прочности и надежности объектов в машиностроении.
Задачи дисциплины
Задачи дисциплины следующие: дать докторанту углубленные знания о теории и объективных закономерностях оценки прочности и надежности объектов в машиностроении. В результате изучения данной дисциплины докторант должен:
иметь представление:
- о методах расчета на прочность и методах оценки прочности;
- об основных положениях метода конечных элементов.
- о роли вычислительных методов в расчетах на прочность.
- об основных этапах численного исследования прочности конструкций.
- о построении физической модели. Построение математической модели.
- о методах исследования математической модели и анализе полученных результатов;
- о физических причинах повреждений и отказов;
- о надежности систем, методах оценки надежности.
знать:
- показатели надежности;
- методы оценки прочности;
- методы оценки надежности;
- методы сбора и обработки информации о прочности;
- методы сбора и обработки информации о надежности;
- практическое применение метода конечных элементов.
- решение статических прочностных задач;
- специальные математические методы расчета надежности;
уметь:
- применять полученные знания в практической работе;
- приобрести практические навыки.
Пререквизиты
Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):
Дисциплина | Наименование разделов (тем) |
1 Математика II | Математический анализ, теория вероятностей, математическая статистика, теория множеств, алгоритмизация, математическое моделирование |
Сопротивление материалов | Расчеты на прочность деталей машин |
2 Детали машин | Проектирование деталей машин |
3 Теоретическая механика | Условия равновесия произвольной системы сил. Уравнения равновесия твёрдого тела. Плоская система сил. Частные случаи равновесия твёрдого тела. Задача о равновесии бруса. Определение внутренних усилий в стержневых конструкциях. |
Постреквизиты
Знания, полученные при изучении дисциплины «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования», используются при освоении следующих дисциплин: «Математические основы исследований динамических процессов в машиностроении», «Автоматизация производственных технологий с применением CAD/CAM технологий».
Тематический план дисциплины
Наименование раздела, (темы) | Трудоемкость по видам занятий, ч. | ||||
лекции | практические | лабораторные | СРДП | СРД | |
1 Прочностная надежность деталей машин. Методы оценки | 3 | 3 | 3 | ||
2 Основные положения метода конечных элементов. Роль вычислительных методов в расчетах на прочность. Основные этапы численного исследования прочности конструкций. Построение физической модели. Построение математической модели. Метод исследования математической модели и анализ полученных результатов | 3 | 3 | 3 | ||
3 Типы конечных элементов. Стержневой и балочный элементы. | 3 | 3 | 3 | ||
4 Плоские задачи. Конечные элементы для плоских задач. | 3 | 3 | 3 | ||
5 Практическое применение метода конечных элементов. | 3 | 3 | 3 | ||
6 Решение статических прочностных задач. | 2 | 2 | 2 | ||
7 Общие сведения о надежности | 3 | 3 | 3 | ||
8 Показатели надежности | 3 | 3 | 3 | ||
9 Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель надежности объекта | 2 | 2 | 2 | ||
10 Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели безотказности | 2 | 2 | 2 | ||
11 Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности | 3 | 3 | 3 | ||
12 Надежность систем | 2 | 2 | 2 | ||
13 Статистическое моделирование на ЭВМ | 2 | 2 | 2 | ||
14 Оптимизационные задачи надежности | 3 | 3 | 3 | ||
15 Методы оценки надежности по результатам испытаний | 2 | 2 | 2 | ||
16 Специальные математические методы расчета | 2 | 2 | 2 | ||
17 Методы сбора и обработки информации о надежности | 2 | 2 | 2 | ||
18 Примеры прикладных задач надежности | 2 | 2 | 2 | ||
ИТОГО: | 45 | 45 | 45 |
Темы контрольных заданий для СРД
1 Прочностная надежность деталей машин. Методы оценки
2 Основные положения метода конечных элементов. Роль вычислительных методов в расчетах на прочность. Основные этапы численного исследования прочности конструкций. Построение физической модели. Построение математической модели. Метод исследования математической модели и анализ полученных результатов
3 Типы конечных элементов. Стержневой и балочный элементы.
4 Плоские задачи. Конечные элементы для плоских задач.
5 Практическое применение метода конечных элементов.
6 Решение статических прочностных задач.
7 Общие сведения о надежности
8 Показатели надежности
9 Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель надежности объекта
10 Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели безотказности
11 Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности
12 Надежность систем
13 Статистическое моделирование на ЭВМ
14 Оптимизационные задачи надежности
15 Методы оценки надежности по результатам испытаний
16 Специальные математические методы расчета
17 Методы сбора и обработки информации о надежности
18 Примеры прикладных задач надежности
Критерии оценки знаний докторантов
Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамен) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.
Оценка по буквенной системе | Цифровые эквиваленты буквенной оценки | Процентное содержание усвоенных знаний | Оценка по традиционной системе |
А А- | 4,0 3,67 | 95-100 90-94 | Отлично |
В+ В В- | 3,33 3,0 2,67 | 85-89 80-84 75-79 | Хорошо |
С+ С С- D+ D | 2,33 2,0 1,67 1,33 1,0 | 70-74 65-69 60-64 55-59 50-54 | Удовлетворительно |
F Z | 0 0 | 30-49 0-29 | Неудовлетворительно |
Оценка «А» (отлично) выставляется в том случае, если докторант в течение семестра показал отличные знания по всем программным вопросам дисциплины, а также по темам самостоятельной работы, регулярно сдавал рубежные задания, проявлял самостоятельность в изучении теоретических и прикладных вопросов по основной программе изучаемой дисциплины, а также по внепрограммным вопросам.
Оценка «А-» (отлично) предполагает отличное знание основных законов и процессов, понятий, способность к обобщению теоретических вопросов дисциплины, регулярную сдачу рубежных заданий по аудиторной и самостоятельной работе.
Оценка «В+» (хорошо) выставляется в том случае, если докторант показал хорошие и отличные знания по вопросам дисциплины, регулярно сдавал семестровые задания в основном на «отлично» и некоторые на «хорошо».
Оценка «В» (хорошо) выставляется в том случае, если докторант показал хорошие знания по вопросам, раскрывающим основное содержание конкретной темы дисциплины, а также темы самостоятельной работы, регулярно сдавал семестровые задания на «хорошо» и «отлично».
Оценка «В-»(хорошо) выставляется докторанту в том случае, если он хорошо ориентируется в теоретических и прикладных вопросах дисциплины как по аудиторным, так и по темам СРД, но нерегулярно сдавал в семестре рубежные задания и имел случаи пересдачи семестровых заданий по дисциплине.
Оценка «С+» (удовлетворительно) выставляется докторанту в том случае, если он владеет вопросами понятийного характера по всем видам аудиторных занятий и СРД, может раскрыть содержание отдельных модулей дисциплины, сдает на «хорошо» и «удовлетворительно» семестровые задания.
Оценка «С» (удовлетворительно) выставляется докторанту в том случае, если он владеет вопросами понятийного характера по всем видам аудиторных занятий и СРД, может раскрыть содержание отдельных модулей дисциплины, сдает на «удовлетворительно» семестровые задания.
Оценка «С-» (удовлетворительно) выставляется докторанту в том случае, если студент в течение семестра регулярно сдавал семестровые задания, но по вопросам аудиторных занятий и СРД владеет только общими понятиями и может объяснить только отдельные закономерности и их понимание в рамках конкретной темы.
Оценка «D+» (удовлетворительно) выставляется докторанту в том случае, если он нерегулярно сдавал семестровые задания, по вопросам аудиторных занятий и СРД владеет только общими понятиями и может объяснить только отдельные закономерности и их понимание в рамках конкретной темы.
Оценка «D» (удовлетворительно) выставляется докторанту в том случае, если он нерегулярно сдавал семестровые задания, по вопросам аудиторных занятий и СРД владеет минимальным объемом знаний, а также допускал пропуски занятий.
Оценка «F» (неудовлетворительно) выставляется тогда, когда докторант практически не владеет минимальным теоретическим и практическим материалом аудиторных занятий и СРД по дисциплине, нерегулярно посещает занятия и не сдает вовремя семестровые задания.
Оценка «Z» (неудовлетворительно) выставляется тогда, когда докторант не владеет минимальным теоретическим и практическим материалом аудиторных занятий и СРД по дисциплине, пропустил более половины занятий и не представил вовремя семестровые задания.
Рубежный контроль проводится на 7-й и 14-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:
Вид контроля | %-ое содержание | Академический период обучения, неделя | Итого, % | ||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |||
Тест | 5 | * | 5 | ||||||||||||||
Выполнение контрольной работы | 10 | * | * | 20 | |||||||||||||
Практические работы | 5 | ** | * | * | * | * | * | * | 35 | ||||||||
Экзамен | 40 | ||||||||||||||||
Модули | 30 | 30 | 60 | ||||||||||||||
Итого | 100 |
Политика и процедуры
При изучении дисциплины «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования» прошу соблюдать следующие правила:
1. Не опаздывать на занятия.
2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу представлять справку, в других случаях – объяснительную записку.
3. Отрабатывать пропущенные занятия независимо от причины пропусков.
4. Активно участвовать в учебном процессе.
5. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.
Учебно-методическая обеспеченность дисциплины
Ф. И.О автора | Наименование учебно-методической литературы | Издательство, год издания | Количество экземпляров | |
в библиотеке | на кафедре | |||
Основная литература | ||||
1. | Метод конечных элементов в теории сооружений и в механике сплошных сред. | М.: Мир, 1974. 239 с. | 5 | - |
2. | Применение метода конечных элементов. | М.: Мир, 1979. 392 с. | 5 | - |
3. | Метод конечных элементов в технике. | М.: Мир, 1975. 541 с. | 2 | - |
4. . | Конечные элементы и аппроксимация. | М.: Мир, 1986. 318с. | 3 | - |
5. Фикс Дж. | Теория метода конечных элементов. | М.: Мир, 1977. 349 с. | 4 | - |
6. М, | Метод конечных элементов в механике разрушения. | М.: Наука, 1980.254с. | 5 | - |
7. Под ред. | Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике | М.: Высшая школа, 1985. 367 с. | 3 | - |
8. | Конечно-элементное моделирование на основе ANSYS | В сб.: ANSYS 5.5/ED (Московское представительство CAD-FEM GmbH), (Ansys_edding_russian/ Education/ Structural/ Beams&Shells, 1999). | 4 | - |
9. | Статический анализ уголкового кронштейна | В сб.: ANSYS 5.5/ED (Московское представительство CAD-FEM GmbH), (Ansys_edding_russian/ Education/ Structural/Bracket, 1999). | 4 | - |
10. , , | ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. | М.: Едиториал УРСС, 2003. - 272 с. | 4 | - |
11 Под ред. . | Надежность технических систем: Справочник. | М.: Радио и связь, 1985.— 608 с, ил. | 10 | - |
12 Под ред. . | Надежность и эффективность в технике: Справочник: В 10 т. Т.1: Методология. Организация. Терминология | М.: Машиностроение, 1986. / - 224 с. | 11 | - |
13 | Надежность машин. | М.: Машиностроение, 1978.- 592 с. | 12 | - |
14 ГОСТ 27. 001-95 | Система стандартов. Надежность в технике. Основные положения. | 10 | - | |
15 | Прикладная теория надежности. | М.: Высшая школа, 1977.- 159 с. | 8 | - |
16 Под ред. | Справочник по надежности: В 3 т. | М.: Мир, 1969-1970. | 7 | - |
17 , , | Надежность машин, оборудования и приборов бытового назначения. | М.: Легпромбытиздат, 1987.- 336 с. | 9 | - |
18 ГОСТ 16504-81 | Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. | 10 | - | |
19 | Статистические методы исследования режущего инструмента. | М.: Машиностроение,1996. | 10 | - |
Вопросы для самоконтроля
1. Основные этапы численного исследования прочности конструкций. Построение физической модели.
2. Построение математической модели.
3. Метод исследования математической модели и анализ полученных результатов.
4. Матричная форма записи основных соотношений теории упругости.
5. Плоские (двумерные) задачи.
6. Основные соотношения между напряжениями, деформациями и температурой.
7. Соотношения между деформациями и смещениями.
8. Уравнения равновесия. Граничные условия
9. Идея и область применения метода конечных элементов. Основные этапы практической реализации. Основные понятия. Основные этапы практической реализации. Конечные элементы. Построение сетки конечных элементов. Граничные условия. Точность результатов. Линейная задача.
10. Типы конечных элементов. Линейный упругий элемент. Матрица жесткости. Система упругих элементов. Матрица жесткости системы элементов.
11. Стержневой элемент. Матрица жесткости стержневого элемента. Построение матрицы жесткости. Учет распределенной нагрузки. Произвольное расположение элементов на плоскости. Преобразование смещений. Матрица жесткости. Напряжения. Произвольное расположение элементов в пространстве
12. Балочный элемент. Матрица жесткости. Функции формы конечных элементов и матрица жесткости. Линейный плоский треугольный элемент. Квадратичный треугольный элемент. Линейный четырехугольный элемент. Квадратичный четырехугольный элемент. Преобразование нагрузки.
13. Пластины и оболочки. Основные соотношения теории пластин и оболочек. Основные положения теории тонких пластин. Основные положения теории толстых пластин. Конечные элементы для пластин и оболочек. Тонкий четырехугольный элемент с четырьмя узлами. Толстостенный четырехугольный элемент.
14. Предмет, цели и задачи науки о надежности.
15. Основные исходные понятия и определения
16. Предмет науки о надежности
17. Цели и задачи дисциплины "надежность станочных и инструментальных систем"
18. Показатели надежности
19. Система стандартов "Надежность в технике"
20. Основные понятия, термины и определения состояний объектов и свойств надежности
21. Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель надежности объекта.
22. Источники и причины изменения выходных параметров объектов
23. Классификация отказов
24. Математическая модель надежности объекта
25. Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели безотказности.
26. Формирование закона изменения выходного параметра объекта во времени
27. Общая схема формирования отказа объекта
28. Модели постепенных отказов
29. Моделирование внезапных отказов на основе экспоненциального закона надежности
30. Одновременное проявление внезапных и постепенных отказов
31. Снижение уровня сопротивляемости объекта внезапным отказам вследствие процесса старения материалов
32. Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности.
33. Основные особенности исследования долговечности объектов
34. Схема потери объектом работоспособности при эксплуатации с установленным периодом непрерывной работы
35. Схема потери объектом работоспособности при эксплуатации с работой до отказа
36. Надежность систем.
37. Системы как объект надежности и их основные свойств
38. Расчет надежности систем с расчлененной структурой
39. Резервирование как метод обеспечения надежности технологических систем на стадии их создания
40. Испытания на надежность.
41. Методы сбора и обработки информации о надежности режущих инструментов.
42. Последовательность статистической обработки результатов стойкостных испытаний
43. Расчет показателей надежности инструмента
