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 МАГИСТРАНТА (SYLLABUS)
Дисциплина OPNOMOMM 6304 «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования»
Модуль MМ 16 – «Математическое моделирование»
Специальность 6M071200 «Машиностроение»
Форма обучения – очная, научно-педагогическая
Институт Машиностроения
Кафедра «Технология машиностроения»
2012
Предисловие
Программа обучения по дисциплине для магистранта (syllabus) разработана:
д. т.н., проф. , ст. преподаватель
Обсуждена на заседании кафедры «Технология машиностроения»
Протокол № _______ от «____»______________20___ г.
Зав. кафедрой ________________ «____»____________20___ г.
(подпись)
Одобрена учебно-методическим советом Института Машиностроения
Протокол № ________ от «_____»_____________20___ г.
Председатель ________________ «____»____________ 20___ г.
(подпись)
Сведения о преподавателе и контактная информация
Жетесова Гульнара Сантаевна – д. т.н., профессор, зав. кафедрой ТМ
– ст. преподаватель кафедры ТМ
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/ECTS | Вид занятий | Количество часов СРМ | Общее количество часов | Форма контроля | ||||
количество контактных часов | количество часов СРМП | всего часов | |||||||
лекции | практические занятия | лабораторные занятия | |||||||
3 | 3/9 | 45 | - | - | 90 | 135 | 90 | 225 | экзамен |
Характеристика дисциплины
Дисциплина «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования» входит в цикл профилирующих 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 магистрантом теории и объективных закономерностей оценки прочности и надежности объектов в машиностроении.
Задачи дисциплины
Задачи дисциплины следующие: дать магистранту углубленные знания о теории и объективных закономерностях оценки прочности и надежности объектов в машиностроении. В результате изучения данной дисциплины магистрант 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.
быть компетентным:
- в области расчетов на прочность и методов оценки прочности;
- в области методов конечных элементов.
- в области расчетах на прочность.
- в области численных исследований прочности конструкций.
- в области построения физической модели, построения математической модели.
- в области исследования математической модели и анализа полученных результатов;
- в области физических причин повреждений и отказов;
- в области надежности систем, методах оценки надежности.
1.6 Пререквизиты
Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):
Дисциплина | Наименование разделов (тем) |
Организация и планирование научных исследований и инновационной деятельности | Все разделы |
1.7 Постреквизиты
Знания, полученные при изучении дисциплины «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования», используются при изучении следующих дисциплин: «Автоматизация производственных процессов с применением CAD/CAM технологий».
Содержание дисциплины
Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость
Наименование раздела, (темы) | Трудоемкость по видам занятий, ч. | ||||
лекции | практические | лабораторные | СРМП | СРМ | |
1 Прочностная надежность деталей машин. Методы оценки | 3 | 5 | 5 | ||
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 | 5 | 5 | ||
3 Типы конечных элементов. Стержневой и балочный элементы. | 3 | 5 | 5 | ||
4 Плоские задачи. Конечные элементы для плоских задач. | 3 | 5 | 5 | ||
5 Практическое применение метода конечных элементов. | 3 | 5 | 5 | ||
6 Решение статических прочностных задач. | 2 | 5 | 5 | ||
7 Общие сведения о надежности | 3 | 5 | 5 | ||
8 Показатели надежности | 3 | 5 | 5 | ||
9 Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель надежности объекта | 2 | 5 | 5 | ||
10 Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели безотказности | 2 | 5 | 5 | ||
11 Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности | 3 | 5 | 5 | ||
12 Надежность систем | 2 | 5 | 5 | ||
13 Статистическое моделирование на ЭВМ | 2 | 5 | 5 | ||
14 Оптимизационные задачи надежности | 3 | 5 | 5 | ||
15 Методы оценки надежности по результатам испытаний | 2 | 5 | 5 | ||
16 Специальные математические методы расчета | 2 | 5 | 5 | ||
17 Методы сбора и обработки информации о надежности | 2 | 5 | 5 | ||
18 Примеры прикладных задач надежности | 2 | 5 | 5 | ||
ИТОГО: | 45 | 90 | 90 |
Тематический план самостоятельной работы магистранта с преподавателем
Наименование темы СРМП | Цель занятия | Форма проведения занятия | Содержание задания | Рекомендуемая литература |
1 Прочностная надежность деталей машин. Методы оценки | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Ознакомление: с требованиями современного производства к автоматизации проектирования; технологическим содержанием функциональных зависимостей автоматизированного проектирования. | [1,2,3,4] |
2 Основные положения метода конечных элементов. | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | 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 | [1-11] |
3 Типы конечных элементов. | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Стержневой и балочный элементы. | [1,2,3,4,5,16] |
4 Плоские задачи. | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Конечные элементы для плоских задач. | [1,2,3,4,5,16] |
5 Практическое применение метода конечных элементов. | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Основные стадии решения задач. Препроцессорная подготовка. Постпроцессорная обработка. | [3,4,5,6] |
6 Решение статических прочностных задач. | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Постановка задачи. Построение модели. Построение сетки. Приложение нагрузок и получение решения. Обработка, печать и сохранение результатов (постпроцессорная обработка) | [2,3,5,11] |
7 Общие сведения о надежности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Предварительные замечания. Общие понятия. Характеристики отказов. Резервирование | [13,14,16, 18] |
8 Показатели надежности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Система стандартов "Надежность в технике" Основные понятия, термины и определения состояний объектов и свойств надежности Номенклатура и классификация показателей надежности | [11-18] |
9 Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель надежности объекта | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Источники и причины изменения выходных параметров объектов. Классификация отказов. Математическая модель надежности объекта | [11,12,14] |
10 Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели безотказности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Формирование закона изменения выходного параметра объекта во времени. Общая схема формирования отказа объекта. Модели постепенных отказов. Моделирование внезапных отказов на основе экспоненциального закона надежности. Одновременное проявление внезапных и постепенных отказов. Снижение уровня сопротивляемости объекта внезапным отказам вследствие процесса старения материалов | [11,12,13, 14] |
11 Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Основные особенности исследования долговечности объектов. Схема потери объектом работоспособности при эксплуатации с установленным периодом непрерывной работы. Схема потери объектом работоспособности при эксплуатации с работой до отказа | [11,12,13, 14] |
12 Надежность систем | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Системы как объект надежности и их основные свойств. Расчет надежности систем с расчлененной структурой. Резервирование как метод обеспечения надежности технологических систем на стадии их создания | [11,12,13, 18] |
13 Статистическое моделирование на ЭВМ | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Методология моделирования. Моделирование высоконадежных систем | [11,12,13, 16] |
14 Оптимизационные задачи надежности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Оптимальное резервирование. Обеспечение технических объектов запасными элементами. Оптимальное управление запасами. Оптимальное обнаружение и поиск отказов. Модели технического обслуживания | [11,12,13, 17] |
15 Методы оценки надежности по результатам испытаний | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Методы испытаний. Контроль | [11,12,13, 18] |
16 Специальные математические методы расчета | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Распределения с монотонной функцией интенсивности. Надежность механических систем. Методы расчета надежности систем с восстановлением Специальные системы исследования систем с восстановлением. Системы из элементов с многими состояниями. Использование диффузионных процессов | [11,12,13, 14] |
17 Методы сбора и обработки информации о надежности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Последовательность статистической обработки результатов стойкостных испытаний. Расчет показателей надежности инструмента. | [11,12,13, 17] |
18 Примеры прикладных задач надежности | Углубление знаний по данной теме | Выполнение инд. зад. | Надежность магистральных газо - и нефтепроводов. Надежность гидромеханических сооружений. | [11,12,13, 14] |
Темы контрольных заданий для СРМ
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 магистрантов
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 | 0 | 0-49 | Неудовлетворительно |
Оценка «А» (отлично) выставляется в том случае, если магистрант 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 магистрант 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 магистрант 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 магистранту в том случае, если он хорошо ориентируется в теоретических и прикладных вопросах дисциплины как по аудиторным, так и по темам СРМ, но нерегулярно сдавал в семестре рубежные задания и имел случаи пересдачи семестровых заданий по дисциплине.
Оценка «С+» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае, если он владеет вопросами понятийного характера по всем видам аудиторных занятий и СРМ, может раскрыть содержание отдельных модулей дисциплины, сдает на «хорошо» и «удовлетворительно» семестровые задания.
Оценка «С» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае, если он владеет вопросами понятийного характера по всем видам аудиторных занятий и СРМ, может раскрыть содержание отдельных модулей дисциплины, сдает на «удовлетворительно» семестровые задания.
Оценка «С-» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае, если студент в течение семестра регулярно сдавал семестровые задания, но по вопросам аудиторных занятий и СРМ владеет только общими понятиями и может объяснить только отдельные закономерности и их понимание в рамках конкретной темы.
Оценка «D+» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае, если он нерегулярно сдавал семестровые задания, по вопросам аудиторных занятий и СРМ владеет только общими понятиями и может объяснить только отдельные закономерности и их понимание в рамках конкретной темы.
Оценка «D-» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае, если он нерегулярно сдавал семестровые задания, по вопросам аудиторных занятий и СРМ владеет минимальным объемом знаний, а также допускал пропуски занятий.
Оценка «F» (неудовлетворительно) выставляется тогда, когда магистрант практически не владеет минимальным теоретическим и практическим материалом аудиторных занятий и СРМ по дисциплине, нерегулярно посещает занятия и не сдает 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 | ||||||||||||||||
Экзамен | 20 | ||||||||||||||||
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
Гос. изд. лиц. г. Подписано в печать г.
Формат 60х90/16
Усл. печ. л. п. л. Тираж экз. Заказ Цена договорная __________________________________________________________________
Издательство Карагандинского государственного технического университета
100027, Караганда, б. Мира, 56
