умк прикладная механика

АЛМАТЫ 2011

2

Программа курса дисциплины «Прикладная механика» для студентов КазНТУ имени К.И.Сатпаева по специальности 5В072200 – «Полиграфия» составлена на основе Государственного стандарта образования Республики Казахстан и типовой программы дисциплины. Составитель Жолшара А., кандидат технических наук, доцент

Рассмотрена на заседании кафедры «Прикладная механика и основы конструирования машин» «____»_______________2011г. Протокол № ____

Одобрена Методическим советом Института «Машиностроение»

«____»________________2011 г. Протокол №____

Председатель___________________Алипов К.С.

Сведения о преподавателе:

Жолшара Алимбай, кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная механика и основы конструирования машин», в 1970 году окончил МВТУ имени Н.Э.Баумана по специальности «Холодильные и компрессорные машины и установки». Преподавательский стаж: общий – 35 лет; в КазНТУ – 30 лет. Автор более 50 научных и методических работ, в числе которых 20 методических разработок, более 10 типовых учебных программ по нескольким дисциплинам. В 1981 году защитил кандидатскую диссертацию по специальности 05.04.03 - «Гидравлические машины, машины и аппараты холодильной и криогенной техники».

Офис: Кафедра «Прикладная механика и основы конструирования машин» Адрес: 480013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22. Главный учеб. корпус, каб. 905 Тел.: 8(727)2577169 Факс:__________________

Е-mail: alimbuy@ntu.kz

3

1.Цели и задачи дисциплины

1.1Цель преподавания дисциплины

Формирование у студентов научных основ познания явлений, связанных с движением материальных тел, подготовка теоретической базы для освоения специальных дисциплин и современной техники, изучение основ механики и практических методов их применения, развитие у студентов логического мышления, навыков творческой работы, необходимых при решении конкретных практических задач.

Важнейшим условием создания конкурентоспособного механического оборудования и машин различных отраслей промышленности является снижение их стоимости на единицу мощности, повышение эффективности использования металла за счет использования новых конструкционных материалов, обеспечение высокой надежности, долговечности и снижения расходов на обслуживание технологического оборудования.

Все это требует от специалистов глубоких знаний в области расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкции и деталей машин, как при создании нового оборудования, так и при его эксплуатации.

Важнейшей стороной подготовки инженеров является накопление знаний о методах экспериментальных исследований напряженного и деформированного состояний, приобретение и развитие навыков проведения лабораторных и натуральных испытаний.

1.2 Задачи изучения дисциплины

В соответствии с целями преподавания прикладной механики студенты должны:

иметь представление:

∙о методах и приемах расчета элементов инженерных конструкций,

сооружений и деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость, при условии необходимой надежности, экономичности и долговечности.

знать:

∙методику анализа реальных объектов и составления расчетных схем;

∙принципы исследования внутренних силовых факторов;

∙методы исследования напряженного состояния и критерии оценки предельного состояния;

∙методы определения механических характеристик материалов;

∙влияние различных факторов на механические характеристики материалов;

∙условия прочности, жесткости для различных случаев нагружения

механические свойства металлов и сплавов; уметь:

∙составлять расчетные схемы;

∙определить внутренние силовые факторы и строить их эпюры;

∙анализировать напряженное состояние в опасных точках и правильно применять гипотезы предельного состояния;

4

∙выбирать материалы и форму поперечных сечений элементов конструкций или деталей машин;

∙анализировать полученные результаты расчетов на прочность, жесткость и устойчивость;

∙использовать экспериментальные методы исследования напряженного

состояния.

приобрести практические навыки:

∙по решению задач расчета элементов инженерных конструкций, сооружений и деталей машин на прочность, жесткость и устойчивость;

∙по экспериментальному изучению механических свойств материалов, напряженно-деформированного состояния простейших элементов конструкций, обращения с современными испытательными машинами и измерительной аппаратурой;

∙в чтении литературы по некоторым вопросам прикладной механики.

1.3Пререквизиты: высшая математика, физика, начертательная геометрия.

1.4Постреквизиты: Процессы и аппараты полиграфического

производства, Полиграфические машины.

2. Система оценки знаний

По кредитной технологии обучения применяется рейтинговый контроль знаний студентов.

Рейтинг дисциплины оценивается по 100 - бальной шкале.

Для дисциплины устанавливается следующие виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, курсовая работа, итоговый контроль (таблица 1).

Таблица 1 Распределение рейтинговых баллов по видам контроля

5

Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного рейтингового балла не менее 50 %. Итоговый контроль считается сданным в случае набора 50 % баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).

6

3.2 Наименование тем лекционных занятий и их содержание

1.Введение. Статика. Система сходящихся сил. Основные понятия и положения статики. Аксиомы статики. Связи и их реакции. Приведение системы сходящихся сил к равнодействующей. Условие равновесия системы сходящихся сил. Теорема о трех непараллельных силах.

2.Теория моментов. Основная теорема статики. Момент силы

относительно точки. Пара сил и ее момент. Теоремы о парах. Условие равновесия системы пар. Лемма о параллельном переносе сил. Основная теорема статики. Главный вектор и главный момент системы сил. Условия равновесия. Теорема Вариньона.

3. Произвольная плоская и пространственная система сил.

Алгебраические величины момента силы относительно точки и момента пары сил. Главный вектор и главный момент произвольной плоской системы сил. Распределенные силы. Момент силы относительно оси. Главный вектор и главный момент произвольной пространственной системы сил. Условие равновесия произвольной пространственной системы сил.

4.Введение в сопротивление материалов. Задача курса сопротивления. Расчетные схемы. Определение стержня, пластины, оболочки. Допущения в сопротивление материалов. Упругость и пластичность. Понятие об изотропии и анизотропии. Основные гипотезы о деформируемом теле. Деформации линейные и угловые. Заданные нагрузки и реакции опор. Принцип Сен-Венана. Принцип независимости действия сил. Внутренние силовые факторы и метод их изучения (метод сечения). Напряжение полное, нормальное и касательное. Классификация типов нагружения стержня по внутренним силовым факторам.

5.Растяжение и сжатие. Механические свойства материалов при растяжении и сжатии. Нормальные силы. Построение эпюр. Напряжения в

поперечных и наклонных сечениях прямого стержня. Коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона). Закон Гука при одноосном напряженном состоянии. Модуль упругости. Потенциальная энергия деформации.

Экспериментальное исследование свойств материалов при растяжении. Диаграмма растяжения и сжатия малоуглеродистой стали.

6.Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии.

Предельное состояние. Расчет по допускаемым напряжениям и нагрузкам. Основные понятия о надежности и долговечности конструкции. Коэффициент запаса. Расчеты на жесткость. Определение перемещений. Статически неопределимые системы.

7.Теории напряженного и деформированного состояния. Напряженное

состояние в точке. Компоненты напряжения, их обозначения. Определение напряжений в наклонной площадке. Главные напряжения. Деформированное

7

состояние в точке. Компоненты деформации, их обозначения. Главные оси деформированного состояния и главные деформации. Общая линейная зависимость между компонентами напряжения и деформации для изотропного тела. Объемная деформация. Удельная потенциальная энергия. Удельная энергия изменения объема и удельная энергия изменения формы.

8. Сдвиг (срез). Кручение. Геометрические характеристики поперечных сечений стержня. Определение внутренних сил, напряжений и деформаций при сдвиге. Закон Гука для сдвига. Модуль сдвига. Зависимость между тремя упругими постоянными для изотропного тела. Потенциальная энергия деформации при чистом сдвиге. Расчет на прочность при сдвиге. Кручение прямого стержня круглого поперечного сечения. Напряжения в поперечном сечении. Полярный момент инерции. Угол закручивания. Жесткость при кручении. Эпюры крутящих моментов, напряжений и углов закручивания. Расчет на прочность и жесткость. Потенциальная энергия деформации круглого стержня при кручении. Статически неопределимые задачи кручения.

Статические моменты площади. Осевые, полярные и центробежные моменты инерции площади. Радиусы инерции. Зависимости между моментами инерции для параллельных осей. Изменение осевых моментов инерции в зависимости от угла поворота координатных осей. Главные оси инерции. Главные моменты инерции. Определение положения главных осей и вычисление главных моментов инерции различных сечений.

9.Изгиб прямых стержней. Определение внутренних силовых факторов в поперечных сечениях балок при изгибе. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки. Эпюры поперечных сил и изгибающих моментов. Чистый и поперечный изгиб в одной из главных плоскостей стержня. Нормальные напряжения при чистом изгибе. Распространение выводов чистого изгиба на поперечный изгиб. Касательные напряжения при поперечном изгибе стержней (формула Д.И. Журавского). Расчеты на статическую прочность при изгибе. Рациональные сечения балок. Потенциальная энергия деформации при изгибе.

10.Теории (гипотезы) прочности. Сложное сопротивление. Понятия о

теориях пластичности и прочности. Эквивалентное напряженное состояние и эквивалентное напряжение. Критерии возникновения пластических деформаций и формулы эквивалентности по различным гипотезам. Пределы применимости гипотез и их экспериментальная оценка. Обзор новых гипотез.

Косой изгиб. Определение напряжений, нахождения положения нейтральной оси и опасных точек в сечении. Внецентренное растяжение и сжатие стержней большой жесткости. Определение положения нейтральной линии и напряжений. Ядро сечения. Изгиб с кручением брусьев круглого сечения. Применение формул эквивалентности к расчету стержней в общем случае нагружения.

11. Устойчивость деформированного состояния упругих систем.

Понятие об устойчивых и неустойчивых формах равновесия. Критическая

8

нагрузка. Устойчивость сжатых стержней. Формула Эйлера при различных случаях опорных закреплений и пределы ее применимости. Понятие о потере устойчивости при напряжениях, превышающих предел пропорциональности. Формула Ф.С.Ясинского. Полная диаграмма критических напряжений. Расчет по коэффициентам уменьшения основного допускаемого напряжения.

12.Динамическая нагрузка. Внутренние силы, вызванные движением. Силы инерции. Принцип Даламбера. Расчет на прочность при ударе. Способ расчета по балансу энергии. Вертикальный удар. Скручивающий удар. Расчет на прочность при колебаниях.

13.Передаточные механизмы. Ременные передачи. Фрикционные

передачи и вариаторы. Зубчатые механизмы (передачи). Передача винт – гайка. Цепные передачи.

14.Валы, муфты, опоры и корпуса. Валы и оси. Муфты. Подшипники скольжения. Подшипники качения. Детали корпусов, уплотнения, смазочные материалы и устройства.

15.Соединения деталей машин. Сварные, паяные и клеевые соединения.

Заклепочные соединения. Соединения с натягом. Резьбовые соединения. Шпоночные, шлицевые, профильные и штифтовые соединения. Пружины и резиновые упругие соединения.

3.3 Наименование тем практических занятий, их содержание и объем в часах

1.Произвольная плоская система сил. Определение момента силы относительно центра. Решение задач на составление аналитических условий равновесия произвольной плоской системы сил. (2 часа).

2.Введение в сопротивление материалов. Построение эпюр продольных

сил, крутящих моментов, поперечных сил и изгибающих моментов. (2 часа).

3.Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии.

Решение задач, связанных с расчетом на прочность и жесткость при растяжении и сжатии. Решение статически неопределимых задач при растяжении и сжатии. (2 часа).

4.Сдвиг (срез). Кручение. Геометрические характеристики поперечных сечений стержня. Расчет на прочность и жесткость при кручении.

Определение главных моментов инерции сечения произвольной формы (2 часа).

5.Изгиб прямых стержней. Расчет на прочность при прямом плоском изгибе. (2 часа).

6.Теории (гипотезы) прочности. Сложное сопротивление. Расчет на

прочность при сложном сопротивлении. Совместный изгиб с кручением стержней круглого сечения. (2 часа).

7. Устойчивость деформированного состояния упругих систем. Расчет на устойчивость продольно сжатых стержней. Расчет на устойчивость методом снижения основного допускаемого напряжения (2 часа).

9

8. Динамическая нагрузка. Расчетом на прочность при ударной нагрузке (2 часа).

3.4 Самостоятельная работа студентов (СРС) Семестровые задания.

1-задание. Расчет элементов стержневых систем на статическую прочность при растяжении ‒ сжатии и кручении:

1.Определение реакций опор в плоской стержневой системе (системы параллельных, сходящихся и произвольных сил);

2.Построение эпюр внутренних сил, напряжений и перемещений при растяжении-сжатии;

3.Определение положения опасных сечений;

4.Определение параметров системы из условий прочности и жесткости; 5.Построение эпюр внутренних сил в стержневой системе при кручении; 6.Определение положения опасных сечений из условий прочности и

жесткости и определение значений наибольших по абсолютной величине напряжений;

7.Определение параметров системы из условий обеспечения прочности;

8.Проверка жесткости систем растяжения и сжатия.

2-задание. Расчет элементов стержневых систем на статическую прочность при изгибе и продольно сжатых стержней на устойчивость:

9.Определение реакций опор в плоской стержневой системе, элементы которой подвергается изгибу и проверка их правильности;

10.Построение эпюр внутренних сил в стержневой системе при изгибе;

11.Определение положения опасных сечений из условий прочности и жесткости и определение значений наибольших по абсолютной величине напряжений;

12.Определение параметров системы из условий обеспечения прочности;

13.Определение критической силы для продольно сжатых стержней при известных размерах и способов закрепления концов;

14.Определение безопасных размеров поперечного сечения продольно сжатых стержней из условия устойчивости при известном значении продольной силы.

15.Проверка справедливости принятой зависимости для критической силы.

3.5 Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя (СРСП) Планы занятий этого вида работ представлены в УМК дисциплины.

1.Тестовый опрос на остаточные знания по математике: проекция вектора на ось, определение тригонометрических функций из треугольника.

2.Консультация по школьному курсу математики.

3.Консультация, закрепление и расширение знаний по темам лекций.

4.Тестовые опросы по лекционным темам.

5.Тестовые задачи по темам практических занятий.

10