Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ»

Институт инноватики и логистики

Кафедра управления технологиями

Специальность: «Управление инновациями» - 220601

Форма обучения: очная

Курсовой проект По учебной дисциплине «Инженерные основы инновационной деятельности»

^{(название темы)}

Исполнитель

студент группы

^{(подпись) (инициалы и фамилия)}

Руководитель проекта

^{(учетная запись ,звание) (подпись) (инициалы и фамилия)}

Москва- 2007

Задание

на курсовое проектирование по учебной дисциплине

«Инженерные основы инновационной деятельности»

1. Студент(ка)_____курса____________группы_____________формы обучения

____________________________________________________________________

^{(фамилия, имя ,отчество)}

2. Тема курсового проекта: «Расчеты на прочность, жесткость, устойчивость и экономичность элементов конструкций, применяемых при создании технических объектов(систем) и инженерных сооружений»

3. Структура проекта

В проекте дать расчет элементов конструкций по следующим заданиям:

Задание №1 – расчетная схема (рис__), вариант №___

Задание №2 – расчетная схема (рис__), вариант №___

Задание №3 – 3.1 расчетная схема (рис__), вариант №___

2. расчетная схема (рис__), вариант №___

Задание №4 – 4.2 расчетная схема (рис__), вариант №___

Задание №5 – расчетная схема (рис__), вариант №___

Задание №6 – 6.2 расчетная схема (рис__), вариант №___

6.3 Расчетная схема (рис__), вариант №___

4. В проекте привести рекомендации по выбору наиболее оптимальных параметров элементов конструкций с точкой зрения прочности ,жесткости и экономичности на основании проведенных расчетов.

5. Базовая литература

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Срок сдачи студентом законченного проекта______________________________

Дата выдачи задания “___” __________________200___г.

Задание принял к исполнению ________________

^{(подпись)}

Задание для курсового проектирования

Проектирование машин и сооружений опирается на достижения механики разрушения. С основными понятиями и представлениями механики сплошной среды студентами различных специальностей сталкиваются впервые при изучении курса “Сопротивление материалов”.

Успешное освоение раздела “Основы прикладной механики с элементами инженерной графики” курса “Инженерной основы инновационной деятельности” требует не только глубокого изучения теории, большое значение имеют организация и проведение практических занятий, выполнение студентами самостоятельных расчетных заданий для приобретения твердых навыков в решении практических задач, что представляет основную трудность при изучении дисциплины. Для этого необходимо самостоятельно решить большое количество задач по основным разделам курса. Настоящие методическое указания содержат семь видов заданий , каждое – от 30 до 60 вариантов, соответствующих основным темам учебной программы по дисциплине.

Набор вариантов индивидуальных заданий, входящих в курсовой проект, студент может определить по своему шифру, который устанавливает преподаватель и отмечает в своем индивидуальном журнале.

Задание №1. Плоская система произвольно расположенных сил. Определение реакций опор твердого тела.

На схеме показаны три способа закрепления бруса, ось которого – ломанная линия. Задаваемая нагрузка и размеры Во всех трех случаях одинаковы.

Определить реакции опор для того способа закрепления бруса, при котором реакция, указанная в таблице, имеет наименьший модуль.

Параметр	Вариант 21
P,kH	20
M, kH·м	10
q, kH/м	2
Исследуемая реакция	МА

Q=q*1=2*2=4kH

А)

∑М_А=0; -M_A-M-P*4sin45º-3Q=0

M_A=-M-P*4sin45º-3Q=-10-20*4*0,707-3*4=-78,56kH·м

Б)

∑М_В=0; -M_A-M-Q*1-Y^´*2=0

∑P_Y=0; -P*cos45º-Q+ Y^´_A=0

Y^´_A=P* cos45º+Q=20*0,707+4=18,14kH

M^´_A=-M-Q- Y^´_A*2=-10-4-18,14*2=-50,28kH·м

В)

∑М_А=0; M˝-M-P*4sin45º+R_C*2sin45º-3Q=0

-R_C*cos45º+P* cos45º=0

R_C=(P*cos45º)/ cos45º=P=20kH

M˝_A=M+P+sin45º-R_C*2sin45º+3Q=10+20*4*0,707-20*2*0,707+3*4=50,28kH·м

Получаем наименьший момент в задании при закреплении бруса по схемам Б) и В).

Определение остальных реакций для схемы Б).

∑P_X=0; P*cos45º-R_B=0

R_B=P*cos45º=20*0,707=14,14kH

Y^´_A -P*cos45º- Q=20*0,707+4=18,14kH

Определим так же все остальные реакции и для схемы В).

∑P_Y=0; -P*cos45º-Q+ Y˝_A =0

Y˝_A =P*cos45º+Q=20*0,707+4=18,14kH

Результаты расчета :

Cхема по рисунку 21	MA(M´A, M˝A),kH	Силы,kH Y˝A RB ( RC)
А)	-78,56	- - -
Б)	50,28	18,14 14,14 -
В)	50,28	18,14 - 20,0

Задание №2. Центр тяжести. Определение положения центра тяжести тела.

Найти координаты центра тяжести плоского сечения, составленного из стандартных прокатных профилей, плоской фигуры (вариант 30), показанный на (рис30). Вариант 30 размеры указаны в сантиметрах.

F₁=50*30=1500

F₁=10*20=-200

F₁=πR²/2=3.14*100/2=-157

№элемента	Fi, см2	xi, cм	yi, cм	Siy=Fi xi, см3	Six=Fi yi, см3
1	1500	25	15	37500	22500
2	-200	30	25	-6000	-5000
3	-157	30	15,76	-4710	-2474,32
∑	1143	-	-	26790	15025,68

X_C = 26790/1143=23,4см

Y_C =15025,65/1143=13,1см

Задание №3.Растяжение и сжатие. Построение эпюр продольных сил и нормальных напряжений. Расчеты на прочность при растяжении и сжатии.

Задание 3.1

Построить эпюры продольных сил и нормальных напряжений по длине бруса. Определить перемещение свободного конца бруса. Двухступенчатый стальной брус нагружен силами Р₁;Р₂;Р₃; Площади поперечных сечений F₁;F₂.

Принять значение модуля упругости для стали Е=2*10⁵ H/мм².

Параметр	Вариант 5
Р1,кН	16
Р2,кН	25
Р3,кН	28
F1,см2	1,2
F2,см2	2,8
а,м	0,6

Разбиваем заданный брус на 4 части 1,2,3,4 границами которые служат сечением в котором приложены внешние силы или ступенчато изменяется площадь сечения бруса определяем по методу сечения продольную силу для каждого участка.

N₁=- Р₁=-16кН

N₂=- Р₁- Р₂=-41кН

N₃=- Р₁- Р₂=-41кН

N₄=- Р₁-Р₂+Р₃=-13кН

Вычислим напряжение в поперечных сечениях каждого участка:

σ₁= N₁/ F₁=-1600/120=-133МПа

σ₂= N₂/ F₂=-41000/120=-342 МПа

σ₃= N₃/ F₃=--41000/280=-146 МПа

σ₄= N₄/ F₄=-13000/280=-46 МПа

Перемещение свободного конца бруса определяется как алгебраическая сумма удлинений (укорочений) всех его участков.

∆1=∆1₁+∆1₂+∆1₃+∆1₄+∆1₅=а/Е(σ₁+σ₂+σ₃+σ₄+σ₅)

∆1=600/2*100000(-133-342-292-46)=-2,44мм(деформация укорочения).

Задание 3.2

Балка АВ абсолютно жесткая, на которую действуют указанные нагрузки, удерживается в равновесии тягой ВС. Определить размеры поперечного сечения тяги для двух случаев: 1) сечение-круг; 2)сечение-уголок равнополочный по ГОСТ8509-93. Принять значение допускаемого напряжения материала тяги [σ]=160МПа. Собственный вес конструкции не учитывать.

Параметр	Вариант 5
P, kH	30
M, kH·м	140
q, kH/м	12

Q =2*q =24kH

Треугольник СBD; DC =2√2 =2,83м

∑ M_A =0; -M-P*2,83-Q*3+N_BC*2 =0

N_BC =(72+85+140)/2 =148,5kH

F_BC =148,5*10³/160*10⁶ =928*10^-6м²=928мм²=9,28см²

d =√4*F/π =√3700/3,14мм

Предварительно принимаем d=36мм

Проверка на перенапряжение меньшего диаметра d=34мм

σ =4N_BC/ F_КР =4*148,5*10³/3,14*1156*10^-6 =163,6МПа

∆ = σ-[σ]/ [σ]*100% =163,6-160/160*100% =2,25% > 5%

d =34мм можно принять окончательно исходя из величины перенапряжения.

F_BC =928cм²

Выбираем уголок №8(80*80*6) с F = 9,38см²

Определяем величину возникающих нормальных напряжений в поперечном сечении тяги ВС:

σ = N_BC/F_угл№8=148,5*10³/938*10^-6=158,3*10⁶Па=158,3МПа ,т.е величина σ близка к допускаемой [σ] =160МПа и недогрузка(перенапряжение) в пределах допустимой (< 15%)

Задание 4.2

Вычислить главные центральные моменты инерции составных сечений. При расчете воспользоваться данными таблицы. Геометрические характеристики стали горячекатаной выбрать по ГОСТ 8239 – 89 (Балки двутавровые) и Гост 8240 – 97(Швеллеры).

Параметр	Вариант 5
№ швеллера	18
№ двутавра	18
а, мм	16
с, мм	30

Двутавр № 18

F₁ – 23,4см²

в^’ – 90мм

h – 18см

Y¹_x1 – 1290см⁴

Y¹_y1 – 89,6см⁴

F¹_ДВ=23,4см⁴

Y¹_XДВ =1290см²

Y¹_YДВ = Y¹_X1+ F¹_ДВ*(b²/4²)=82.6+(4.5)²*23.4=556см⁴

F²_ПОЛ=18*1,6=28,8см²

Y¹_XПОЛ=b*a³/12+d²* F_ПОЛ=18*1.6³/12+9.8²*28.8=2772cм²

Y²_YПОЛ =b*a³/12=778cм⁴

Y_X=2Y²_XДВ+2Y¹_XПОЛ=2*1290+2*2772=8124см⁴

Y_Y=2Y¹_YДВ+2Y²_YПОЛ=2*556+2*778=2668cм⁴

Y_X=Y_MAX=8124cм⁴

Y_Y= Y_MIN=2668cм⁴

Задание 5: Кручение. Построение эпюр крутящихся моментов. Расчеты на прочность и жесткость при кручении.

Для стального вала круглого поперечного сечения определить значения внешних моментов М₁,М₂,М₃, составляющих передаваемым мощностям Р₁,Р₂,Р₃, и уравновешенный момент М₀. Построить эпюру крутящих моментов М_К по длине вала.

Рациональным расположением шкивов на валу добиться уменьшения значения максимального крутящего момента на валу. Построить эпюру крутящих моментов М_К для этого случая. Дальнейшие расчеты вести для вала с рациональным расположением шкивов.

Определить диаметры вала по сечениям из расчетов на прочность и жесткость. Полученный больший результат округлить по ГОСТ-6036-69 до ближайшего четного или оканчивающегося на 5 числа.

При расчете использовать следующие данные: вал вращается с угловой скоростью w=25рад/с; материал вала- сталь, допускаемое напряжение при кручении [T_kp]=30МПа; модуль упругости при сдвиге G=8*10⁴ МПа; допускаемый угол закручивания [φ₀]=0,02 рад/м.

Провести расчет для вала кольцевого сечения, приняв а=0,9. Сделать выводы о целесообразности выполнения вала круглого или кольцевого сечения, сравнив площади поперечных сечений.

Параметр	Вариант 5
а=b=c,м	1,5
Р1,кВт	2,5
Р2, кВт	3,0
Р3, кВт	3,5

Определим значение внешних моментов:

М₁=Р₁/w=2500/25=100Н·М

М₂= Р₂/w=3000/25=120Н·М

М₃= Р₃/w=3500/25=1401Н·М

Определим значение уравновешенного момента:

М₀= М₁+М₂+М₃=100+120+140=360 Н·М

Определим значение крутящего момента по участкам:

М¹_К=140 Н·М

М²_К=360-100=260 Н·М

М³_К =360 Н·М

Попробуем изменить М_К – переставить шкивы:

М¹_К=140 Н·М

М²_К=140-360=-220 Н·М

М³_К =-120 Н·М

М_Кmax=220 Н·М

М_Кmax/[τ_кр]=220/30*10⁶=7,33*10⁶м³=7,33*10³мм³

Диаметр вала кругового сечения:

d_кр = √16*7,33*1000/3,14=33,4мм

Предварительно принимаем d= 35мм

Наружный диаметр вала кольцевого сечения:

d_н = ³√16Wp*π(1-a⁴)= ³√16*7,33*10³/3,14(1-0,9⁴)= 47,6мм

Предварительно принимаем d= 48мм

Y_P = M_Kмах/G*[φ₀]=220/8*10⁴*20*10^-3*10^-6=13,75*10⁴м

Диаметр вала кругового сечения :

d_кр = ⁴√32Y_P/π=⁴√16*13,75*10⁴/3,14=34,4мм

Принимаем окончательно d= 35мм

Наружный диаметр вала кольцевого сечения:

d_н = ⁴√32Y*π(1-a⁴)= ³√32*13,75*10⁴/3,14(1-0,9⁴)= 44,9мм

Принимаем окончательно d= 48мм

Из расчета на жесткость и на прочность принимаем в качестве окончательных размеров сечения следующие: d_кр=35мм, d_н=48мм

Сравним площади поперечных сечений и выясним, какое из них является предпочтительнее:

F_kp=π* d²_kp/4=3,14*35²/4=962мм²

Определение S кольцевого сечения :

F_kольца= π* d²_kн/4*(1-a²)= 3,14*48²/4(1-0,9²)=343,6мм²

F_kp/ F_kольца=962/343,6=2,8

ВЫВОД: Кольцевое сечение выгоднее сплошного кругового по расходу материала в 2,8 раза.

Задание 6.3

Для изображенных балок построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов.

Материал- сталь, допускаемое напряжение изгиба [σ] = 160 МПа. Проверить прочность балок по нормальным и касательным напряжениям :[τ] = 100 МПа. В случае если прочность не обеспечена, подобрать аналогичное сечение большего размера. Сечение балок : сдвоенный швеллер №20. При расчете использовать данные табл.

М, кН*м	21
Р,кН	80
q,кН/м	8
а,м	1
b,м	2
с,м	2,1

Нагружения балки составного сечения при изгибе к заданию №6.3

Прежде всего, по правилам статики определяем опорные реакции с обязательной их проверкой.

∑М_А =0; Р*2-М=q*3*0,5-Y_B*4,1 =0

160-21- Y_B*4,1+12=0

Y_B=36,8

∑М_B =0; -q*3*3,6-P*2,1-M+ Y_A*4,1=0

-84,4-168-21+ Y_A*4,1=0

Y_A=67,2

∑P_Y =0; -q*a+ Y_A-P+ Y_B=0

24+80-67,2-36,8=0

Верно, то есть реакции опор определены правильно.

Составим уравнения, выражающие поперечную силу и изгибающий момент.

2. Q_X1=-q*x1 (0≤X1≤1)

Q_X1=0=-0

Q_X1=1=--8кН

3. Q_X2=--Y_A-q*x2 (1≤X2≤3)

Q_X2=1=-67,2-8=59,2kH

Q_X2=3=- 67,2-24=43,2kH

4. Q_X3=--Y_B=36,8kH (0≤X3≤2,1)

2. M_X1=-M-q*(x1)²/2 (0≤X1≤1)

M_X1=0=--21kHм (1≤X2≤3)

M_X1=1=--25 kHм

3. M_X2=-M-q*(x2)²/2+ Y_A*(x2-1) (1≤X2≤3)

M_X2=1=-25kHм

M_X2=4,1=77,4kHм

4. M_X3=Y_B*x3 (0≤X3≤2,1)

M_X3=0=0kHм

M_X3=2,1=77,3kHм

M_X2=0:

-21-4х²+67,2х-67,2=0

х²-16,8+22,5=0

√D=13,9

x1=1,45 x2-не подходит

М_max=77,3 kHм,

Найдем максимальный изгибающий момент и , используя условие прочности, проверим подходит ли сечение – сдвоенный швеллер №20.

W_x=152 см³

2W_x=304 см³

σ=М_max/2W_x=77,3*10³/2*304*10^-6=254МПа

Прочность сдвоенной швеллер №24 с W_x=242см³

Проверим сечение балки по касательным напряжениям.

Q_max=59,2kH

τ_max=Q_max*S₀/b₀*1=59,2*10³*139*10^-6/5,6*10^-3*2900*10^-8МПа <[τ]=100 МПа, то есть

прочность по касательным напряжениям обеспечена.

Заключение.

Результатом выполнения курсового проекта становится приобретение будущим специалистом в области управления нововведениям практических умений и навыков. Уметь использовать на практике общие принципы инженерных расчетов в конструкциях, типовых элементах и узлах. Сопротивление материалов представляет собой один из разделов механики твердого деформируемого тела, устанавливающий основные принципы и методы расчета частей сооружений и машин на прочность, жесткость и устойчивость.

Расчет на прочность преследует цель подбора поперечных размеров элементов конструкций, исключающих возможность их разрушения под действием внешних сил.

Расчет на жесткость связан с определением деформаций конструкции. Жесткость считается обеспеченной, если деформации не превосходят величин, допускаемых эксплуатационными требованиям.

Устойчивость элементов конструкции- это способность сохранять при действии внешних нагрузок первоначальную форму равновесия.

Подготовка курсовых проектов играет большую роль в развитии навыков самостоятельной работы по избранной профессии, так как позволяет приобщить будущих специалистов к достижениям науки, техники и практики управления инновациями, воспитывает у них чуство ответственности, прививает навыки исследовательской деятельности. В результате реализации системы курсовых проектов студенты подготавливаются к решению более сложной управленческой или научной проблемы- выполнению дипломного проекта(работы). Наряду с этим курсовое проектирование должно развить навыки использования студентами приобретенных общенаучных знаний. Оно способствует так же овладению будущими специалистами умением производить расчеты с использованием современных методов высшей и прикладной математики и ЭВМ, составлять технико-информационные технологии.