Rambler's Top100


Сопротивление материалов. Автор: Потехин Б.Б., редактор: в авторской редакции

введение

Курс «Сопротивление материалов» изучает инженерные методы расчета элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость. Конструкция считается прочной, если размеры каждого его элемента выбраны так, что способны воспринимать заданную нагрузку, не разрушаясь с учетом нормативного времени. Жесткость конструкции обеспечивается, если под действием заданной внешней нагрузки деформации не превышают допустимые приделы.

Конструкция считается устойчивой, если она сохраняет первоначальную форму упругого равновесия при действии внешних нагрузок.

В основу методов расчетов на прочность, жесткость и устойчивость положен главный метод сопротивления материалов – метод сечений.

1. Организационно-методические указания
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Являясь базовой основой специальных курсов при проектировании машин и механизмов на прочность, жесткость и устойчивость, данная дисциплина ставит следующие задачи и цели.

1.  Научить студентов общим методам инженерных расчетов на прочность, жесткость и устойчивость с целью их нормальной работы под действием внешних нагрузок устойчиво работать в механизмах и машинах определенный нормативный срок.

2.    Научить студентов понимать общие принципы инженерных расчетов проектирования конструкций и ее элементов в механизмах и машинах с учетом свойств материалов, из которых они изготовлены, и правильной оценкой их площади поперечного сечения.

3.    Научить студентов системному подходу к проектированию конструкций и ее элементов, находить оптимальные параметры деталей машин и механизмов по заданным условиям работы, используя главный метод сопротивления материалов – метод сечений.

4.    Привить навык инженерных расчетов на растяжение и сжатие конструкций и ее элементов, и работу на сдвиг кручение, плоский поперечный и косой изгиб, продольный изгиб. Рассчитать и оценить работу конструкций в режиме сложных сопротивлений.

1.2. Связь с другими дисциплинами

Учебная дисциплина «Сопротивление материалов» на механико-математической подготовке студентов, обеспечиваемой предшествующими курсами: «Физика», «Высшая математика», «Материаловедение».

Курс «Сопротивление материалов» является базой для проектирования деталей машин и механизмов с целью проверки их работы на прочность, жесткость и устойчивость в их совокупной работе. Он позволяет приступить к изучению специальных дисциплин специальности 230100, в которых излагаются основы теории, расчета, конструирования и эксплуатации машин соответствующего назначения.

1.3. Знания, умения и навыки, которые должен приобрести студент в результате изучения дисциплины

В результате изучения курса «Сопротивления материалов» студент должен знать: основные понятия и определения сопротивления материалов, метод сечений элементов конструкций, расчеты конструкций на растяжения и сжатие, с целью проверки их работы на прочность, жесткость и устойчивость. Расчет нормальных и допустимых напряжений при сдвиге, изгибе, кручении и при работе конструкций в режиме сложного напряженного состояния, дифференциальные зависимости между внешними силами и внутренними силовыми факторами. Приобрести навыки построения эпюр внутренних силовых факторов с целью определения опасных сечений в элементах конструкции, порядок и суть проектного расчета, поверочного расчета и расчета несущей способности конструкции и ее элементов.

В результате практического изучения дисциплины студент должен быть готов к проведению цикла лабораторных работ по данной дисциплине. В совокупности с теоретическими курсами, расчетно-графически­ми заданиями, это должно позволить ему получить необходимые знания для их практического применения в курсе специальных дисциплин.

1.4. Объем и сроки изучения курса

Лекционные занятия для студентов специальности 23.01.00 составляют 51 акад. час, лабораторные работы – 32 акад. часа. Срок изучения курса – 4 семестр.

Лекционные занятия для студентов специальностей 28.08.00 и 28.09.00 составляют 16 акад. часов, лабораторные работы – 16 акад. часов. Срок изучения дисциплины – 4 семестр.

1.5. Основные виды занятий и особенности их проведения при изучении дисциплины
1.5.1. Лекционные занятия

Ведущим звеном учебного процесса являются лекции, определяющие содержание курса сопротивления материалов, лабораторного практикума, расчетно-графических заданий и направляющие самостоятельную работу студентов, как очной, так и заочной формы обучения.

В лекциях рекомендуется излагать наиболее существенные, трудные для усвоения вопросы программы курса или недостаточно освещенные в учебной литературе понятия и закономерности. Остальной материал студент прорабатывает самостоятельно по соответствующим учебным пособиям.

1.5.2. Лабораторные работы

Составной частью процесса изучения курса сопротивления материалов является лабораторный практикум. Работа в лаборатории помогает закреплению лекционного материала по важнейшим разделам курса, развивает у студента навыки научного экспериментирования, исследовательский подход к изучению дисциплины. Лабораторный практикум развивает у студента логическое мышление и является стимулом, способствующим запоминанию и пониманию основных процессов и явлений.

1.5.3. Расчетно-графические задания

Расчетно-графические задания по курсу сопротивление материалов выдаются студенту для самостоятельной работы по важнейшим разделам дисциплины.

Расчетно-графическое задание позволяет студенту на практике произвести все необходимые расчеты элементов конструкции на прочность, жесткость и устойчивость, базируясь на методе сечений. Оно позволяет студенту правильно выбрать материал конструкции, назначить его размеры произвести необходимые расчеты по допускаемым напряжениям, основываясь на построение эпюр внутренних силовых факторов, возникающих под действием внешних нагрузок.

1.6. Виды текущего, промежуточного (рубежного) и итогового контроля знаний студентов по дисциплине и способ их проведения

Текущий:

1. Безмашинный программированный контроль, который охватывает 80% (ПК).

2. Защита лабораторных работ.

Рубежный:

1. Защита расчетно-графических заданий.

2. Тесты по контролю остаточных знаний.

Итоговый:

1. Тесты по контролю остаточных знаний.

2. Экзамен по экзаменационным билетам.

2. Перечень тем лабораторных работ

2.1. Определение максимального напряжения и напряжение разрушения в образцах при сжатии.

2.2. Определение углов закручивания полого вала.

2.3. Проверка теоремы о взаимности работ и перемещения.

2.4. Проверка принципа независимости действия сил.

2.5. Исследование деформации консольной балки при прямом изгибе.

2.6. Деформация консольной балки при косом изгибе.

2.7. Определение опытным путем коэффициента поперечной деформации.

2.8. Испытание винтовой цилиндрической пружины с малым шагом витка.

2.9. Определение Миз и Q балки, лежащей на двух опорах, при различных способах нагружения.

2.10. Определение Миз и Q консольной балки при различных способах нагружения.

2.11. Определение прочности полого вала при кручении.

2.2. Перечень тем расчетно-графических заданий

Построение эпюр внутренних силовых факторов и расчеты на прочность конструкции:

а) растяжение и сжатие;

б) плоский поперечный изгиб;

в) кручение;

г) изгиб и кручение.

Задания выдаются индивидуально по вариантам.

3. Перечень и тематика самостоятельной работы студентов

Перечень тем расчетно-графических заданий изложен в п. 2.2. график выполнения самостоятельных работ по выполнению расчетно-графических заданий осуществляется равномерно в конце каждого месяца семестра.

Самостоятельная работа студентов заочного факультета осуществляется согласно графика учебного процесса заочной формы обучения на основе данной учебной программы.

4. Техническое и програмное обеспечение дисциплины

4.1. Карточки безмашинного программированного контроля.

4.2. Плакаты, таблицы.

4.3. Лабораторные установки.

4.4. Методические руководства к лабораторным работам.

4.5. Учебники.

4.6. Учебно-методические разработки.

4.7. Тесты контроля остаточных знаний студентов.

5. Содержание дисциплины
5.1. Перечень тем лекционных занятий по курсу «Сопротивление материалов»
Тема 1. Основные понятия. Метод сечений

В этой теме даны основные понятия, которые необходимо хорошо усвоить Особое внимание надо обратить на понятия деформации и напряжений. Для определения напряжения пользуются методом сече­ний. Сущность его заключается в том, что твердое тело, находящееся в равновесии, разрезают (мысленно) на две части, отбрасывают одну из частей, заменяют влияние отброшенной части внутренними силами и составляют уравнения равновесия для оставшейся части, на которую действуют приложенные к ней внешние и внутренние силы, распределенные по сделанному сечению.

Тема 2. Растяжение и сжатие

В этой теме рассмотрены простые случаи воздействия сил на стер­жень и содержится ряд вопросов (механические свойства материалов, выбор допускаемых напряжений, статически неопределимые задачи), встречающихся в других разделах курса

Необходимо обратить внимание на то, что механические характеристики материала (предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности) находят путем деления соответ­ствующей нагрузки на первоначальную площадь поперечного сечения. В связи с этим получают условные напряжения, а не истин­ные, для вычисления последних надо делить нагрузки на действительную площадь поперечного сечения, которая изменяется при опыте. Зная истинные напряжения, можно построить так называемую истинную диаграмму растяжения, которая точнее харак­теризует свойства материала, чем условная диаграмма. Пользуясь формулами, основанными на законе Гука, надо всегда помнить, что этот закон справедлив только до предела пропорциональности. Нельзя, например, напряжение для мягкой стали при e =0,1 вычислять по формуле se, так как тогда получается, что
s=2 · 105 · 0,1=20000 МПа, в то время как при 400 МПа материал уже разрушается.

При решении статически неопределимых задач надо обратить вни­мание на то, что усилия в стержнях статически неопределимой системы зависят от площадей поперечных сечений F и от модулей упругости Е, тогда как в статически определимой системе величины F и Е не влияют на распределение усилий.

Способ расчета по допускаемым нагрузкам для статически опреде­лимых систем дает такие же результаты, как и способ расчета по до­пускаемым напряжениям, но для статически неопределимых систем он позволяет вскрыть дополнительные резервы прочности, повысить несу­щую способность конструкции и указывает на возможность более экономного расходования материала.

Следует обратить внимание на весьма важные понятия: предел прочности, допускаемое напряжение и коэффициент запаса прочности.

Тема 3. Сдвиг

Касательные напряжения на двух взаимно перпендикулярных площадках равны между собой. Этот важный закон называется законом парности касательных напряжений. При изучении деформаций надо об­ратить внимание на то, что одна из диагоналей выделенного элемента, по граням которого действуют касательные напряжения, удлиняется, а другая укорачивается, таким образом, явления растяжения-сжатия и сдвига нельзя рассматривать изолированно друг от друга. Формулу за­кона Гука при сдвиге (t=Gg) легко запомнить ввиду полной аналогии ее с формулой закона Гука при растяжении-сжатии: se. Необходимо вни­мательно изучить вопрос о выборе допускаемых напряжений при сдвиге.

Следует обратить внимание на то, что расчеты заклепок, сварных соединений и врубок являются условными и что явление «среза» всегда осложнено наличием других напряжений, которыми для упрощения рас­четов обычно пренебрегают. Надо уметь показывать на чертежах площадки, на которых возникают напряжения среза, смятия, скалывания.

Тема 4. Кручение

В случае центрального растяжения-сжатия нормальные напряжения распределяются в поперечном сечении стержня равномерно. При расчете на срез обычно считают, что касательные напряжения также распределяются равномерно. В случае кручения круглого стержня касательные напряжения в поперечном сечении распределяются неравномерно, изменяясь по линейному закону – от нуля на оси до максимального значения у поверхности стержня. В связи с этим и возникла мысль о замене сплошного вала полым, материал сечения которого находится в более напряженной зоне и используется рациональнее.

Следует внимательно разобрать построение эпюры крутящих моментов МК, которая наглядно показывает изменение крутящего момента по длине вала. При вычислении напряжений в каком-либо поперечном сечении вала необходимо брать по эпюре МК, значение соответствующей ординаты.

Надо обратить внимание на то, как используется закон парности касательных напряжений для установления направления t в точках контура прямоугольного поперечного сечения стержня. Наибольшие напряжения в таком сечении возникают в точках контура, ближе всего расположенных к оси кручения.

Poker razz odds calculator