Динамические задачи прикладной механики

Белорусский государственный университет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе
________________________ А.Л. Толстик
“_____”________________________2014 г.
Регистрационный № УД-__________/баз.
ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ
Учебная программа учреждения высшего образования
по учебной дисциплине для специальности
1-31 03 02 Механика (по направлениям)
Минск 2014
СОСТАВИТЕЛЬ:
Богданович Александр Вальдемарович, профессор кафедры теоретической и прикладной механики Белорусского государственного университета, доктор технических наук, доцент
РЕЦЕНЗЕНТЫ:
Журавков Михаил Анатольевич, заведующий кафедрой теоретической и прикладной механики Белорусского государственного университета, доктор физико-математических наук,
профессор
Чикова Тамара Семеновна, профессор кафедры технической механики Гродненского государственного университета им. Янки Купалы, доктор физико-математических наук, доцент
РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ:
Кафедрой теоретической и прикладной
университета
(протокол № ___ от _________________)
механики
Белорусского
государственного
Научно-методическим советом Белорусского государственного университета
(протокол № ___ от _________________)
Ответственный за редакцию: А.В. Богданович
Ответственный за выпуск: А.В. Богданович
2
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Бурное развитие техники, рост скоростей и удельных нагрузок на несущие детали
транспортных средств, сооружений, металлоконструкций приводят к увеличению их динамической нагруженности. Как следствие, весьма актуальными сегодня являются вопросы
проектирования, расчета, испытаний и эксплуатации таких деталей, конструкций и сооружений с учетом динамики, колебаний, а также повреждений ими обусловленных.
Дисциплиной «Динамические задачи прикладной механики» предусмотрено изучение
основ расчета деталей машин, элементов конструкций, работающих в условиях переменных,
динамических нагрузок.
Данная учебная программа предназначена для студентов 5-го курса по специальности
«Механика».
Цели и задачи учебной дисциплины
Программа составлена в соответствии с требованиями образовательного стандарта
специальности 1-31 03 02 «Механика». Дисциплина изучается за счет часов цикла общепрофессиональных и специальных дисциплин в количестве 46 аудиторных часов. Курс имеет
общенаучную и профессиональную направленность.
Цель дисциплины «Динамические задачи прикладной механики»: формирование у
студентов социальных знаний по вопросам расчета деталей машин, элементов конструкций,
работающих в условиях переменных, динамических нагрузок.
Образовательная цель: изложение основ динамических задач прикладной механики в
современной трактовке.
Развивающая цель: формирование у студентов знаний по вопросам расчета деталей
машин, элементов конструкций, работающих в условиях переменных, динамических нагрузок.
Основные задачи, решаемые в рамках изучения дисциплины «Динамические задачи
прикладной механики»:
- формирование установки на творческую профессиональную деятельность;
- развитие профессионального мышления, которое обеспечит будущему специалисту возможность свободно оперировать профессиональными знаниями, видеть проблемы и пути их
решения в самостоятельной практической деятельности, выбирать оптимальные пути их решения и методу осуществления решений;
- воспитание активной профессиональной позиции, умения вырабатывать и обосновывать
свой подход в решении задач.
Требования к уровню усвоения содержания учебной дисциплины
В результате изучения учебной дисциплины студент должен:
знать:
- законы нагружения и типы разрушения деталей и элементов конструкций;
- механизмы усталостного повреждения и разрушения, основные характеристики
сопротивления усталости;
- влияние различных факторов (конструкции, технологии изготовления, условий
эксплуатации) на сопротивление усталости металлических материалов;
- общие положения механики разрушения;
- основные характеристики статической, циклической и динамической трещиностойкости материалов;
3
оборудование для механических испытаний материалов на усталость и трещиностойкость.
уметь:
- применять полученные знания для расчета деталей машин, элементов конструкций, работающих в условиях переменных, динамических нагрузок;
- решать задачи по всем разделам курса.
владеть:
- методами определения характеристик сопротивления усталости;
- методами расчета на прочность при переменных и динамических напряжениях, в
том числе при наличии трещин.
-
В соответствии с учебным планом специальности на изучение дисциплины «Динамические задачи прикладной механики» отводится всего 120 часов, из них аудиторных - 46 часов, из них по видам занятий: лекции – 26 часов, практические занятия – 20 часов. Рекомендуемая форма отчетности – экзамен.
4
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ
Наименование темы
Тема 1. Введение. Законы нагружения и типы
разрушения. Прочность элементов конструкций
Тема 2. Усталость материалов: основные понятия. Характеристики сопротивления усталости
Тема 3. Механизмы усталости. Циклическое
упрочнение-разупрочнение.
Суммирование
усталостных повреждений
Тема 4. Машины для испытания на усталость и
лабораторные образцы
Тема 5. Методы определения характеристик сопротивления усталости и обработки результатов
испытаний
Тема 6. Влияние технологии изготовления на
сопротивление усталости
Тема 7. Влияние конструкции на сопротивление
усталости
Тема 8. Влияние условий эксплуатации на сопротивление усталости
Тема 9. Расчеты на усталость. Рассеяние характеристик сопротивления усталости
Тема 10. Напряженно-деформированное и предельное состояния при наличии трещин
Тема 11. Циклическая трещиностойкость материалов
Тема 12. Оценка циклической трещиностойкости пластичных сталей
Тема 13. Динамическая трещиностойкость материалов
Всего аудиторных часов
ИТОГО:
Количество аудиторных
часов
ЛекПрактические
ции
занятия
2
2
2
2
2
2
2
4
2
2
2
2
4
2
2
2
2
2
2
2
2
26
20
46
5
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Тема 1. Введение. Законы нагружения и типы разрушения. Прочность элементов
конструкций
Понятия прочности и жесткости, механические свойства материалов, законы нагружения твердого тела, внутренние усилия, типы разрушения деформируемого твердого тела.
Статическая прочность: напряженное и механическое состояния, условие прочности. Характер и особенности излома при статическом, ударном и усталостном разрушении. Механические состояния. Условия прочности при линейном и сложном напряженных состояниях.
Тема 2. Усталость материалов: основные понятия. Характеристики сопротивления
усталости
Понятие об усталости и выносливости материалов. Цикл напряжений. Кривая усталости и ее аналитическое описание. Характеристики сопротивления усталости. Понятие о полной кривой усталости.
Тема 3. Механизмы усталости. Циклическое упрочнение-разупрочнение. Суммирование
усталостных повреждений
Механизмы усталостного повреждения и разрушения (дислокационный, вакансионный
и термофлуктуационный). Циклическое упрочнение-разупрочнение. Суммирование повреждений при ступенчатом, блочном и случайном нагружении.
Тема 4. Машины для испытания на усталость и лабораторные образцы
Машины для испытания на усталость: назначение, классификация, общие требования.
Основные схемы (особенности конструкции) механических, гидравлических, резонансных,
сервогидравлических испытательных машин. Образцы для испытания на усталость: требования к конструкции, технологии изготовления.
Тема 5. Методы определения характеристик сопротивления усталости и обработки
результатов испытаний
Методы определения характеристик сопротивления усталости (расчетная оценка пределов выносливости, экспериментальное определение характеристик сопротивления усталости). Обработка результатов испытания на усталость. Методы ускоренной расчетноэкспериментальной оценки пределов выносливости.
Тема 6. Влияние технологии изготовления на сопротивление усталости
Влияние технологии изготовления (свойства и структура, состояние поверхности) на
сопротивление усталости металлических материалов.
Тема 7. Влияние конструкции на сопротивление усталости
Влияние конструкции (размеры образцов, концентрация напряжений) на сопротивление усталости металлических материалов.
6
Тема 8. Влияние условий эксплуатации на сопротивление усталости
Влияние условий эксплуатации (асимметрия цикла, напряженное состояние, случайное нагружение, частота нагружения, температура, коррозионная среда, фреттинг-коррозия)
на сопротивление усталости металлических материалов.
Тема 9. Расчеты на усталость. Рассеяние характеристик сопротивления усталости
Методы учета рассеяния при построении кривой усталости. Общие закономерности
рассеяния характеристик сопротивления усталости. Ускоренная оценка параметров функции
распределения пределов выносливости. Методы расчета на прочность при переменных
напряжениях (детерминированный расчет, вероятностный расчет).
Тема 10. Напряженно-деформированное и предельное состояния при наличии
трещин
Общие положения механики разрушения. Статическая трещиностойкость материалов.
Диаграмма нагрузка-перемещение. Основные закономерности статической трещиностойкости.
Тема 11. Циклическая трещиностойкость материалов
Кинетическая диаграмма усталостного разрушения. Экспериментальное определение
характеристик трещиностойкости при циклическом нагружении. Влияние различных факторов на циклическую трещиностойкость конструкционных сплавов.
Тема 12. Оценка циклической трещиностостойкости пластичных сталей
Методика оценки трещиностойкости пластичных сталей. Диаграмма ЦУПРОТ и деформационный -критерий. Живучесть деталей и элементов конструкций при упругопластическом деформировании. Анализ живучести модели корпуса реактора, труб нефтепровода.
Тема 13. Динамическая трещиностойкость материалов
Испытание материалов на динамическую трещиностойкость. Трещиностойкость на
стадии движения и остановки трещины. Влияние различных факторов на динамическую
трещиностойкость материалов. Оценка склонности материалов к хрупкому разрушению.
7
Информационно-методическая часть
1
2
3
4
Основная литература
Сосновский Л.А. Основы трибофатики. – Гомель: БелГУТ, 2003. –Т.1. –246 с.
Трощенко В.Т., Сосновский Л.А. Сопротивление усталости металлов и сплавов.
Справочное пособие в 2-х томах. – Киев: Наукова думка, 1987. – 1335 с.
Сосновский, Л.А. Трещиностойкость: монография /Л.А. Сосновский, А.В. Богданович. – Гомель: БелГУТ, 2011. – 366 с.
Механика разрушения на базе компьютерных технологий. Практикум / В.М. Пестриков, Е.М. Морозов. – СПб.: БХВ-Петербург, 2007. – 464 с.
Дополнительная литература
5
6
Финкель В.М. Портрет трещины. – М.: Металлургия, 1989. – 192 с.
Богданович А.В., Сосновский Л.А., Старовойтов Э.И. Лабораторные работы по сопротивлению материалов усталости. Методические указания для студентов транспортных вузов. – Гомель: БелИИЖТ, 1990. – 82 с.
8