РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «УТВЕРЖДАЮ»: Проректор по учебной работе _______________________ /Волосникова Л.М. __________ _____________ 2011__г. МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 223200.68 «Техническая физика», магистерская программа «Теплофизика в нефтегазовых и строительных технологиях» Форма обучения очная «ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»: Автор работы ________________________/Ширшова А.В../ «______»___________2011 г. Рассмотрено на заседании кафедры механики многофазных систем «21» апреля 2011 г., Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению. «РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»: Объем 14 стр. Ззав. кафедрой _________________ /Шабаров А.Б./ «_____»___________ 2011 г. Рассмотрено на заседании УМК ИМЕНИТ «___» ________ 2011 г., протокол № ___. Соответствует ФГОС ВПО и учебному плану образовательной программы. «СОГЛАСОВАНО»: Председатель УМК _________________/Глухих И.Н./ «______»_____________2011 г. «СОГЛАСОВАНО»: Зав. методическим отделом УМУ_____________/Федорова С.А./ «______»_____________2011 г. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА МЕХАНИКИ МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ Ширшова А.В. МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 223200.68 «Техническая физика», магистерская программа «Теплофизика в нефтегазовых и строительных технологиях» Форма обучения очная Тюменский государственный университет 2011 Ширшова А.В. Механика деформируемого твердого тела. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов направления 223200.68 «Техническая физика», магистерская программа «Теплофизика в нефтегазовых и строительных технологиях» очной формы обучения. – Тюмень, 2011. – 15 с. Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению и профилю подготовки. Рабочая программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Механика деформируемого твердого тела [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.umk3.utmn.ru., свободный. Рекомендовано к изданию кафедрой механики многофазных систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета. ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: зав. кафедрой механики многофазных систем, д.т.н., профессор Шабаров А.Б. © Тюменский государственный университет, 2011. ©Ширшова А.В., 2011. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа включает следующие разделы: 1. Пояснительная записка Рабочая программа дисциплины «Механика деформируемого твердого тела» составлена в соответствии с требованиями к результатам, условиям и структуре подготовки магистров по циклу общенаучных дисциплин Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению: 223200.68 «Техническая физика», магистерская программа «Теплофизика в нефтегазовых и строительных технологиях». 1.1. Цели и задачи дисциплины Цель освоения дисциплины – дать студентам глубокие специальные знания, навыки и умения в области механики деформируемого твердого тела Задачи освоения дисциплины: - освоение современных методов исследования в области механики и физики твердого тела; - изучение методов решения задач с применением компьютерного моделирования в теории упругости и пластичности; - обеспечение потребностей рынка труда в высококвалифицированных специалистах по проектированию, расчету упругих и прочностных характеристик деталей машин и взаимодействующих между собой элементов конструкций 1.2 Место дисциплины в структуре ООП магистратуры Дисциплина «Механика деформируемого твердого тела» относится к Общенаучному циклу (М.1.Вариативная часть.06) Для изучения дисциплины магистр должен обладать следующими «входными» знаниями, умениями и компетенциями в области: «Тепломассоперенос и теплотехника» (М.1. Вариативная часть 03); «Теплофизические свойства нефти, газогидратов, грунтов и материалов» (М1. Вариативная часть 04) газа, 1.3. Компетенции выпускника ООП магистратуры, формируемые в результате освоения данной ООП ВПО (карта компетенций дана в приложении) Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций: способность совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень, добиваться нравственного и физического совершенствования своей личности (ОК-1); готовность решать прикладные инженерно-технические и технико-экономические задачи с помощью пакетов прикладных программ (ПК-12); готовность и способность применять физические методы теоретического и экспериментального исследования, методы математического анализа и моделирования для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализации новых наукоемких технологий (ПК-21); 1.4. В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: - современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; - уравнения механики сплошной среды с позиций решения задач по сопротивлению материалов; - основные решения задач теории упругости и пластичности. Уметь: - обоснованно выбирать методы решения дифференциальных уравнений равновесия и геометрических уравнений; - решать смешанные задачи устойчивости и динамики; - использовать существующие компьютерные программы расчета устойчивости конструкций при различных типах деформаций. Владеть: - приближенными методами расчета уравнения равновесия и условия пластичности; - методами расчета упруго-пластических деформаций различного вида. 2. Структура и трудоемкость дисциплины Данная дисциплина изучается в 1-ом семестре. Форма промежуточной аттестации – зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 72 часов, зачетных единиц 2, (лекции – 18 ч., практические (семинарские) – 18 ч., самостоятельная работа – 36 час.). 3. Тематический план Таблица 1 Тематический план. I семестр Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. Самостоятельная работа Итого часов по теме Из них в интерактивной форме 3 1-2 4 2 5 2 6 4 7 8 8 2 2-3 2 2 4 8 2 4 4 8 16 2 5 5 10 20 4 Электронный тест Приближенные решения теории 13-18 5 пластичности. Всего 18 Из них в интерактивной форме 5 10 20 4 Контрольн ая работа 18 14 36 72 14 14 зачет недели семестра Тема 1 1 2 3 4 5 2 Основные уравнения механики сплошной среды. Теория упругости. Приближенные решения теории упругости. Теория пластичности. в 4-7 8-12 лекции Семинарские (практические) занятия № Форма контроля 9 Контрольн ая работа Контрольна я работа Контрольна я работа Планирование самостоятельной работы студентов № 1 2 3 4 Таблица 2 Темы Виды СРС Неделя Объем обязательные дополнительные семестр часов а Основные уравнения . Проработка . Работа с учебной 1-2 4 механики сплошной среды. лекций литературой Теория упругости. Выполнение Доклад2-3 4 домашнего презентация, задания дискуссия Приближенные решения в Работа с учебной Доклад4-7 8 теории упругости. литературой. презентация, Проработка дискуссия лекций Теория пластичности. Выполнение 8-12 10 Изучение домашнего информации в задания Internet 5 Приближенные решения теории пластичности. Изучение информации Internet Подготовка в контрольной работе к 13-18 ИТОГО: 10 36 4. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами № п/п Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин 1. Математическое моделирование в технической физике 2. Физико-математическое моделирование в нефтегазовом и строительном комплексе 3. Информационные технологии в технической физике 4. Экспериментальные методы в технической физике 5. Применение информационных технологий в физических исследованиях 6. Механика многофазных систем Таблица 3 Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин 1 2 3 4 5 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 5. Содержание дисциплины. Тема 1. Основные уравнения механики сплошной среды. Формулировка граничных условий. Исследование напряженного состояния в точке. Исследование деформации в окрестности заданной точки. Использование дифференциальных уравнений равновесия (простейшие случаи). Использование геометрических уравнений. Оценка элементарных решений сопротивления материалов с позиций уравнений механики сплошной среды. Тема 2. Теория упругости. Краткие сведения из теории. О физическом состоянии в окрестности заданной точки. Общие вопросы. Некоторые свойства упругих перемещений, деформаций и напряжений. Плоская задача теории упругости в декартовых координатах. Плоская задача теории упругости в полярных координатах. Осесимметричные и полярносимметричные деформации. Упругое полупространство. Контактные задачи. Кручение стержней. Изгиб стержней. Термические напряжения. Начальные напряжения. Тема 3. Приближение решения в теории упругости. Краткие сведения ив теории. Прямоугольные пластинки средней толщины (статический поперечный изгиб). Круглые пластинки (полярно-симметричный изгиб). Осесимметричная деформация тонкостенных оболочек вращения. Задачи устойчивости (устойчивость пластинок, устойчивость плоской формы изгиба). Свободные и вынужденные колебания пластинок. Колебания тонкостенных стержней. Смешанные задачи устойчивости и динамики стержней и оболочек. Тема 4. Теория пластичности. Краткие сведения из теории. Частные случаи условий пластичности. Упруго-пластические деформации стержней при растяжении и сжатии. Изгиб статически-определимых балок; случай идеально-пластического материала. Изгиб. Случай степенной зависимости' напряжений от деформаций. Метод «упругих решений», теория упругопластического изгиба балок. Упруго-пластические осесимметричные деформации колец, труб. Плоская задача теории пластичности. Упругопластическое свободное кручение стержней. Растекание пластической массы при осаживании. Тема 5. Приближенные решения теории пластичности. Приближенные уравнения равновесия и приближенные условия пластичности. Несущая способность статически-неопределимых балок и рам. Несущая способность изгибаемых пластинок . 6. Планы семинарских занятий. 1. Решение задач на использование дифференциальных уравнений равновесия 2. Решение задач на использование геометрических уравнений. 3. Оценка элементарных решений сопротивления материалов с позиций уравнений механики сплошной среды. 4. Решение контактных задач. 5. Решение задач на кручение стержней, изгиб стержней. 6. Задачи устойчивости (устойчивость пластинок, устойчивость плоской формы изгиба). 7. Смешанные задачи устойчивости и динамики стержней и оболочек. 8. Решение задач изгиба статически-определимых балок; случай идеально-пластического материала. 9. Метод «упругих решений», теория упруго-пластического изгиба балок. 10. Решение плоской задачи теории пластичности. 7. Примерные вопросы к зачету 1.Решение задач упруго-пластического свободного кручения стержней. 2. Формулировка граничных условий. . 3. Исследование напряженного состояния в точке. 4. Исследование деформации в окрестности заданной точки. 5. Использование дифференциальных уравнений равновесия (простейшие случаи). Использование геометрических уравнений. 6. Оценка элементарных решений сопротивления материалов с позиций уравнений механики сплошной среды. 7. Краткие сведения из теории. 8. О физическом состоянии в окрестности заданной точки. 9. Плоская задача теории упругости в декартовых координатах. Плоская задача теории упругости в полярных координатах. 10. Осесимметричные и полярно-симметричные деформации. 11. Упругое полупространство. 12. Контактные задачи. Кручение стержней. Изгиб стержней. 13. Термические напряжения. 14. Начальные напряжения. 15. Краткие сведения ив теории. Прямоугольные пластинки средней толщины (статический поперечный изгиб). 16. Круглые пластинки (полярно-симметричный изгиб). 17. Осесимметричная деформация тонкостенных оболочек вращения. 18. Задачи устойчивости (устойчивость пластинок, устойчивость плоской формы изгиба). 19. Свободные и вынужденные колебания пластинок. Колебания тонкостенных стержней. 20.Метод «упругих решений», теория упруго-пластического изгиба балок. 21. Упруго-пластические осесимметричные деформации колец, труб. 22.Плоская задача теории пластичности. 23.Упруго-пластическое свободное кручение стержней. 24.Растекание пластической массы при осаживании. 25.Приближенные уравнения равновесия и приближенные условия пластичности. 8. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 8.1. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины Рабочей программой дисциплины «Механика деформируемого твердого тела» предусмотрена самостоятельная работа студентов в объеме 36 часов. В соответствии с «Положением о самостоятельной работе студентов в ГОУ ВПО «Тюменский государственный университет»», под самостоятельной работой студентов (далее СРС) понимается «учебная, научно-исследовательская и общественно-значимая деятельность студентов, направленная на развитие общих и профессиональных компетенций, которая осуществляется без непосредственного участия преподавателя, хотя и направляется им» (П. 1.3). Студентам предлагаются следующие формы обязательной и дополнительной самостоятельной работы: - проработка материалов лекций; - изучение информации в Internet; - изучение информации в электронной библиотеке кафедры ММС ТюмГУ; - работа с учебной литературой из раздела 10; - самостоятельное решение задач из задачника раздела 10; - подготовка к написанию контрольных работ; - подготовка к выступлению по теме на практических занятиях; -подготовка доклада и презентации; - работа с российскими и иностранными статьями; Планирование самостоятельной работы приведено в табл. 3. Учебнометодическое обеспечение СРС приведено в основной и дополнительной литературе Результаты самостоятельной творческой работы могут быть представлены в форме домашнего задания, презентации, доклада по теме, в форме рефератов. 8.2. Формы вопросов и заданий для проведения текущего и заключительного контроля по итогам освоения дисциплины В качестве форм текущей аттестации используются такие формы, как устные опросы, проверка домашних заданий, контрольных работ. Заключительный контроль (зачет) проводится в устно-письменной форме. Зачет включает составление письменного ответа на вопрос из перечня, предлагаемого в пункте 7, решение задачи, а также беседу с преподавателем. 9. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС при реализации различных видов учебной работы в процессе изучения дисциплины «Механика деформируемого твердого тела» предусматривается использование в учебном процессе следующих активных и интерактивных форм проведения занятий: лекции практические занятия работа в малых группах. Данный УМК предусматривает применение активных и интерактивных форм обучения в объеме не менее 30% от общего количества аудиторных часов. 10.Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины - Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием. - Компьютерный класс. Данный УМК предусматривает применение активных и интерактивных форм обучения в объеме не менее 38 % от общего количества аудиторных часов. 11. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Перечень основной и дополнительной учебной литературы, включая электронно-библиотечные ресурсы (с исходными данными) Колво экзем пляр ов Основная литература: Епифанов, Г. И. Физика твердого тела : учеб. пособие / Г. И. Епифанов. 3-е изд., испр. - Санкт-Петербург : Лань, 2010. 288с. Разумовская И. В. Физика твердого тела. Часть 2. Динамика кристаллической решетки. Тепловые свойства решетки. Учебное пособие. М.: "Прометей", 2011. - 64 с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/108460/. Шевченко О.Ю. Основы физики твердого тела Учебное пособие. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2010. – 76с. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/845734/. Дополнительная литература: Савельев, Игорь Владимирович. Курс общей физики : в 4 т. : учеб. пособие для студ. вузов / И. В. Савельев. - Москва : КноРус. Т. 3 : Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - 2009. - 368 с. Абрикосов, Алексей Алексеевич. Основы теории металлов / А. А. Абрикосов. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва : Физматлит, 2009. - 600 с. Коган, Шулим Меерович. Электронный шум и флуктуации в твердых телах : пер. с англ. / Ш. М. Коган. - Москва : Физматлит, 2009. - 368с. Мальцева, Татьяна Владимировна. Механика деформируемого твердого тела с элементами ТФКП [Электронный ресурс]: учеб. пособие/ Т. В. Мальцева. - Электрон. дан. и прогр.. - Тюмень: Изд-во ТюмГУ: Виндекс, 2008. - 1 эл. опт. диск (CD-ROM); 12 см. Ширшова А.В. «Структурная кристаллография». Методические указания к практическим занятиям по курсу «Физика твердого тела» – Тюмень: Издво ТюмГУ, 2005. – 30 с. 5 9 9 1 1 1 13 1 Приложение. Карта компетенций дисциплины «МЕХАНИКА ДЕФОРМИРУЕМОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА» Коды компетенции для студентов направления 223200.68 «Техническая физика», магистерская программа «Теплофизика в нефтегазовых и строительных технологиях» 011800.62 , форма обучения очная. Формулировк а компетенции ОК-1 способность совершенство вать и развивать свой интеллектуал ьный и общекультурн ый уровень, добиваться нравственног ои физического совершенство вания своей личности Результаты обучения в целом Знает: основные способы получения информации с использованием рекомендованных учебных пособий, специализированных справочных изданий, методы поиска необходимой информации в сетях международного информационного обмена Результаты обучения по уровням освоения материала Виды занятий минимальны й основные способы получения информации с использован ием рекомендова нных учебных пособий с помощью ИБЦ университет а Умеет: пользоваться пользоватьс рекомендованными я учебниками, учебнорекомендова методическими нными пособиями, учебниками специализированными и учебносправочными и методически периодическими ми базовый Оценочные средства повышенный основные способы получения информации с использованием рекомендованных учебных пособий и специализированн ых справочных и периодических изданий с помощью ИБЦ университета основные способы получения информации с использованием рекомендованных учебных пособий, специализированных справочных изданий, методы поиска необходимой информации в сетях международного информационного обмена. лекции; семинары; индивидуальные консультации и консультации по дисциплине; самостоятельная работа студентов выступления на семинарах; контрольные тесты по пройденным темам; доклад по теме реферата. пользоваться рекомендованным и учебниками, учебнометодическими пособиями и специализированн ыми справочными пользоваться рекомендованными учебниками, учебнометодическими пособиями, специализированными справочными и периодическими лекции; семинары; индивидуальные консультации и консультации по дисциплине; самостоятельная работа студентов выступления на семинарах; контрольные тесты по пройденным темам; доклад по ПК12 готовность решать прикладные инженернотехнические и техникоэкономически е задачи с помощью пакетов прикладных программ изданиями и информацией, полученной из электронных ресурсов, отбирать полезную информацию, систематизировать её Владеет: навыками поиска и анализа информации в рекомендованных учебниках и учебнометодических пособиях, справочных и периодических изданиях и в сетях международного информационного обмена. Знает: современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; уравнения механики сплошной среды с позиций решения задач по сопротивлению материалов; основные решения задач теории упругости и пособиями и периодическими изданиями, отбирать полезную информацию, систематизироват ь её навыками поиска информации в рекомендова нных учебниках и учебнометодически х пособиях. навыками поиска и анализа информации в рекомендованных учебниках и учебнометодических пособиях, справочных и периодических изданиях. изданиями и информацией, полученной из электронных ресурсов, отбирать полезную информацию, систематизировать её. навыками поиска и анализа информации в рекомендованных учебниках и учебнометодических пособиях, справочных и периодических изданиях и в сетях международного информационного обмена. современное состояние и проблемы механики деформируе мого твердого тела современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; уравнения механики сплошной среды с позиций решения задач по сопротивлению материалов современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; уравнения механики сплошной среды с позиций решения задач по сопротивлению материалов; основные решения задач теории упругости и теме реферата. лекции; семинары; индивидуальные консультации и консультации по дисциплине; самостоятельная работа студентов выступления на семинарах; контрольные тесты по пройденным темам; доклад по теме реферата. лекции; семинары; индивидуальные консультации консультации по самостоятельной работе студентов,. выступления на семинарах; доклады по теме реферата. пластичности. Умеет: обоснованно выбирать методы решения дифференциальных уравнений равновесия и геометрических уравнений; решать смешанные задачи устойчивости и динамики; использовать существующие компьютерные программы расчета устойчивости конструкций при различных типах деформаций. ПК21 готовность и способность применять физические Владеет: приближенными методами расчета уравнения равновесия и условия пластичности; методами расчета упруго-пластических деформаций различного вида. Знает: уравнения механики сплошной среды с позиций решения задач по обоснованно выбирать методы решения дифференци альных уравнений равновесия и геометричес ких уравнений приближенн ыми методами расчета уравнения равновесия и условия пластичност и обоснованно выбирать методы решения дифференциальны х уравнений равновесия и геометрических уравнений; решать смешанные задачи устойчивости и динамики; приближенными методами расчета уравнения равновесия и условия пластичности; методами расчета упругих деформаций различного вида. уравнения уравнения механики механики сплошной сплошной среды с среды с позиций решения пластичности. обоснованно выбирать методы решения дифференциальных уравнений равновесия и геометрических уравнений; решать смешанные задачи устойчивости и динамики; использовать существующие компьютерные программы расчета устойчивости конструкций при различных типах деформаций. лекции; семинары; индивидуальные консультации консультации по самостоятельной работе студентов,. выступления на семинарах; доклады по теме реферата. приближенными методами расчета уравнения равновесия и условия пластичности; методами расчета упруго-пластических деформаций различного вида. лекции; семинары; индивидуальные консультации консультации по самостоятельной работе студентов,. выступления на семинарах; доклады по теме реферата. уравнения сплошной позиций задач лекции; семинары; индивидуальные консультации и выступления на семинарах; контрольные механики среды с решения по методы теоретическог о и эксперимента льного исследования, методы математическ ого анализа и моделировани я для постановки задач по развитию, внедрению и коммерциализ ации новых наукоемких технологий сопротивлению материалов; современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; основные решения задач теории упругости и пластичности позиций решения задач по сопротивлен ию материалов; задач по сопротивлению материалов; современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; Умеет: обоснованно выбирать методы решения дифференциальных уравнений равновесия и геометрических уравнений; решать смешанные задачи устойчивости и динамики; использовать существующие компьютерные программы расчета устойчивости конструкций при различных типах деформаций. решать типовые задачи устойчивост и и динамики решать смешанные типовые задачи устойчивости и динамики;использовать существую-щие компьютерные программы расчета устойчивости конструкций при различных типах деформаций. Владеет: методами расчета упругопластически компьютерными методами расчета упруго-пластических сопротивлению материалов; современное состояние и проблемы механики деформируемого твердого тела; основные решения задач теории упругости и пластичности обоснованно выбирать методы решения дифференциальных уравнений равновесия и геометрических уравнений; решать смешанные задачи устойчивости и динамики; использовать существующие компьютерные программы расчета устойчивости конструкций при различных типах деформаций. консультации по дисциплине; самостоятельная работа студентов, тесты по пройденным темам; доклад по теме реферата, лекции; семинары; индивидуальные консультации и консультации по дисциплине; самостоятельная работа студентов, выступления на семинарах; контрольные тесты по пройденным темам; доклад по теме реферата, методами расчета компьютерными упругометодами расчета пластических упруго-пластических деформаций деформаций лекции; семинары; индивидуальные консультации и выступления на семинарах; контрольные . деформаций различного вида, приближенными методами расчета уравнения равновесия и условия пластичности х деформаций различного вида. различного вида, приближенными методами расчета уравнений равновесия - различного вида, приближенными методами расчета уравнения равновесия и условия пластичности; консультации по дисциплине; самостоятельная работа студентов, тесты по пройденным темам; доклад по теме реферата, __________________ А.В. Ширшова Зав.кафедрой _________________А.Б. Шабаров