МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Московский государственный горный университет»

Кафедра сопротивления материалов

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по методической работе и качеству образования В. Л. Петров «» _2011 г.

РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ОПД.Ф.02.03. СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ Направление подготовки 130400 «Горное дело»

Специальность «Физические процессы горного или нефтегазового производства»

Форма обучения:

очная Москва

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ

ПРОЦЕССЕ

1.1. Цели и задачи дисциплины Значительная роль в формировании облика инженеров широкого профиля отводится дисциплинам общеинженерного цикла и, в частности, дисциплине «Сопротивление материалов». Создавая новую конструкцию, инженер назначает первоначальные размеры ее элементов, проводя прочностные расчеты методами сопротивления материалов. Дальнейший расчет конструкций, как правило, производится с помощью ЭВМ численными методами с использованием пакетов прикладных программ. Однако для анализа достоверности получаемых результатов используется сравнение с результатами расчетов по упрощенным моделям методами сопротивления материалов.

Цель дисциплины «Сопротивление материалов» – обеспечение базы инженерной подготовки, теоретическая и практическая подготовка в области прикладной механики деформируемого твердого тела, развитие инженерного мышления, приобретение знаний, необходимых для изучения последующих дисциплин.

Задачами дисциплины «Сопротивление материалов» являются овладение теоретическими основами и практическими методами расчетов на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций и машин, необходимыми как при изучении дальнейших дисциплин, так и в практической деятельности дипломированных специалистов, ознакомление с современными подходами к расчету сложных систем, элементами рационального проектирования конструкций.

1.2. Требование к уровню освоения содержания дисциплины «Сопротивление материалов» базируется на знаниях, получаемых студентами из курсов математического анализа, физики, теоретической механики, материаловедения. Знания и навыки, получаемые при изучении дисциплины «Сопротивление материалов», широко используются в курсе «Детали машин» и во многих специальных дисциплинах.

Требования к знаниям и навыкам, приобретенным в результате изучения дисциплины, связаны с характером направления деятельности специалиста.

Дипломированные специалисты должны знать принципы и методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость простейших элементов стержневых систем при простейших видах нагружений и иметь опыт таких расчетов.

Должны уметь: производить расчеты на прочность и жесткость стержней и стержневых систем при растяжении-сжатии, изгибе, кручении и сложном нагружении при статическом и ударном приложении нагрузок, расчеты стержней на устойчивость; используя современную вычислительную технику, определять оптимальные параметры системы.

Полученные при изучении данной дисциплине знания будут использоваться при изучении специальных дисциплин, а также при дипломном проектировании.

2. Объем дисциплины и виды учебной работы Данная программа предназначена для дипломированных специалистов, и охватывает основные разделы дисциплины «Сопротивление материалов» – ядро курса. Она реализуется в форме лекций, практических занятий, лабораторных занятий, расчетно-графических работ, консультаций, в форме самостоятельной работы студентов, заключающейся в проработке материалов лекционного курса, подготовке к практическим занятиям и лабораторным работам, выполнение домашних расчетно-графических работ.

Приведенное ниже распределение часов следует рассматривать как примерное. Оно корректируется в соответствии с ГОС для конкретной специальности. Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется при выполнении ими расчетно-графических и лабораторных работ. Основной формой контроля являются защиты расчетно-графических работ, зачеты по лабораторным работам и экзамены.

СеВсего местр Вид учебной работы часов Общая трудоемкость дисциплины: 100 Аудиторные занятия: 51 Лекции (Л) 34 Практические занятия (Пз) 5 Лабораторные работы (Лр) 7 Индивидуальные занятия со студентами (Из) 5 Самостоятельная работа студента: 49 Проработка прослушанных лекций (Л), изучение рекомендуемой литературы Подготовка к практическим занятиям (Пз) 6 3.1. Разделы дисциплины и виды занятий п/п Косой изгиб и внецентренное растяжениесжатие Расчет статически неопределимых систем методом сил Напряженное и деформированное состояние в 3.2.1. Лекции 1.Введение Цель курса сопротивление материалов, место курса среди других дисциплин. Краткий исторический обзор. Основные определения. Реальный объект – расчетная схема. Классификация тел по геометрическим параметрам. Классификация внешних сил. Гипотезы о свойствах материала. Опорные устройства.

Внутренние силы. Напряжения, нормальное и касательное напряжения, понятие о напряженном состоянии в точке. Метод сечений. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении стержня и соответствующие им виды деформаций.

Принцип неизменяемости начальных размеров. Принцип независимости действия сил. Принцип Сен-Венана.

2.Центральное растяжение-сжатие прямого стержня Внутренние силовые факторы в стержне при центральном растяжениисжатии. Нормальная сила, дифференциальная зависимость ее от внешней нагрузки, нормальные напряжения в поперечных сечениях. Гипотеза плоских сечений. Продольные и поперечные деформации, коэффициент Пуассона. Закон Гука при одноосном растяжении-сжатии. Перемещения поперечных сечений стержня и его удлинение. Потенциальная энергия деформации.

Статически неопределимые задачи на растяжение-сжатие. Температурные деформации и напряжения. Монтажные напряжения. Напряжения в наклонных сечениях стержня при растяжении-сжатии.

Экспериментальное определение механических характеристик материалов при центральном растяжении-сжатии. Диаграмма условная и истинная.

Механические характеристики материала. Расчет на прочность по допускаемым напряжениям. Нормативный коэффициент запаса прочности, условие прочности. Проектировочный расчет, определение площади поперечного сечения.

Явление сдвига. Чистый сдвиг. Анализ напряженного состояния при чистом сдвиге. Связь между модулями упругости первого и второго рода и коэффициентом Пуассона. Расчет элементов конструкций на срез.

4.Геометрические характеристики поперечных сечений стержней Основные определения. Общие свойства геометрических характеристик. Статические моменты плоской фигуры, центральные оси, центр тяжести.

Изменение моментов инерции при параллельном переносе и повороте осей координат. Главные оси и главные моменты инерции. Моменты инерции простых фигур. Алгоритм определения главных центральных осей и вычисления моментов инерции для нетонкостенных сечений. Особенности расчета геометрических характеристик тонкостенных сечений.

5.Прямой поперечный изгиб Виды изгиба стержня. Внутренние силовые факторы и дифференциальные зависимости при прямом поперечном изгибе. Техника построения эпюр внутренних силовых факторов в балках.

Нормальные напряжения при чистом изгибе. Нормальные и касательные напряжения при прямом поперечном изгибе.

Расчеты на прочность при изгибе. Критерий рациональности формы поперечного сечения балки по прочности.

Определение перемещений при изгибе. Интегрирование дифференциального уравнения упругой линии. Метод Мора. Правило Верещагина.

6.Кручение Внутренние силовые факторы при кручении. Классификация поперечных сечений стержней.

Кручение стержня круглого и кольцевого поперечных сечений, напряжения и деформации.

Расчеты на прочность и жесткость при кручении. Критерии рациональности формы поперечных сечений при кручении.

7.Косой изгиб и внецентренное растяжение-сжатие прямого стержня Косой изгиб, напряжение в поперечном сечении, нейтральная линия.

Определение перемещений. Расчет на прочность и жесткость.

Определение напряжений при внецентренном растяжении-сжатии, уравнение нейтральной линии, ядро сечения, расчет на прочность.

8.Расчет статически неопределимых стержневых систем методом сил Связи. Необходимые и лишние связи. Эквивалентная и основная системы. Канонические уравнения метода сил. Коэффициенты канонических уравнений. Грузовое, единичные и суммарное состояния. Проверка решения.

9.Напряженное и деформированное состояние в точке тела Напряженное состояние в точке тела. Тензор напряжений. Компоненты вектора полного напряжения на произвольной площадке, проходящей через данную точку. Полное, нормальное и касательное напряжения на этой площадке. Главные площадки и главные напряжения. Определение величины главных напряжений и положений главных площадок. Классификация напряженных состояний. Анализ плоского напряженного состояния. Главные площадки и главные напряжения в стержне при сложном нагружении.

Деформированное состояние в точке тела. Тензор деформаций. Аналогия между напряженным и деформированным состояниями.

Обобщенный закон Гука для изотропного материала.

10.Теории прочности Принципиальная схема построения теорий прочности. Теория наибольших нормальных напряжений. Теория наибольших относительных удлинений. Теория максимальных касательных напряжений. Теория удельной потенциальной энергии изменения формы. Теория Мора. Сопоставление теорий прочности. Расчет стержней на прочность при сложном напряженном состоянии.

11.Устойчивость сжатых стержней Понятие потери устойчивости для идеального стержня. Критическая сила. Задача Эйлера. Сравнение результатов решения Эйлера с другими решениями. Пределы применимости формулы Эйлера. Устойчивость сжатых стержней за пределами пропорциональности. Зависимость критических напряжений от гибкости. Поверочный и проектировочный расчеты на устойчивость.

12.Динамические нагрузки и напряжения Силы инерции. Расчет поступательно движущихся систем. Расчет равномерно вращающихся систем.

Понятие удара. Механические процессы, сопровождающие удар. Техническая теория удара. Удар по системе без учета массы системы.

3.2.2. Практические занятия 1.Расчет статически определимых стержневых систем.

2. Расчет различных типов статически неопределимых стержневых систем от силового и температурного воздействия. Монтажные усилия.

3.Геометрические характеристики плоских фигур (определение центра тяжести, главных центральных осей, главных центральных моментов инерции для сложных фигур с осью симметрии и несимметричных фигур).

4. Построение эпюр в балках при прямом поперечном изгибе.

3. Расчет балок на прочность по нормальным напряжениям.

6. Определение перемещений в балках. Интеграл Мора, правило Верещагина. Интегрирование дифференциального уравнения упругой линии.

7. Кручение статически определимого стержня.

8. Косой изгиб и внецентренное растяжение-сжатие 9. Расчет статически неопределимых балок.

3.2.3. Лабораторные работы Лабораторные работы по курсу сопротивления материалов имеют цель:

ознакомление студентов с экспериментальными исследованиями прочности, жесткости и устойчивости; сравнение теоретических (расчетных) результатов с результатами эксперимента; изучение поведения различных материалов при простых нагружениях, их механическими характеристиками, получаемыми экспериментально; тензометрированием.

1.Определение механических характеристик материалов при растяжении.

2.Определение механических характеристик материалов при сжатии.

3.Определение из опыта на сжатие модуля продольной упругости коэффициента Пуассона и проверка закона Гука.

4.Исследование кручения тонкостенных труб.

5.Поперечный изгиб однопролетной балки.

6.Определение деформаций при изгибе балок.

7.Определения момента защемления статически неопределимой балки.

3.2.4. Индивидуальные занятия со студентами (Из) – 5 часов Индивидуальные занятия со студентами включают в себя:

1. консультации по расчетно-графическим работам – 5 часов 3.3. Самостоятельная работа студентов – 49 часа Самостоятельная работа студентов включают в себя:

1. Проработку прослушанных лекций, изучение учебного материала, перенесенного с аудиторных занятий на самостоятельную проработку – часов.

2. Подготовку к практическим занятиям, решение задач – 6 часов.

3. Подготовку к лабораторным работам – 8 часа 4. Выполнение расчетно-графических работ – 18 часов.

3.3.1. Расчетно-графические работы – 18 часов Для успешного освоения курса и приобретения необходимых навыков расчетов на прочность, жесткость (стержней, балок и валов) предусмотрено выполнение студентов трех расчетно-графических работ, охватывающих основные разделы дисциплины. Разработаны требования к оформлению и выполнению расчетно-графических работ.

Выполняется следующие расчетно-графические работы:

1.Определение геометрических характеристик плоского симметричного сечения. Расчет статически определимого ступенчатого бруса на прочность и жесткость.

2. Расчет статически определимых балок на прочность и жесткость.

3. Расчет статически неопределимого ступенчатого круглого стержня на прочность и жесткость при кручении.

4. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 4.1. Рекомендуемая литература:

а) Основная литература 1. Старовойтов Э.И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. – М.:

ФИЗМАТЛИТ, 2008, 384 с.

2.Степин П.А. Сопротивление материалов - М.: ИНТЕГРАЛ-ПРЕСС, 1997. – 320 с.

3.Ицкович Г.М., Минин Л.С., Винокуров А.И., Руководство к решению задач по сопротивлению материалов - М.: Высшая школа, 1999. –592 с.

б) Дополнительная литература Учебники и учебные пособия по курсу:

1.Александров А.В. Потапов В.Д. Державин Б.П. Сопротивление материалов -М.: Высшая школа, 2000. –560 с.

2. Костенко Н.А. и др. Сопротивление материалов -М.: Высшая школа, 2000.

430 с.:ил.

3. Лабораторные работы по сопротивлению материалов. – М.: МГИ, 1984 - 4.2.Средства обеспечения освоения дисциплины При изучении данной дисциплины используются средства обеспечения освоения дисциплины: плакаты, модели, фрагменты учебных кинофильмов по отдельным разделам дисциплины, тестирующие программы (для проверки знаний студентов по различным разделам дисциплины подготовленности их к защите расчетно-графических работ).

4.3. Ресурсы интернета http://sopromat.org/ - сайт сопромат онлайн.

5. Материально техническое обеспечение дисциплины.

При выполнении расчетно-графических работ предусматривается ЭВМ. Для выполнения лабораторных работ используется следующее оборудование:

- разрывная машина Р-5 для испытания образцов из металла на растяжение и сжатие;

- универсальный лабораторный комплекс УЛКСМ - лабораторная установка СМ-14М - лабораторная установка СМ-11А - лабораторная установка СМ-8М - лабораторная установка СМ-18М - измерительный инструмент, механические тензометры, индикаторы часового типа для измерения перемещений, вспомогательное оборудование.

Рабочую программу составил профессор кафедры сопротивления материалов Ю.И. Бурчаков.