Министерство образования и науки РФ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный университет»

Механико-математический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по научной работе

А.Ф.Крутов «»_ 2011 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ

«Экспериментальные методы механики деформируемого твердого тела»

( ОД.А.06; цикл «Дисциплины по выбору аспиранта»

основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Физико-математические науки, специальность 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела) Самара Рабочая программа составлена на основании паспорта научной специальности 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела; в соответствии с Программой-минимум кандидатского экзамена по специальности 01.02.04 «Механика деформируемого твердого тела» по физико-математическим наукам утвержденной приказом Министерства образования и науки РФ № 274 от 08.10.2007 г., и учебным планом СамГУ по основной образовательной программе аспирантской подготовки.

Составитель рабочей программы: Степанова Лариса Валентиновна, доцент, доктор физикоматематических наук.

Рабочая программа утверждена на заседании ученого совета механико-математического факультета протокол № 1 от 31.08.2011 г.

Председатель ученого совета «_»2011 г. С.Я.Новиков (подпись)

СОГЛАСОВАНО:

Начальник отдела послевузовского профессионального образования «_»2011 г. Л.А.Круглова (подпись) 1. Цели и задачи дисциплины, ее место в системе подготовки аспиранта, требования к уровню освоения содержания дисциплины 1.1. Цели и задачи изучения дисциплины Цель дисциплины – изучить современные экспериментальные методы в механике деформируемого твердого тела с целью их практического (прикладного) применения в научной, производственной и преподавательской деятельности ученого и научного сотрудника.

Задачи дисциплины:

• дать аспирантам такие знания, которые позволят им на практике использовать экспериментальные методы в научной, производственной и преподавательской деятельности.

1.2. Требования к уровню подготовки аспиранта, завершившего изучение данной дисциплины В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен:

Иметь представление:

• о роли и месте предмета «Экспериментальные методы в механике» в цикле дисциплин по механике деформируемого твердого тела;

• о физических основах экспериментальных методов исследования в механике;

• о современных методах моделирования и исследования процессов в механике.

Знать:

• основные оптические методы, используемые при экспериментальных исследованиях в механике;

• физические основы оптических методов;

• методы обработки экспериментальных результатов.

Уметь:

• планировать и проводить экспериментальные исследования в механике сплошных сред с использованием оптических методов;

• применять на практике различные методы обработки экспериментальных результатов.

Быть способным:

• к интенсивной научно-исследовательской и научно-изыскательской деятельности;

• находить, анализировать и контекстно обрабатывать информацию, в том числе относящуюся к новым областям знаний, непосредственно не связанным со сферой профессиональной деятельности;

• к самостоятельному использованию математического аппарата на всех этапах научной и практической деятельности;

• к самостоятельному освоению специальной научной литературы по экспериментальной механике;

• ориентироваться в современных алгоритмах компьютерной математики, совершенствовать, углублять и развивать математическую теорию и физико-математические модели, лежащие в их основе;

• осуществлять экспериментальную деятельность в области механики деформируемого твердого тела.

1.3.Связь с предшествующими дисциплинами Курс предполагает наличие у аспирантов знаний по механике сплошных сред, механике деформируемого твердого тела, теории упругости, механике жидкости, газа и плазмы, теории обыкновенных дифференциальных уравнений, математического анализа, функционального анализа; уравнений в частных производных.

1.4.Связь с последующими дисциплинами Знания и навыки, полученные аспирантами при изучении данного курса, необходимы при подготовке и написании диссертации по специальности 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела.

2. Содержание дисциплины 2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы (в часах и зачетных единицах) Форма обучения (вид отчетности) 1-3 годы аспирантуры; вид отчетности – экзамен кандидатского минимума.

Трудоемкость изучения дисциплины Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) в том числе:

Лекции Семинары практические занятия Самостоятельная работа аспиранта (всего) в том числе:

Подготовка к практическим занятиям Подготовка реферата Подготовка эссе Изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку 2.2. Разделы дисциплины и виды занятий териалов. Фотоупругость.

Оптические методы исследования - раздел экспериментальных методов исследования в механике. Классификация методов.

Сущность метода, его возможности, достоинства и недостатки. Классификация и разновидности метода: контактный и отражательный, теневой, и высокотемпературный муар. Техника проведения эксперимента.

ровых полос. Возможные источники погрешностей измерений и их анализ. Примеры методы исследования. Характеристики электромагнитных волн. Естественный, поляризованный, монохроматический свет. Способы получения поляризованного жение поляризованного света. Способы математического описания поляризованного света. Прохождение поляризованного света через оптически анизотропную среду.

Двойное лучепреломление.

Искусственная анизотропия.

Методы расшифровки экспериментальных результатов полученных поляризационно-оптическими методами.

Возможные источники погрешностей измерений и их - лазерное излучение. Голография, ее сущность и краткий исторический очерк развития. Работы Д. Габора, голографической интерферометрии. Основные способы получения и восстановления голограмм: метод реального времени и метод двух экспозиций, стробоскопический метод, метод усреднения во времени.

Причины и анализ погрешностей. Некоторые примеры.

метода. Расшифровка спеклинтерферограмм. Причины и 2.3. Лекционный курс.

Тема 1. Введение. Косвенные данные и обратные задачи. Стохастичность физического мира и эксперимент.

Тема 2. Механическое поведение материалов. Фотоупругость. Теория фотоупругости. Оптические методы исследования - раздел экспериментальных методов исследования в механике. Классификация методов. Историческая справка. Задачи, решаемые с помощью оптических методов. Некоторые примеры решения задач науки и техники. Двумерная фотоупругость. Трехмерная фотоупругость. Методы рассеянного света. Фотоупругие покрытия. Использование компьютеров в фотоупругости. Динамическая фотоупругость. Фототермоупругость. Фотопластичность. Основные достижения и приложения методов фотоупругости.

2.4. Практические (семинарские) занятия – не предусмотрены.

3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний 3.1. Контрольные работы – не предусмотрены.

3.2. Список вопросов для промежуточного тестирования – не предусмотрено.

3.3. Самостоятельная работа Изучение учебного материала, перенесенного с аудиторных занятий на самостоятельную проработку.

Выявление информационных ресурсов в научных библиотеках и сети Internet по следующим направлениям:

• библиография по экспериментальным методам механики деформируемого твердого тела;

• публикации (в том числе электронные) источников по экспериментальным методам механики деформируемого твердого тела;

• научно-исследовательская литература по экспериментальным методам механики деформируемого твердого тела.

Конспектирование и реферирование первоисточников и научно-исследовательской литературы по тематическим блокам.

Темы, вынесенные на самостоятельное изучение аспирантов:

Тема 3. Нелинейная фотоупругость и ее приложения к задачам механики разрушения. Теоретические основы методов нелинейной фотоупругости. Исследование задач механики трещин в эластомерах при больших упругих деформациях. Исследование больших пластических деформаций в металлах методом фотоупругих покрытий. Методика и техника эксперимента при исследовании больших деформаций методом фотоупругих покрытий. Определение напряжений при больших пластических деформациях. Способы определения границ пластических зон. Исследование кинетики пластических зон в задачах механики трещин при развитых пластических деформациях. Пример определения напряжений в растянутой полосе с трещиной - надрезом. Концентрация напряжений и деформаций в пластической области.

Тема 4. Оптико-геометрические методы исследования. Метод муаровых полос. Сущность метода, его возможности, достоинства и недостатки. Классификация и разновидности метода: контактный и отражательный, теневой, и высокотемпературный муар. Техника проведения эксперимента. Расшифровка картины муаровых полос. Возможные источники погрешностей измерений и их анализ. Примеры решения задач.

Тема 5. Поляризационно-оптические методы исследования. Характеристики электромагнитных волн. Естественный, поляризованный, монохроматический свет. Способы получения поляризованного света. Экспериментальное обнаружение поляризованного света. Способы математического описания поляризованного света. Прохождение поляризованного света через оптически анизотропную среду. Двойное лучепреломление. Искусственная анизотропия. Теория пьезооптического эффекта. Закон Вертгейма. Методы расшифровки экспериментальных результатов полученных поляризационно-оптическими методами. Возможные источники погрешностей измерений и их анализ.

Примеры решения задач.

Тема 6. Когерентно-оптические методы исследования. Основы когерентной оптики - лазерное излучение. Голография, ее сущность и краткий исторический очерк развития. Работы Д. Габора, Э.Лейта, Упатниекса, Ю.Н.Денисюка. Основные свойства голограмм. Метод голографической интерферометрии. Основные способы получения и восстановления голограмм: метод реального времени и метод двух экспозиций, стробоскопический метод, метод усреднения во времени. Расшифровка голограмм. Причины и анализ погрешностей. Некоторые примеры. Спекл-интерферометрия.

Сущность и возможности метода. Расшифровка спекл-интерферограмм. Причины и анализ погрешностей. Примеры решения.

Тема 7. Теневой оптический метод каустик. Физические основы метода. Количественное описание теневых оптических изображений. Каустики вблизи вершины трещины. Методика эксперимента. Приложения метода каустик.

Тема 8. Неразрушающие испытания. Визуальные метод. Капиллярная дефектоскопия. Тепловой метод. Магнитные методы. Методы вихревых токов. Радиографический контроль. Ультразвуковые методы. Требования к неразрушающим испытаниям и рекомендуемые направления дальнейших испытаний.

Тема 9. Тензодатчики и средства тензометрии. Тензочувствительность. Приклеиваемые тензорезисторы. Тарировка тензодатчиков. Характеристики фольговых тензодатчиков. Работа тензорезисторов при низких и умеренных температурах. Полупроводниковые тензодатчики. Волоконнооптические тензодатчики. Устройства формирования сигналов. Тензометрическая регистрирующая аппаратура. Градуировка тензометрической аппаратуры. Особенности тензоизмерений. Обработка результатов измерений.

Тема 10. Методы обработки экспериментальных данных. Восстановление исходных сигналов. Первичная обработка экспериментальных данных, фильтрация. Квазиреальные эксперименты.

Погрешности восстановленных сигналов.

3.3.1. Поддержка самостоятельной работы:

• Список литературы и источников для обязательного прочтения.

• Полнотекстовые базы данных и ресурсы, доступ к которым обеспечен из кампусной сети СамГУ (сайт научной библиотеки СамГУ, URL: http://weblib.samsu.ru/level23.html):

1. Издания Самарского государственного университета 2. Полнотекстовая БД диссертаций РГБ 3. Научная электронная библиотека РФФИ (Elibrary) 4. Университетская библиотека ONLINE 5. Университетская информационная система Россия 6. ЭБС «БиблиоТЕХ»

7. Коллекция журналов издательства Оксфордского университета 8. Словари и справочники издательства Оксфордского университета 9. Реферативный журнал ВИНИТИ 10. Полнотекстовые статьи из коллекции журналов по математике Научной электронной библиотеки РФФИ (E-library), к которым имеется доступ в сети Интернет: «доклады РАН»; «Известия РАН, Механика твердого тела»; «Известия РАН. Механика жидкости и газа»; «Прикладная математика и механика»; «Прикладная механика и техническая физика»; «Математические заметки»; «Журнал вычислительной математики и математической физики»; «Теоретическая и математическая физика»; «Дифференциальные уравнения»; «Вестник Самарского государственного университета. Серия естественные науки»; «Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Физико-математические науки»; «Журнал Сибирского федерального университета.

Серия: Математика и физика»; «Труды Математического института им. В.А.Стеклова РАН».

3.3.2. Тематика рефератов – не предусмотрены.

Итоговый контроль проводится в виде экзамена кандидатского минимума.

4. Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ (Перечень обучающих, контролирующих и расчетных программ, диафильмов, слайдфильмов, кино- и телефильмов).

Программы пакета Microsoft Offiсe;

Сайт научной библиотеки СамГУ, с доступом к электронному каталогу и полнотекстовым базам данных – URL: http://weblib.samsu.ru/level23.html 5.Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты) не предусмотрены.

6. Материальное обеспечение дисциплины (Современные приборы, установки (стенды), необходимость специализированных лабораторий и классов) • Компьютерные классы, оснащенные компьютерами класса Pentium 4 с выходом в Интернет и в локальную сеть Самарского государственного университета, а также принтеры, сканеры и ксероксы.

7. Литература 7.1. Основная 1. Пергамент М.И. Методы исследований в экспериментальной физике. Учебное пособие. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2010. 304 с.

2. Разумовский И.А. Интерференционно-оптические методы механики деформированного твердого тела. М.: изд-во МГТУ им. Баумана, 2007. (Гриф УМО).

3. Белозеров А.Ф. Оптические методы визуализации газовых потоков. Казань: изд-во Казан. гос.

тех. ун-та., 4. Дубнищев Ю.Н., Арбузов В. А., Белоусов П.П., Белоусов П.Я. Оптические методы исследования потоков. Сиб. университетское изд., 2003 г.

5. Экспериментальная механика. Под ред. Р.К. Вафина, О.С. Нарайкина. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 136 с.

7.2. Дополнительная 6. Экспериментальная механика. В 2 т. / Пер. с англ.; под ред. А. Кобаяси.М.: Мир. 1990.

7. Александров А.Я., Ахметзянов М.Х. Поляризационно-оптические методы механики деформированного тела.- М.: Наука. 1973.

8. Сухарев И.П., Ушаков Б.Н. Исследование деформаций и напряжений методом муаровых полос.- М.: Машиностроение, 1969.

9. Островский Ю.И., Бутусов М.М., Островская Г.В. Голографическая интерферометрия.- М.:

10. Фрохт М.М. Фотоупругость.- М.: Том I, ОГИЗ, 1948. Том II, ГИТТЛ, 1950.

11. Хаимова-Малькова Р.И. Методика исследования напряжений поляризационно-оптическим методом.- М.: Наука, 1970.

12. Метод фотоупругости. Том I, II, III. Под ред. Г.Л.Хасина.- М.: Стройиздат, 1975.

13. Островский Ю.И., Щепинов В.П., Яковлев В.В. Голографические интерференционные методы измерений.- М.: Наука, 1988.

7. 3. Учебно-методические материалы по дисциплине 1. Электронная библиотека «Мир математических уравнений» http://eqworld.ipmnet.ru 2. www.mati.ru/education/facult5/kafedral/site - сайт кафедры «Механика материалов и конструкций» Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского (МАТИ). Кафедра ведет преподавание курсов «Сопротивление материалов», «Прочность конструкций», «Механика разрушения», «Экспериментальная механика», «Вероятностные методы расчета прочности конструкций», «Использование ЭВМ в задачах механики», «Малоцикловая усталость», «Нелинейная механика разрушения».

3. http://www.ipmnet.ru/lab_12_ru.html - сайт лаборатории моделирования в механике деформируемого твердого тела Института проблем механики РАН. Заведующий лабораторией – А.В.

Манжиров. В лаборатории сформировано и активно развивается новое научное направление – механика растущих тел. Обширные исследования проводятся в области механики контактных взаимодействий и теории концентраций напряжений под руководством В.М. Александрова. Еще одно направление лаборатории связано с разработкой моделей сплошной среды, описывающих деформацию и разрушение неупругих материалов, которое возглавляет проф.

В.Н. Кукуджанов.

4. http://pent.sopro.susu.ac.ru/W/ej/index.html - электронный журнал «Динамика, прочность и изностойкость машин». Журнал публикует результаты экспериментальных и расчетных исследований в области прочности и надежности машин и конструкций различных типов.

5. http://www/mysopromat.ru/cgi-bin/index.cgi -сайт «Мой сопромат», на сайте размещены учебные курсы, статьи, полнотекстовые версии книг по механике, научные статьи.

6. http://cde.tsogu.ru/&par=lab&id=222 – Центр Дистанционного образования Тюменского государственного нефтегазового университета. На сайте имеется виртуальный лабораторный практикум, который может быть использован для проведения виртуальной лабораторной работы «Испытание образцов на усталость (растяжение/сжатие)».

7. http://library.krasn.ru – Библиотека Института вычислительного моделирования СО РАН. В библиотеке содержатся полнотекстовые журналы и реферативные базы данных.

8. www.ruscommech.ru/history.html - Российский Национальный комитет по теоретической и прикладной механике.

9. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения на базе компьютерных технологий.

Практикум. Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2007. 464 с. Приведены лабораторные работы по механике разрушения твердых тел.

10. www.math.rsu.ru/mexmat/elasticity/index.php сайт кафедры теории упругости Ростовского государственного университета. Основатель кафедры – доктор физико-математических наук, академик РАН профессор Ворович И.И. Основные направления: общая теория и методы решения задач деформирования и устойчивости тонкостенных конструкций; нелинейные среды сложной структуры.

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за _/_ учебный год В рабочую программу курса ОД.А.06, «Экспериментальные методы механики деформируемого твердого тела», цикл «Дисциплины по выбору аспиранта» основной образовательной программы подготовки аспиранта по отрасли Физико-математические науки, специальность 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела, вносятся следующие дополнения и изменения: