«Примерная основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 151600 Прикладная механика утверждено приказом Минобрнауки России от 17 сентября 2009 г. № 337 ФГОС ВПО утвержден ...»

- разрабатывать технико-экономические обоснования проектируемых машин и конструкций, составлять техническую документацию на проекты, их элементы и сборочные единицы (ПК-14);

организационно-управленческая деятельность:

- владеть приемами и методами работы с персоналом, методами оценки качества и результативности труда, оценивать затраты и результаты деятельности научно-производственного коллектива (ПК-15);

- находить рациональные решения при создании конкурентоспособной продукции с учетом требований прочности, жесткости, устойчивости, долговечности, износостойкости, качества, стоимости, сроков исполнения и безопасности жизнедеятельности (ПК-16);

- быть готовым к постоянному совершенствованию профессиональной деятельности, принимаемых решений и разработок в направлении повышения безопасности (ПК-17);

- владеть полным комплексом правовых и нормативных актов в сфере безопасности, относящихся к виду и объекту профессиональной деятельности (ПК-18);

научно-инновационная деятельность:

- применять инновационные подходы с целью развития, внедрения и коммерциализации новых наукоемких технологий (ПК-19);

- разрабатывать планы и программы организации инновационной деятельности научно-производственного коллектива, разрабатывать техникоэкономическое обоснование инновационных разделов научно-технических проектов (ПК-20);

- разрабатывать и реализовывать проекты по интеграции вузовской, академической и отраслевой науки с целью коммерциализации и внедрения инновационных разработок на высокотехнологичных промышленных предприятиях, в НИИ и КБ (ПК-21);

- участвовать в организации и проведении инновационного образовательного процесса (ПК-22);

консультационно-экспертная деятельность:

- консультировать инженеров-расчетчиков, конструкторов, технологов и других работников промышленных и научно-производственных фирм по современным достижениям прикладной механики, по вопросам внедрения наукоемких компьютерных технологий (CAD/CAE-систем) (ПК-23);

- проводить научно-технические экспертизы расчетных и экспериментальных работ в области прикладной механики, выполненных в сторонних организациях (ПК-24).

В процессе подготовки обучающийся может приобрести дополнительно другие (специальные) компетенции, связанные с конкретной магистерской программой его профильной подготовки в вузе, реализующим подготовку по направлению 151600 «Прикладная механика».

УТВЕРЖДАЮ

ПРИМЕРНЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН

в т.ч. дисциплины по выбору студента М.1.6.1. Идентификация механических систем М.1.6. ности М.1.7.1. Стратегический и инновационный менеджмент М.1.7. М.1.7.2. Системы управления качеством М.1.8.1. Современные проблемы науки в области прикладной механики М.1.8. М.1.8.2. Современные проблемы техники и технологий (семинар) М.1.9.1. Компьютерные технологии в науке и образовании (семинар) М.1.9.2. Компьютерные технологии в промышленности (семинар) М.1.9.

М.2 Профессиональный цикл в т.ч. дисциплины по выбору студента М.2.11.1. Современные проблемы прикладной механики в машиностроении (семинар) М.2.11.2. Современные проблемы прикладной механики в М.2.11. атомной энергетике (семинар) М.2.12.1. Семинар и вычислительный практикум по механике контактного взаимодействия М.2.12.

М.3 Практика и научно-исследовательская работа В колонках 5-8 символом «» указываются семестры для данной дисциплины; в колонке 9 – форма промежуточной аттестации (итогового контроля по дисциплине): «зачет» или «экзамен»

Бюджет времени, в неделях Общая трудоемкость основной образовательной программы (в зачетных единицах):

Теоретическое обучение, включая экзаменационные сессии Настоящий учебный план составлен, исходя из следующих данных:

1. Срок освоения основной образовательной программы подготовки магистра с присвоением степени при очной форме обучения составляет 104 недели, в том числе теоретическое обучение (включая практикумы, лабораторные работы и время, отводимое на контроль качества обучения) не менее 52 недель.

2. Максимальный объем учебной работы студента устанавливается 54 часа в неделю, включая все виды его аудиторной и внеаудиторной (самостоятельной) работы.

3. Одна зачетная единица при расчете объема теоретического обучения (включая практикумы, лабораторные работы и время, отводимое на контроль качества обучения) эквивалентна 36 часам учебной работы магистранта.

4. Трудоемкость основной образовательной программы за учебный год – 60 зачетных единиц.

5. Объем аудиторных занятий при очной форме обучения с присвоением степени магистра не должен превышать 20-24 часов в неделю.

6. Научно-исследовательской работой магистрант занимается не только 16 недель, отведнных на этот вид работы, но и непрерывно в течение всего времени обучения (1 семестр – 7 зачетных единиц; 2 семестр – 7 зачетных единиц; 3 семестр – 6 зачетных единиц).

7. Общий объем каникулярного времени в учебном году должен составлять 7-10 недель, в том числе не менее двух недель в зимний период. На выпускном курсе предусматривается 8 недель последипломного отпуска.

Настоящий примерный учебный план составлен в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) высшего профессионального образования по направлению подготовки 151600 «Прикладная механика».

Примерный учебный план используется для составления учебного плана вуза по данному направлению подготовки.

Курсовые работы (проекты), текущая и промежуточная аттестации (консультации, зачеты и экзамены) рассматриваются как вид учебной работы по дисциплине и выполняются в пределах трудоемкости, отводимой на ее изучение.

5. Аннотации дисциплин базовой части учебного плана подготовки магистров по направлению 151600 «Прикладная механика»

М.1 Общенаучный цикл М.1.1 Иностранный язык.

Специфика артикуляции звуков, интонации, акцентуации и ритма нейтральной речи в изучаемом языке; основные особенности полного стиля произношения, характерные для сферы профессиональной коммуникации; чтение транскрипции. Понятие дифференциации лексики по сферам применения (бытовая, терминологическая, общенаучная, официальная и другая). Терминология научно-технического и делового иностранного языка. Применение знания иностранного языка при переписке, переводе научных статей, проведении рабочих переговоров и составлении деловых документов. Понятие о свободных и устойчивых словосочетаниях, фразеологических единицах. Понятие об обиходно-литературном, официально-деловом, научном стилях, стиле художественной литературы. Основные особенности научного стиля.

Культура и традиции стран изучаемого языка, правила речевого этикета.

Диалогическая и монологическая речь с использованием лексикограмматических средств в основных коммуникативных ситуациях неофициального и официального общения. Основы публичной речи (устное сообщение, доклад). Аудирование. Понимание диалогической и монологической речи в сфере бытовой и профессиональной коммуникации. Виды текстов:

прагматические тексты и тексты по широкому и узкому профилю специальности. Виды речевых произведений: аннотация, реферат, тезисы, сообщения, частное письмо, деловое письмо, биография.

М.1.2. История и философия науки и техники Предмет философии науки и техники. Место и роль философии в культуре. Цивилизационные особенности становления философии. Современные концепции философии естествознания и техники. История и основные философские проблемы науки и техники. Проблемы единства науки как феномена культуры. Природа научного познания, его типы и уровни. Предметная, мировоззренческая и методологическая специфика естественных и технических наук. Философия и методология науки. Диалектика, ее принципы и законы.

Развитие, его модели и законы. Человек, общество, культура. Производство и его роль в жизни человека. Понятие о междисциплинарных связях в современной науке. Познание. Соотношение мнения, веры, понимания, интерпретации и знания. Становление субъектно-объектного видения мира. Рациональное и иррациональное, интуиция. Применение основных положений философской теории познания в научной и практической деятельности. Интегративные тенденции современного познания. Мистицизм в познании. Отражение. Истина и ее критерии. Практика. Научное и вненаучное знание.

Структура научного познания, его методы и формы. Научные революции и смена типов рациональности. Познавательные, этические и эстетические ценности. Смысл существования человека. Будущее человечества. Глобальные проблемы современности. Идеология систем менеджмента качества, философские, социальные и экономические аспекты качества.

М.2 Профессиональный цикл М.2.1 Теории пластичности и ползучести.

Экспериментальные и физические факты развития неупругих деформаций в металлах и твердых сплавах. Реологические модели. Хрупкое и пластическое разрушение; разрушение при ползучести. Основные теоретические соотношения между напряжениями и деформациями за пределами упругости.

Классификация нелинейных задач; условия начала пластичности и текучести;

термодинамическое состояние элемента тела. Математические теории пластичности, вязкоупругости, ползучести и длительной прочности; кривые ползучести; зависимость напряжений от температуры; кинетические уравнения ползучести; релаксация напряжений; ползучесть при одномерном и сложном напряженном состоянии. Анизотропные и сложные среды. Методы экспериментального определения механических характеристик материала. Анализ неустойчивости процессов деформирования. Методы решения задач пластичности и ползучести. Общие методы решения нелинейных задач: метод шагов по параметру нагружения; метод переменных параметров упругости;

вариационные методы; численные методы. Особенности применения метода конечных элементов и метода граничных элементов в задачах с физической нелинейностью. Нелинейные проблемы контактного взаимодействия: нормальный контакт неупругих тел; основные уравнения и их преобразования;

линии скольжения; ползучесть в зонах контакта; скользящий контакт жестких идеально пластических тел. Энергетические теоремы и экстремальные принципы. Теория и методы расчета предельного состояния различных элементов машиностроительных конструкций. Динамические задачи для жесткопластического тела. Циклическое деформирование и приспособляемость.

Теория накопления рассеянного разрушения. Методы расчета времени разрушения при ползучести элементов конструкций в условиях нестационарного силового и теплового воздействий.

М.2.2 Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг.

Вычислительный эксперимент, построение физических, математических и компьютерных моделей. Разработка, развитие и применение рациональных математических и механических моделей машин, конструкций, сооружений и приборов.

Разработка, развитие и применение эффективных вычислительных методов и алгоритмов решения задач механики; разработка и усовершенствование программного обеспечения, предназначенного для проведения расчетных исследований. Вычислительные методы и расчетные программные комплексы.

Методы формирования геометрических, математических и конечноэлементных моделей в CAD/CAE программных системах. Постановка и методы решения задач анализа и синтеза в прикладной механике. Применение CAD/CAE – технологий; выполнение автоматизированных научных и расчетных исследований линейных и нелинейных проблем, решение задач статики, динамики, колебаний и устойчивости разнообразных элементов конструкций и композитных структур с помощью многоуровневых, многомодельных и многовариантных вычислительных экспериментов.

Проблемы верификации и валидации результатов конечно-элементного моделирования.

Применение CAD/FEA/CFD/CAE/CAM/PDM/PLM технологий как основы цифрового производства, реализующего концепцию "от идеи до изделия".

Методы рациональной (многокритериальной) оптимизации, параметры проектирования, показатели качества, векторная параметрическая оптимизация, корректная постановка многокритериальных задач. Типовые задачи оптимизации механических систем.

М.2.3 Механика контактного взаимодействия и разрушения.

Модели сплошных сред. Основные положения теории прочности и механики разрушения. Элементы физики прочности. Теория дефектов кристаллического строения: точечные дефекты в кристаллах, дислокации и их классификация, поверхностные дефекты кристаллического строения, дислокации в реальных кристаллических структурах. Механические свойства материалов: механизмы пластического деформирования, деформирование монокристаллов, особенности деформирования поликристаллов, ползучесть, классификация видов ползучести. Связь механики разрушения с физикой твердого тела. Упругая и пластическая деформации; упругость, пластичность, ползучесть, вязко упругость. Реологические модели. Хрупкое и пластическое разрушение; разрушение при ползучести. Коэффициенты интенсивности напряжений. Интенсивность высвобождения энергии упругой деформации. Удельная работа разрушения. Энергетический критерий разрушения. Предельное равновесие трещин при комбинированном нагружении. Деформационные критерии разрушения. Прочность конструкции при наличии трещин. Численные методы в механике разрушения. Экспериментальные методы в механике разрушения. Характеристики трещиностойкости конструкционных материалов. Теории прочности. Основные уравнения деформируемого тела;

теории деформаций и напряжений; уравнения равновесия; вариационные соотношения; общая система уравнений; вариационные принципы; упругое деформирование тел. Сведения из тензорного анализа. Тензоры напряжений и деформаций. Уравнения равновесия. Условия совместности деформаций.

Связь между напряженным и деформированным состояниями. Упругий потенциал. Дополнительная работа деформации. Теорема Кастильяно. Полная система уравнений теории упругости. Прямая и обратная задачи. Принцип Сен-Венана. Уравнения равновесия в перемещениях. Контактные задачи теории упругости; уравнения термоупругости. Постановка задач динамической теории упругости; волны в упругих средах. Основы нелинейной теории упругости. Введение в теорию контактного взаимодействия упругих тел; теория Герца; модель Винклера в контактных задачах; термоупругий контакт; динамические задачи теории упругости; волны в упругой среде. Общие методы решения нелинейных задач: метод шагов по параметру нагружения; метод переменных параметров упругости; вариационные методы; численные методы; применение метода конечных элементов к решению задач упругости и пластичности. Нелинейные проблемы контактного взаимодействия: нормальный контакт неупругих тел; основные уравнения и их преобразования;

линии скольжения; ползучесть в зонах контакта; скользящий контакт жестких идеально пластических тел; контакт упругих тел при качении; неподвижный контакт шероховатых тел; контактное взаимодействие тел при скольжении. Контактное взаимодействие твердых тел с учетом изнашивания.

Теория предельного состояния и математические модели механики разрушения; силы сопротивления раскрытию трещины; пластическое состояние вблизи трещины; длительное разрушение при высоких температурах; усталостное разрушение.

6. Примерные программы дисциплин учебного плана подготовки магистров по направлению 151600 «Прикладная механика», профиль «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг»

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Составлена кафедрой «Механика и процессы управления»

Составитель 1. Цели и задачи изучения дисциплины 1.1. Курс направлен на приобретение навыков применения современных компьютерных технологий в образовании, научных исследованиях и для решения промышленных задач:

структуры и тенденции развития программного обеспечения ЭВМ и сетей, глобальная сеть ИНТЕРНЕТ;

инструментальные средства и технологии программирования, пакеты прикладных программ, компьютерная графика, системы автоматизированного проектирования (САПР); базы данных и знаний;

использование ЭВМ и сетей в научных исследованиях;

компьютерная литературная проработка, библиотечный и патентный поиск;

компьютер как средство управления экспериментом, системы сбора и обработки данных;

современные информационные технологии в образовании: новейшие технические средства и методы обучения;

интенсификация научных исследований и процесса образования в свете перспектив использования компьютерных сетей ИНТЕРНЕТ и дистанционного обучения;

современные программные системы мультидисциплинарных исследований и инженерного анализа для решения задач прикладной механики в различных отраслях промышленности.

Основными целями изучения данной учебной дисциплины являются:

– формирование навыков применения компьютерных технологий при исследовании проблем динамики и прочности машин, конструкций, установок, устройств, приборов и аппаратуры;

– формирование умения использовать программные системы компьютерной математики и программные системы мультидисциплинарных исследований и инженерного анализа для решения задач прикладной механики в различных отраслях промышленности.

1.2. Дисциплина используется при формировании следующих компетенций (по ФГОС):

Общекультурные компетенции (ОК):

совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень; владеть культурой мышления, иметь способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

самостоятельно овладевать новыми методами исследования в условиях изменения научного и научнопроизводственного профиля своей профессиональной деятельности; стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и компетенций; критически оценивать свои достоинства и недостатки (ОК-2);

самостоятельно приобретать с помощью информационных и телекоммуникационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

Профессиональные компетенциями (ПК):

научно-исследовательская деятельность, включая расчетно-экспериментальную:

выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат, вычислительные методы и компьютерные технологии (ПК-1);

применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2);

критически анализировать современные проблемы прикладной механики с учетом потребностей промышленности, современных достижений науки и мировых тенденций развития техники и технологий, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения теоретических, прикладных и экспериментальных задач, анализировать, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты (ПК-3);

самостоятельно осваивать и применять современные теории, физико-математические и вычислительные методы, новые системы компьютерной математики и системы компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга (CAD/CAE-системы) для эффективного решения профессиональных задач (ПК-4);

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Компьютерные технологии в науке и образовании» изучается в 2 семестре магистратуры. Для успешного освоения курса предполагается предварительное изучение курсов бакалавриата по направлению Прикладная механика.

Курс «Компьютерные технологии в науке и образовании» является основным для ознакомления магистрантов с современными компьютерными технологиями, применяемыми в образовании, научных исследованиях и для решения задач прикладной механики, механики деформируемого твердого тела, вычислительной механики, задач динамики и прочности машин в различных отраслях промышленности.

3. Распределение объема учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины по ФГОС ВПО составляет 2 зачетных единицы (72 часов).

Лекции (Л), час.

Курсовые работы (КР), шт.

4. Структура и содержание дисциплины Структуры и тенденции развития программного обеспечения ЭВМ и сетей, Инструментальные средства и технологии программирования, пакеты графика, системы автоматизированного проектирования (САПР); базы Использование ЭВМ и сетей в научных исследованиях Современные информационные технологии в образовании 4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Структуры и тенденции развития программного обеспечения ЭВМ и сетей, глобальная сеть ИНТЕРНЕТ. Современные тенденции разработки наукоемких компьютерных технологий, программных систем компьютерного моделирования, мультидисциплинарных исследований, инженерного анализа и выполнения вычислительных экспериментов. Опыт использования в профессиональной деятельности.

2. Инструментальные средства и технологии программирования, пакеты прикладных программ, компьютерная графика, системы автоматизированного проектирования (САПР); базы данных и знаний. Программные системы компьютерного моделирования, мультидисциплинарных исследований, инженерного анализа и выполнения вычислительных экспериментов, применяемых для решения задач прикладной механики, механики деформируемого твердого тела, вычислительной механики, задач динамики и прочности машин в различных отраслях промышленности. Опыт использования в профессиональной деятельности.

3. Использование ЭВМ и сетей в научных исследованиях; компьютерная литературная проработка, библиотечный и патентный поиск; компьютер как средство управления экспериментом, системы сбора и обработки данных. Опыт использования в профессиональной деятельности.

4. Современные информационные технологии в образовании: новейшие технические средства и методы обучения; интенсификация научных исследований и процесса образования в свете перспектив использования компьютерных сетей ИНТЕРНЕТ и дистанционного обучения. Опыт использования в профессиональной деятельности.

5. Современные компьютерные технологии, применяемые в образовании, научных исследованиях и для решения задач прикладной механики, механики деформируемого твердого тела, вычислительной механики, задач динамики и прочности машин в различных отраслях промышленности. Опыт их применения в профессиональной деятельности, в образовательном процессе, научных исследованиях и для решения актуальных задач прикладной механики в промышленности.

5. Лабораторный практикум Не предусмотрен.

6. Практические занятия Не предусмотрены.

7. Курсовой проект (курсовая работа) Не предусмотрен.

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 8.1. Рекомендуемая литература Основная:

1. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики.- М.: Наука, 1987 – 552 с.

2. Васильков Ю.В., Василькова Н.Н. Компьютерные технологии вычислений в математическом моделировании. – М., 1999.

3. Компьютерные технологии в высшем образовании / ред кол. А.Н. Тихонов, В.А. Садовничий и др. – М.: Из-во МГУ, 1997 – 370 с.

Дополнительная:

1. Информатика / Под ред. Макровой Н.В. М.: Финансы и статистика, 1997.-768 с.

2. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. – М., 1997.

3. Максимович Г.Ю., Романенко А.Г., Самойлюк О.Ф. Информационные системы - М.: Из-во Рос. эконом.

академии, 1999. -198 с.

8.2. Условия реализации и технические средства по обеспечению дисциплины Программное обеспечение персональных компьютеров; информационное, программное и аппаратное обеспечение локальной компьютерной сети; информационное и программное обеспечение глобальной сети ИНТЕРНЕТ.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерный класс, ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium 4, объем ПЗУ не меньше 2-3 ГБ, объем ОЗУ не меньше 513 МБ. Программная система MATLABR..

10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Рекомендуется основной объем базовых знаний преподнести на практических занятиях, а указанную литературу использовать для закрепления и расширения полученных знаний. Рекомендуется больше уделять внимания самостоятельной работе студентов, в частности выполнению ими нескольких расчтных заданий, с тем, чтобы, ознакомившись на практических занятиях с методами решения подобных задач, они имели возможность закрепить практические навыки в области применения методов компьютерного моделирования.

В процессе изучения дисциплины осуществляется контроль степени освоения знаний, умений и навыков, который проводится преподавателем по утвержденным методикам, согласованным с кафедрой и учебным отделом университета. Контроль предусматривает следующие основные формы:

Текущий контроль знаний студентов, осуществляемый на практических занятиях.

Промежуточный контроль, осуществляемый в ходе выполнения расчетных заданий.

Итоговый контроль проводится в форме зачета по учебной дисциплине.

Выполнение требований ФГОС ВПО в рабочей программе учебной дисциплины подтверждаем:

Заведующий выпускающей кафедрой Проф. каф. "Механика и процессы управления", к.т.н.

"Механика и процессы управления" _ "" 2010 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Составлена кафедрой «Механика и процессы управления»

Составители 1. Цели и задачи изучения дисциплины 1.1. Курс направлен на изучение современных научных проблем в области прикладной механики, включая:

современные методы в теории упругости и пластичности, механики стержней и оболочечных конструкций, механики композитов, механики разрушения;

вопросы вычислительной механики деформируемого твердого тела, оптимизации конструкций;

математические модели задач механики деформируемого твердого тела.

теоретические проблемы статики, динамики, колебаний и устойчивости механических систем; надежность и ресурс машин и конструкций;

математические модели расчета конструкций из композитных материалов, работающих в экстремальных условиях;

аналитические и численные методы расчета на прочность машин, конструкций, сооружений и приборов.

Основными целями изучения данной учебной дисциплины являются:

– формирование навыков математического и механического мышления при исследовании проблем динамики и прочности машин, конструкций, установок, устройств, приборов и аппаратуры;

– формирование умения использовать аналитические и численные методы расчетов;

– формирование умения формулировать постановки теоретических и прикладных проблем.

В этой связи необходимо выделить следующие основные задачи:

1) развитие логического и алгоритмического мышления, основанного только на использовании законов природы;

2) овладение основными доступными методами исследования и решения математических задач;

3) овладение методами вычислительной математики;

4) выработка умения самостоятельного расширения знаний в области прикладной механики.

1.2. Дисциплина используется при формировании следующих компетенций (по ФГОС):

Общекультурные компетенции (ОК):

совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень; владеть культурой мышления, иметь способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

самостоятельно овладевать новыми методами исследования в условиях изменения научного и научнопроизводственного профиля своей профессиональной деятельности; стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и компетенций; критически оценивать свои достоинства и недостатки (ОК-2);

самостоятельно приобретать с помощью информационных и телекоммуникационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

Профессиональные компетенциями (ПК):

научно-исследовательская деятельность, включая расчетно-экспериментальную:

выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат, вычислительные методы и компьютерные технологии (ПК-1);

применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2);

критически анализировать современные проблемы прикладной механики с учетом потребностей промышленности, современных достижений науки и мировых тенденций развития техники и технологий, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения теоретических, прикладных и экспериментальных задач, анализировать, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты (ПК-3);

самостоятельно осваивать и применять современные теории, физико-математические и вычислительные методы, новые системы компьютерной математики и системы компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга (CAD/CAE-системы) для эффективного решения профессиональных задач (ПК-4);

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Современные проблемы в области прикладной механики» изучается в 3 семестре магистратуры. Для успешного освоения курса предполагается предварительное изучение курсов бакалавриата по направлению Прикладная механика.

Дисциплина «Современные проблемы науки в области прикладной механики» является основным для ознакомления магистрантов с актуальными проблемами прикладной механики, механики деформируемого твердого тела, вычислительной механики, проблемами динамики и прочности машин.

3. Распределение объема учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины по ФГОС ВПО составляет 2 зачетных единицы (72 часа).

Лекции (Л), час.

Курсовые работы (КР), шт.

4. Структура и содержание дисциплины Современные методы в теории упругости и пластичности, механики механики композитов, механики разрушения.

деформируемого твердого тела, оптимизации конструкций.

Математические модели задач механики деформируемого твердого тела.

4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Современные методы в теории упругости и пластичности, механики стержней и оболочечных конструкций, механики композитов, механики разрушения. Основные аналитические методы. Основные численные методы. Метод конечных элементов. Программные системы конечно-элементного моделирования в теории упругости и пластичности, механики стержней и оболочечных конструкций, механики композитов, механики разрушения.

2. Вопросы вычислительной механики деформируемого твердого тела, оптимизации конструкций. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Вычислительная механика, основные методы и алгоритмы. Метод конечных элементов. Программные системы мультидисциплинарных исследований в механике.

3. Математические модели задач механики деформируемого твердого тела. Основные математические модели, применяемые для решения задач теории упругости и пластичности, механики стержней и оболочечных конструкций, механики композитов, механики разрушения, задач динамики и прочности машин и конструкций.

5. Лабораторный практикум Не предусмотрен.

6. Практические занятия По темам №№1-3.

7. Курсовой проект (курсовая работа) Не предусмотрен.

8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 8.1. Рекомендуемая литература 1. Кац А.М. Теория упругости. Лань. 2002.

2. Горшков А.Г. и др. Теория упругости и пластичности. М. УРСС. 2002.

3. Победря Б.Е., Георгиевский А.В. Основы механики сплошной среды. М. УРСС. 2006.

Дополнительная:

1. Лурье А.И. Теория упругости. М. Наука. 1970.

2. Работнов Ю.И. Механика деформируемого твердого тела. М. Наука. 1979.

3. Демидов С.П. Теория упругости. М. Высшая школа. 1979.

4. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Основы проектирования машин. Расчеты деталей машин на прочность и долговечность. М.: Машиностроение, 1985.

5. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984.

8.2. Условия реализации и технические средства по обеспечению дисциплины Программное обеспечение персональных компьютеров; информационное, программное и аппаратное обеспечение локальной компьютерной сети; информационное и программное обеспечение глобальной сети ИНТЕРНЕТ.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерный класс, ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium 4, объем ПЗУ не меньше 2-3 ГБ, объем ОЗУ не меньше 513 МБ..

Аудитория со стеклянной доской и мультимедийной системой.

10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Рекомендуется основной объем базовых знаний преподнести на практических занятиях, а указанную литературу использовать для закрепления и расширения полученных знаний. Рекомендуется больше уделять внимания самостоятельной работе студентов, в частности выполнению ими нескольких расчтных заданий, с тем, чтобы, ознакомившись на практических занятиях с методами решения подобных задач, они имели возможность закрепить практические навыки в области применения методов науки в области прикладной механики.

В процессе изучения дисциплины осуществляется контроль степени освоения знаний, умений и навыков, который проводится преподавателем по утвержденным методикам, согласованным с кафедрой и учебным отделом университета. Контроль предусматривает следующие основные формы:

Текущий контроль знаний студентов, осуществляемый на практических занятиях.

Промежуточный контроль, осуществляемый в ходе выполнения расчетных заданий.

Итоговый контроль проводится в форме зачета по учебной дисциплине.

Выполнение требований ФГОС ВПО в рабочей программе учебной дисциплины подтверждаем:

Заведующий выпускающей кафедрой Профессор каф. "Механика и процессы управения", "Механика и процессы управления" д.ф.-м.н., засл. деятель науки РФ "" 2010 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Составлена кафедрой «Механика и процессы управления»

Составитель 1. Цели и задачи изучения дисциплины 1.1. Теория пластичности — раздел механики деформируемого твердого тела, в котором изучаются общие законы реакции твердых тел на внешние силовые воздействия с учетом необратимости деформаций.

Необратимые пластические деформации в элементах тела могут возникать только при определенном уровне напряжений, количественная мера которого выражается в форме условия (критерия) пластичности. Необратимые деформации в теории пластичности предполагаются не зависящими от скорости нагружения. Необратимое деформирование твердых тел, существенно зависящее от скорости нагружения, является предметом исследования теории ползучести, учитывающей эффекты нелинейно-вязкого течения при нагружении твердых тел. Теория пластичности, вместе с теорией упругости и теорией ползучести, составляет основное содержание современной механики деформируемого твердого тела.

Основными отличительными атрибутами процесса пластического деформирования, являются необратимость и склерономность. Необратимость или способность приобретать остаточные деформации отличает пластическое деформирование от упругого, а склерономность, то есть инвариантность по отношению к выбору масштаба времени или иначе нечувствительность к скорости протекания процесса, отличает его от ползучести. Указанные особенности порождают специфику определяющих уравнений, свойств решений краевых задач и как следствие этого специфику методов численного решения. Объектом изучения теории пластичности являются металлы и сплавы, горные породы и грунты, лед и древесина, а также многие современные конструкционные материалы, например такие как, материалы с памятью формы и ферроэластики.

Изучение основ теории пластичности позволит получить следующие знания и навыки:

- основы построения математических моделей упругопластического материала;

- основы общей теории определяющих уравнений;

- основы термодинамики необратимых процессов;

– умения ставить и решать начально-краевые задачи упругопластичности;

Успешное изучение дисциплины предполагает сочетание лекционных и самостоятельной работы.

Контроль знаний студентов осуществляется на экзамене, как в устной, так и в письменной форме.

Целью курса является освоение студентами основ феноменологической теории пластичности, основных принципов построения математических моделей неупругого материала, основ аналитических и вычислительных методов решения физически нелинейных краевых задач.

В курсе рассматриваются различные варианты определяющих уравнений упругопластического материала, постановки краевых задач и методы их решения. Рассмотрены приложения к одномерным, двумерным и трехмерным квазистатическим физически нелинейным задачам при монотонном и циклическом нагружении.

При изучении дисциплины «Теория пластичности» студент должен получить знания:

- Экспериментальные и физические факты развития неупругих деформаций в металлах.

- Основные понятия и методы решения задач феноменологической теории пластичности.

- Основы теории накопления континуальных повреждений.

- Применение метода конечных элементов в задачах с физической нелинейностью.

На основании этих знаний студент должен уметь:

- достаточно свободно оперировать основными теоретическими понятиями курса;

- применять методы аналитического и численного решения краевых задач;

Курс «Математика» формирует у студента следующие навыки:

- решения задач математической теории пластичности;

- работы с научной литературой;

Основными целями изучения данного учебной дисциплины являются:

– формирование умения строить математические модели материала;

– формирование основных понятий о методах решения физически нелинейных задач;

– формирование навыков математического мышления;

– формирование умения использовать математические методы расчета.

В этой связи необходимо выделить следующие основные задачи:

1) развитие знаний о теории определяющих уравнений и принципах выбора модели материала, адекватной сложности решаемой задачи;

2) владение методами экспериментального определения механических характеристик материала;

3) овладение основными методами исследования и решения нелинейных математических задач.

1.2. Дисциплина используется при формировании следующих компетенций (по ФГОС):

Общекультурные компетенции (ОК):

совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень; владеть культурой мышления, иметь способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

самостоятельно овладевать новыми методами исследования в условиях изменения научного и научнопроизводственного профиля своей профессиональной деятельности; стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и компетенций; критически оценивать свои достоинства и недостатки (ОК-2);

самостоятельно приобретать с помощью информационных и телекоммуникационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

Профессиональные компетенциями (ПК):

научно-исследовательская деятельность, включая расчетно-экспериментальную:

выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат, вычислительные методы и компьютерные технологии (ПК-1);

применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2);

критически анализировать современные проблемы прикладной механики с учетом потребностей промышленности, современных достижений науки и мировых тенденций развития техники и технологий, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения теоретических, прикладных и экспериментальных задач, анализировать, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты (ПК-3);

самостоятельно осваивать и применять современные теории, физико-математические и вычислительные методы, новые системы компьютерной математики и системы компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга (CAD/CAE-системы) для эффективного решения профессиональных задач (ПК-4);

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Теория пластичности» изучается в 1-ом семестре магистратуры и базируется на прослушанных студентами ранее курсах «Механика сплошных сред», «Теория упругости», «Вычислительная механика», «Сопротивление материалов» и другие специальные дисциплины начальных и старших семестров знаниях студентов.

Изучение курса «Теория пластичности» необходимо для теоретической и практической подготовки студентов к исполнению профессиональных обязанностей по специальности «Прикладная Механика», изучения курса «Механика разрушения».

Основными идеями, определяющими содержание дисциплины, являются:

формирование у студентов теоретических знаний, на основе которых они могут понять основные закономерности упругопластического деформирования необходимые для решения исследовательских и практических инженерных задач механики;

значимость, необходимость и целесообразность содержания материала для успешной практической деятельности студентов по специальности.

соответствие сложности содержания материала реальным учебным возможностям;

соответствие объема содержания времени, отпущенному на изучение данной дисциплины;

соответствие содержания учебно-методической и материальной базе института.

В процессе обучения предусмотрены следующие формы и методы проведения занятий:

самостоятельная работа.

Формой итоговой аттестации качества знаний по материалу дисциплины является экзамен.

Изучение учебной дисциплины «Теория пластичности» предусмотрено учебным планом физикомеханического факультета для высшего профессионального образования.

Успешное овладение дисциплиной рассматривается как условие высокой профессиональной квалификации будущих механиков.

3. Распределение объема учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины по ФГОС ВПО составляет 2 зачетных единицы (72 часов).

Виды занятий и формы контроля Практические занятия (ПЗ), час.

Курсовые работы (КР), шт.

4. Структура и содержание дисциплины основы неупругого деформирования Определяющие уравнения пластического материала Простейшие задачи теории пластичности Определяющие уравнения вязкопластического материала Решение физически нелинейных задач на основе метода конечных элементов Содержание разделов дисциплины 1. Экспериментальные и физические основы неупругого деформирования Экспериментальные основы неупругого деформирования.

Физические основы неупругого деформирования.

Простейшие одномерные модели пластичности.

2. Определяющие уравнения пластического материала Структура основной системы уравнений механики деформируемого твердого тела.

Дифференциально-алгебраические уравнения.

Условия начала пластичности для изотропного и анизотропного материала.

Кинематика упруго-пластического деформирования.

Эволюция поверхности нагружения.

Ассоциированный закон пластического течения.

Деформационная теория пластичности.

Теория пластического течения.

Эндохронная теория пластичности.

Реологические модели упруго-пластического материала. Обобщенный материал Прандтля 3. Простейшие задачи теории пластичности Растяжение и кручение тонкостенной трубы.

Толстостенная сферическая оболочка под действием давления.

Изгиб балки.

Цилиндрическая труба из упрочняющегося материала под действием давления 4. Плоская деформация Линеаризация уравнений. Переменные и Характеристики системы уравнений в частных производных Линии скольжения и их свойства Граничные условия. Линии разрыва напряжений Поле скоростей.

Клин под действием одностороннего давления Вдавливание плоского жесткого штампа в полуплоскость Растяжение полосы с угловыми вырезами Растяжение полосы с вырезами имеющими круговое основание 5. Экстремальные принципы Энергетические тождества.

Дополнительные неравенства в теории пластичности Минимальные свойства действительного поля скоростей Минимальные свойства действительного поля напряжений Кинематическая теорема о предельной нагрузке Статическая теорема о предельной нагрузке 6. Определяющие уравнения вязко-пластического материала Обобщенные модели неупругого деформирования Декомпозиция тензора деформации при неупругом деформировании Реологическое моделирование Физические механизмы неупругого деформирования Аппроксимации кривых ползучести Технические теории ползучести Упруго-вязкопластический материал Пэжины Установившаяся ползучесть толстостенной трубы 7. Решение физически нелинейных задач на основе метода конечных элементов Принцип виртуальных перемещений.

Инкрементально-итерационная процедура метода Ньютона-Рафсона.

Метод продолжения по параметру нагружения.

Явные и неявные численные методы интегрирования определяющих уравнений пластичности.

Схема интегрирования предиктор-корректор.

Метод радиального возврата и наикратчайшей проекции.

5. Лабораторный практикум Не предусмотрен 6. Практические занятия Не предусмотрены 7. Курсовой проект (курсовая работа) Не предусмотрен 8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 8.1. Рекомендуемая литература Ишлинский А.Ю. Математическая теория пластичности. Москва: ФизМатЛит. 2003, 704 с.

Зубчанинов В.Г. Математическая теория пластичности. Тверь. 2002, 300 с.

Новожилов В.В., Кадашевич Ю.И. Микронапряжения в конструкционных материалах. Л.: Машиностроение, 1990. 223 с.

Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: ГИТТЛ, 1956. 407 с.

Пальмов В.А. Колебания упруго-пластических тел. М.: Наука, 1976. 328 с.

Поздеев А.А., Трусов П.В., Няшин Ю.И. Большие упруго-пластические деформации. Теория, алгоритмы, приложения. М.: Наука, 1986. 232 с.

Качанов Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука. 1969. 420 с.

Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975. 400 с.

Москвитин В.В. Циклическое нагружение элементов конструкций. М.: Наука, 1988. 344 с.

Гохфельд Д.А., Садаков О.С. Пластичность и ползучесть элементов конструкций при повторных нагружениях. М.: Машиностроение, 1984. 256 с.

Ивлев Д.Д., Быковцев Г.И. Теория упрочняющегося пластического тела. М.: Наука, 1971. 232 с.

Коларов Д., Балтов А., Бончева Н. Механика пластических сред. М.: МИР, 1979. 302 с.

Лихачев В.А., Малинин В.Г. Структурно-аналитическая теория прочности. С.-Петербург: Наука.

Ильюшин А.А. Пластичность. Основы общей математической теории // М.: Изд-во АН СССР, 1963.

Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. М.:Мир, 1976. 464 с.

Койтер В.Т. Общие теоремы теории упруго-пластических сред. М.: ИЛ, 1961. 80 с.

Пэжина П. Основные вопросы вязкопластичности. М.: Мир, 1968. 176 с.

Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. 752 с.

Лурье А.И. Нелинейная теория упругости. М.: Наука, 1980. 512 с.

Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности / Пер. с англ.; Под ред. Н.В.

Баничука. М.: Мир, 1987. 542 с.

8.2. Условия реализации и технические средства по обеспечению дисциплины Программное обеспечение персональных компьютеров; информационное, программное и аппаратное обеспечение локальной компьютерной сети; информационное и программное обеспечение глобальной сети ИНТЕРНЕТ.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерный класс, ПЭВМ с микропроцессором не ниже Pentium 4, объем ПЗУ не меньше 2-3 ГБ, объем ОЗУ не меньше 513 МБ..

10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины Рекомендуется основной объем базовых знаний преподнести на лекционных занятиях, а указанную литературу использовать для закрепления и расширения полученных знаний, поскольку имеющиеся учебники и учебные пособия дополняют друг друга.

Также рекомендуется больше уделять внимания самостоятельной работе студентов, в частности выполнению ими одного домашнего расчтного задания, из 1-2 задач каждое, с тем, чтобы, ознакомившись на практических занятиях с методами решения подобных задач, он имел возможность закрепить практические навыки, работая в удобном режиме времени, пользуясь консультациями преподавателя на дальнейших практических занятиях по соответствующим темам.

В процессе изучения дисциплины осуществляется контроль степени освоения знаний и умений, который проводится преподавателем по утвержденным методикам, согласованным с кафедрой и учебным отделом института. Контроль предусматривает следующие основные формы:

7. Текущий контроль знаний студентов, осуществляемый на практических занятиях.

8. Промежуточный контроль, осуществляемый в ходе выполнения расчетного задания.

9. Итоговый контроль проводится в форме зачета по учебной дисциплине.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИМЕРНЫХ ВОПРОСОВ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ

Условия начала пластичности для изотропного и анизотропного материала.

Кинематика упруго-пластического деформирования.

Ассоциированный закон пластического течения.

Деформационная теория пластичности.

Теория пластического течения.

Обобщенный материал Прандтля.

Растяжение и кручение тонкостенной трубы.

Толстостенная сферическая оболочка под действием внутреннего давления.

Цилиндрическая труба из упрочняющегося материала под действием давления Линии скольжения и их свойства Поле скоростей при плоской деформации.

Клин под действием одностороннего давления Вдавливание плоского жесткого штампа в полуплоскость Растяжение полосы с угловыми вырезами Растяжение полосы с вырезами, имеющими круговое основание Энергетические тождества. Дополнительные неравенства в теории пластичности Минимальные свойства действительного полей скоростей и напряжений Кинематическая и статическая теорема о предельной нагрузке Упруго-вязкопластический материал Пэжины Решение физически нелинейных задач на основе метода конечных элементов Выполнение требований ФГОС ВПО в рабочей программе учебной дисциплины подтверждаем:

Заведующий кафедрой «Механика и процессы управ- Доцент кафедры «Механика и процессы Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

УТВЕРЖДАЮ

ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Составлена кафедрой «Механика и процессы управления»

Составитель 1. Цели и задачи изучения дисциплины 1.1.Для реализации замыслов конструкторов в инженерных применениях применяются различные материалы. Использование того или иного определяется условиями его работы в составе конструкции или сооружения. Так, для машиностроительных конструкций типичными материалами являются металлы, причем в разных отраслях разные. Так материалы стационарной энергетики отличаются от материалов судовой энергетики и тем более от материалов авиационных конструкций. Особое место среди машиностроительных материалов занимают материалы атомной энергетики. Огромную роль в строительстве занимает бетон. Для него характерно то, что он выдерживает сравнительно большие сжимающие напряжения и совершенно непригоден для элементов строительных конструкций, в которых имеют место значительные растягивающие напряжения.

Изучение курса «Конструкционная прочность» позволит получить следующие умения и навыки:

- обоснование выбора материала по условиям его работы;

- умение различать различные виды разрушения, типичные для различных конструкций;

- умение учесть отличие дефектов материала и дефектов изготовления конструкции;

- умение активно использовать нормативные документы при назначении ограничений на материал.

Успешное изучение дисциплины предполагает сочетание лекционных и лабораторных занятий. На лабораторных занятиях экспериментами демонстрируются основные виды разрушения машиностроительных конструкций и измеряются характерные параметры этих разрушений..

Контроль знаний студентов осуществляется на лабораторных занятиях как в устной, так и в письменной форме. Разработаны индивидуальные самостоятельные и контрольные работы.

Целью курса «Конструкционная прочность» является освоение студентами основных методов и понятий курса и умение их применять Специальность «Динамика и прочность машин» - это в первую очередь машиностроительная специальность. Из всего многообразия машиностроительных материалов в в курсе «Конструкционная прочность» основное внимание уделено материалам, используемым в турбиностроении и атомной энергетике. Турбиностроение является особенно характерной областью машиностроения, поскольку в ней помимо специальных материалов используются все виды материалов, разработанных для деталей общего машиностроения. В связи с этим в курсе рассмотрены материалы турбиностроения. В курсе большое внимание уделяется особенностям работы материала в составе конструкции, таким особенностям, как концентрация напряжений, литейные дефекты, дефекты прокатки, иные повреждения, трещины. Условия работы материала определяют виды разрушения. Типичными являются вязкое разрушение, хрупкое разрушение, усталостное разрушение. Возможны разрушения, связанные с накоплением повреждений с изломом, с коррозийным разрушением.

Определенное и важное место в курсе «Конструкционная прочность» уделяется контролю текущего состояния конструкций: вибрационный контроль, ультразвуковой контроль, применение метода акустической эмиссии.

В курс «Конструкционная прочность» включены методы нормирования конструкционной прочности.

Они охватывают государственные стандарты по испытанию на надежность, нормы расчета в строительстве, машиностроении и энергетике (сосуды давления, корпусные детали, трубопроводы). В курсе рассматриваются различные типичные условия работы конструкции, приводящие к различным видам разрушения или отказам. Рассматриваются вопросы нормирования с использованием нормативных документов.

При изучении дисциплины «Конструкционная прочность» студент должен получать знания:

- основные понятия и методы дисциплины;

- основные типичные параметры, по которым проводится нормирование;

- основные методы контроля текущего состояния конструкции.

На основании этих знаний студент должен уметь:

- достаточно свободно оперировать основными теоретическими понятиями курса;

- выполнять расчетные задания по подбору параметров металлов с целью выполнения условий конструкционной прочности.

Курс Конструкционная прочность формирует у студента следующие навыки:

- решения задач по выполнению и нормированию условий конструкционной прочности;

- работы с научной и технической литературой;

- выполнения самостоятельных расчетных заданий.

Основными целями изучения данной учебной дисциплины являются:

– формирование навыков грамотного механического мышления с корректным учетом условий работы механической конструкции;

– формирование умения формулировать нормативы на возможные разрушения и отказы;

– формирование умения использовать нормативные документы;

В этой связи необходимо выделить следующие основные задачи:

1) развитие инженерного мышления;

2) овладение методами создания имитационных моделей для качественного исследования условий работы машин и конструкций;

3) овладение методами нормирования прочности, деформативности, долговечности;

4) выработка умения самостоятельного расширения инженерных знаний и применения их к решению простейших типичных инженерных задач.

1.2. Дисциплина используется при формировании следующих компетенций (по ФГОС):

Общекультурные компетенции (ОК):

совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень; владеть культурой мышления, иметь способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);

самостоятельно овладевать новыми методами исследования в условиях изменения научного и научнопроизводственного профиля своей профессиональной деятельности; стремиться к саморазвитию, повышению своей квалификации и компетенций; критически оценивать свои достоинства и недостатки (ОК-2);

свободно пользоваться русским и иностранным языками как средством делового общения, переписки и документооборота; готовить презентации, делать доклады, писать статьи и отчеты о научноисследовательской работе, в том числе и на иностранном языке (ОК-3);

самостоятельно приобретать с помощью информационных и телекоммуникационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

уметь использовать полученные знания для аргументированного обоснования своих решений с точки зрения безопасности (ОК-13).

Профессиональные компетенции (ПК):

научно-исследовательская деятельность, включая расчетно-экспериментальную:

выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат, вычислительные методы и компьютерные технологии (ПК-1);

применять физико-математический аппарат, теоретические, расчетные и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2);

критически анализировать современные проблемы прикладной механики с учетом потребностей промышленности, современных достижений науки и мировых тенденций развития техники и технологий, ставить задачи и разрабатывать программу исследования, выбирать адекватные способы и методы решения теоретических, прикладных и экспериментальных задач, анализировать, интерпретировать, представлять и применять полученные результаты (ПК-3);

самостоятельно осваивать и применять современные теории, физико-математические и вычислительные методы, новые системы компьютерной математики и системы компьютерного проектирования и компьютерного инжиниринга (CAD/CAE-системы) для эффективного решения профессиональных задач (ПК-4);

овладевать новыми современными методами и средствами проведения экспериментальных исследований по динамике и прочности, устойчивости, надежности, трению и износу машин и приборов; обрабатывать, анализировать и обобщать результаты экспериментов (ПК-7);

самостоятельно адаптировать и внедрять современные наукоемкие компьютерные технологии прикладной механики с элементами мультидисциплинарного анализа для решения сложных научнотехнических задач создания техники нового поколения: машин, конструкций, композитных структур, сооружений, установок, агрегатов, оборудования, приборов и аппаратуры (ПК-11);

проектно-конструкторская деятельность:

формулировать технические задания и применять программные системы компьютерного проектирования (CAD-системы) в процессе конструирования деталей машин и элементов конструкций с учетом обеспечения их прочности, жесткости, устойчивости, долговечности, надежности и износостойкости, готовить необходимый комплект технической документации в соответствии с ЕСКД (ПК-12);

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Конструкционная прочность»» изучается на 1 семестре магистратуры и базируется на прослушанных студентами курсах «Теория упругости», «Строительная механика машин», «Теория пластичности и ползучести», «Колебания упругих тел», «Механика разрушения». Изучение курса «Конструкционная прочность» необходимо для разносторонней подготовки студентов к профессиональной деятельности.

Курс «Конструкционная прочность» готовит студентов к пониманию подходов к решению инженерных задач. У студента должно возникнуть понимание того, что при одном и том же напряженном состоянии, например, при одноосном растяжении, в разных отраслях машиностроения используются различные нормы прочности и безотказности, что приводит к различным коэффициентам запаса. Более того, в одной и той же отрасли машиностроения, например, в авиационной или судостроительной в разных странах и на разных фирмах применяются разные нормативы прочности. Мало этого, нормы прочности в военном судостроении или авиации отличаются от соответствующих гражданских отраслей. Появляющиеся при этом разные значения коэффициентов запаса отражают «цену» аварий и разрушений, принятую в разных странах и разных отраслях машиностроения.

Основными идеями, определяющими содержание дисциплины, являются:

формирование у студентов теоретических знаний, на основе которых они могут понять обязательность и закономерность использования понятий и методов курса «Конструкционная прочность» в решении исследовательских и практических задач прикладной механики;

значимость, необходимость и целесообразность содержания материала курса для успешной практической деятельности студентов по специальности.

соответствие содержания материала реальным учебным возможностям;

соответствие объема содержания времени, отпущенному на изучение данной дисциплины;

соответствие содержания учебно-методической и материальной базе университета.

В процессе обучения предусмотрены следующие формы и методы проведения занятий:

практические занятия.

Формой итоговой аттестации качества знаний по материалу дисциплины являются зачет в 9 семестре.

Изучение учебной дисциплины «Конструкционная прочность» предусмотрено учебным планом физико-механического факультета для высшего профессионального образования.

Успешное овладение дисциплиной рассматривается как важнейшее условие высокой профессиональной квалификации будущих инженеров-механиков.

3. Распределение объема учебной дисциплины Общая трудоемкость дисциплины по ФГОС ВПО составляет 4 зачетных единицы (144 часов).

4. Структура и содержание дисциплины металлов, используемых в турбиностроении Нормативные документы для атомной энергетики Содержание разделов дисциплины 1. Материалы, используемые в турбиностроении. Железные сплавы Классификация сталей по их применению. Строительные и арматурные стали. Малоуглеродистые конструкционные стали. Конструкционные улучшаемые стали. Жаропрочные, жаростойкие и нержавеющие стали.

Высокопрочные стали. Немагнитные стали. Стали для пружин. Стали для штампов. Износостойкие стали.

Электротехнические стали. Чугуны. Цветные сплавы. Сплавы на никелевой основе. Титановые сплавы. Кобальтовые сплавы. Композитные металлические материалы. Алюминий и его сплавы. Медные сплавы. Оловянистые сплавы. Магниевые сплавы. Керамические материалы для деталей турбиностроения.

2. Ползучесть и длительная прочность металлических материалов Процесс ползучести. Кривая ползучести. Четыре характерных участка кривой ползучести. Предел ползучести. Длительная прочность. Предел длительной прочности. Минимальная скорость ползучести. Кривая мгновенного деформирования. Изохронные кривые деформирования. Релаксация напряжений. Длительная пластичность. Зависимости для скорости ползучести на стадии установившейся ползучести. Популярные модели ползучести. Теории ползучести. Классификация процессов ползучести. Популярные модели ползучести. Теории ползучести. Модели, используемые в коммерческих конечно-элементных программах. Базовые эксперименты для определения параметров моделей. Влияние ползучести на сопротивление упругопластическому деформированию. Циклическая ползучесть. Ползучесть и длительная прочность в условиях сложного напряженного состояния.

3. Неразрушающие методы контроля состояния конструкций Состояние проблемы контроля качества и прогнозирования разрушения промышленных объектов. Руководящие документы Гостехнадзора и ведомств, инструкции. Методы неразрушающего контроля. Ультразвуковой метод. Вибрационный метод. Акустическая эмиссия. Физические основы явления. Основные источники акустической эмиссии в твердых телах. Модель трещины, как излучателя акустической эмиссии. Характеристики сигналов акустической эмиссии и их информативность. Эмпирические признаки готовящегося разрушения и их физический смысл. Существующие в настоящее время зарубежные и отечественные методики акустическо-эмиссионного контроля конструкционных материалов, прогнозирования разрушения и оценок остаточного ресурса промышленных конструкций. Нормативные документы по акустической эмиссии и их оценка. Рентгеновский метод неразрушающего определения напряжений. Развитие представлений о разрушении: феноменологический, структурный, термофлуктуационный. Формула Журкова для долговечности. Переход от механической к кинетической концепции разрушения. Анализ формулы Журкова для прочности. Прогнозирование долговечности на основе формулы Журкова. Четыре области напряжений.

Степенная зависимость при низких напряжениях. Неразрушающие напряжения. Механизм разрушения.

Факторы, влияющие на развитие трещин: статистика разрушающих термофлуктуаций и структурная гетерогенность материала, наличие концентрации напряжений. Три стадии развития трещин. Концентрационный критерий кластеризации трещин и разрушения. Кинетический подход к прогнозированию разрушения. Прогнозирование времени до зарождения магистральной трещины. Анализ существующих методов прогнозирования разрушения промышленного оборудования.

4. Нормативные документы для атомной энергетики Обязательность проведения поверочного расчета. Назначение поверочного расчета. Основные факторы, подлежащие учету при проведении расчетов. Требования к схематизации дефектов. Учет дефектов в расчетных схемах: методология расчета. Классификация напряжений. Порядок определения напряжений. Расчет на статическую прочность. Расчет на циклическую прочность. Расчет на прочность при наличии трещиноподобных дефектов. Расчетные характеристики трещиностойкости. Определение коэффициента интенсивности напряжений. Расчет увеличения размеров трещин при статическом и циклическом нагружении. Расчет на сопротивление хрупкому разрушению. Определение допускаемых размеров трещиноподобных дефектов.

Расчет конструкций оборудования атомных станций на сейсмические воздействия. Установление допускаемых напряжений.

5. СНИП в строительстве Нагрузки и воздействия на строительные конструкции. Вес конструкций и грунтов. Равномерно распределенные нагрузки. Сосредоточенные нагрузки и нагрузки на перила. Нагрузки от мостовых и подвижных кранов. Снеговые нагрузки. Ветровые нагрузки. Гололедные нагрузки. Температурные климатические воздействия. Прочие нагрузки.

Предельные прогибы и перемещения. Горизонтальные предельные прогибы колонн и тормозных конструкций от крановых нагрузок. Нагрузка от удара крана о тупиковый упор. Силовые нагрузки на здания с различной формой покрытий. Схемы ветровых нагрузок и аэродинамические коэффициенты.

Карты районирования СССР (России) по климатическим характеристикам.

Учет ответственности зданий и сооружений с помощью коэффициентов ответственности.

5. Лабораторный практикум Предусмотрена демонстрация различных видов разрушения образцов при разных режимах нагружения..

6. Практические занятия Выполнение тестовых заданий по разделам №№ 1-5.

7. Курсовой проект (курсовая работа) Не предусмотрен 8. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 8.1. Рекомендуемая литература 1.Гецов Л.Б. Материалы в турбостроении. СПб. Изд. Политехнического университета. 2. Гецов л.Б. Ползучесть и длительная прочность металлических материалов. СПб. Изд. Политехнического университета. 3. Руководство по расчету на прочность оборудования и трубопроводов реакторных установок РБМК и ВВЭР на стадии эксплуатации. РД ЭО 0330-01. Москва. 2001.