Санкт-Петербург 2012

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ
«ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
_____________________________
___________________________
Руководитель ООП по
Зав. каф. механики
направлению 130101 зав. кафедрой
В.Г. Гореликов
МКП профессор Ю. Б. Марин
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
МЕХАНИКА
Специальность: 130101 «ПРИКЛАДНАЯ ГЕОЛОГИЯ»
Квалификация (степень) выпускника: специалист (горный инженергеолог)
Составитель: Зав. каф. механики, профессор В.Г. Гореликов
Санкт-Петербург 2012
1
1. Цели освоения дисциплины
Цель преподавания дисциплины – ознакомление студентов с
теоретическими основами и методами механики как науки о о механическом
движении материальных тел и происходящих при этом взаимодействиях
между телами, с тем, чтобы они могли правильно интерпретировать
результаты инженерных исследований и применять их для решения
конкретных геологических задач.
Предметом дисциплины являются методы расчета деталей машин и
сооружений на прочность, жесткость и устойчивость, развитии инженерного
мышления и формирования у студентов систематизированных знаний и
практических навыков устанавливать, какой материал рационально
применить для того или иного элемента конструкции, какую форму и
размеры придать его поперечному сечению, для обеспечения надежной
работы, при минимальных затратах материала.
Глобальными целями освоения дисциплины «Механика» являются:
обеспечить приобретение знаний и умений по основным вопросам в
соответствии с Государственным образовательным стандартом по
направлению «Прикладная геология»
содействовать
фундаментализации
образования,
формированию
мировоззрения и развитию системного мышления студентов.
Локальные цели и задачи дисциплины предусматривают:
освоение системы базовых знаний, отражающих роль механики как
науки в общественной жизни и производственной деятельности людей;
развитие способностей применять, анализировать и развивать методы
расчетов проектируемых деталей и конструкций на прочность, долговечность
и экономичность;
развитие познавательных и творческих способностей путём освоения и
применения методов и приемов дисциплины «Механика» для постановки и
решения технических задач при изучении и освоении различных учебных
дисциплин;
приобретение студентами в процессе обучения знаний и навыков в
области расчетов отдельных элементов конструкций и сооружений на
прочность, жесткость и устойчивость;
воспитание ответственного отношения к соблюдению этических и
правовых норм при эксплуатации различных инженерных конструкций.
2
2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО по направлению
подготовки «Прикладная геология»
Дисциплина «Механика» относится к базовой части математического и
естественнонаучного цикла С.3 основной образовательной программы
специалиста. Её изучение базируется на знаниях и умениях, полученных при
освоении дисциплин математики и физики .
Изучение и успешная аттестация по данной дисциплине, наряду с
другими дисциплинами математического и естественнонаучного, а также
гуманитарного, социального и экономического циклов являются
необходимыми для успешного освоения дисциплин профессионального
цикла.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций: ОК-1, ОК-3, ОК-7, ОК-9, ПК-6, ПК-7, ПК-8, ПК-10, ПК-19, ПК21.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
теоретические основы статики исопротивления материалов;
основные элементы конструкций и сооружений, их схематизация и
критерии выбора конструкционных материалов и конструктивных форм;
механические свойства материалов и реальные значения прочных
характеристик для широкого круга материалов;
основные понятия, правила и порядок расчетов элементов конструкций
на прочность, жесткость и устойчивость;
основные механические свойства материалов и их прочностные
свойства:
математические
соотношения
между
внешними
силами,
геометрическими размерами деталей конструкций, возникающими силами
упругости и деформациями;
назначение и функции используемых элементов и узлов различных
инженерных конструкций;
законы, методы и основные допущения, используемые при расчетах
деформаций и напряжений, а также требования к временным и долговечным
сооружениям;
сущность и значение науки механие в развитии современного общества.
уметь:
3
логически верно, аргументировано и ясно применять терминологию
данной дисциплины;
классифицировать элементы инженерных конструкций, выделять
характерные для них свойства и формулировать постановку задачи;
выбирать расчетные схемы, сравнивать и отыскивать оптимальные
варианты решений;
оперировать расчетными формулами, анализировать виды деформаций и
выполнять проверку сооружений на прочность, жесткость и устойчивость;
рассчитывать и оценивать геометрические характеристики плоских
сечений;
Пользуясь математическими соотношения между внешними силами,
геометрическими размерами деталей конструкций, возникающими силами
упругости и деформациями и прочностными характеристиками материалов
определять необходимые размеры проектируемых деталей и конструкций;
выполнять теоретические и экспериментальные исследования по
прочности, устойчивости и выносливости различных технических
конструкций;
создавать и использовать при решении практических задач различные
формы представления информации: формулы, графики, диаграммы, таблицы;
создавать рисунки, чертежи, графические представления реального
объекта, в частности, в при составлении уравнений равновесия статики,
расчетах реакций опор и проверке элементов сооружений на условия
прочности;
искать информацию с применением правил поиска (построения
запросов) в базах данных, компьютерных сетях, некомпьютерных источниках
информации (справочниках и словарях, каталогах, библиотеках) при
выполнении самостоятельной работы;
владеть:
терминологией дисциплины «Механика», культурой мышления,
способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке
цели и выбору путей её достижения;
основами расчетов на работоспособность конструкций и сооружений;
экспериментальными
методами
по
определению
основных
механических характеристик материалов;
методами расчета размеров и установления рациональной формы
поперечных сечений элементов конструкции в зависимости от характера
внешней нагрузки;
4
методами проверки достоверности и степени погрешности некоторых
допущений принимаемых при теоретических выводах;
экспериментальными
методами
определения
напряжений
и
практическими навыками в постановке опытов и испытаний.
3. Объём дисциплины «Механика» и виды учебных работ
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы
Реферат
Другие виды самостоятельной
работы
Вид промежуточной аттестации
(зачет, экзамен)
Общая трудоёмкость (в часах)
Всего часов
/ зачётных
единиц
48
Семестр
3
48
34
17
34
17
50
50
–
50
–
–
50
–
экзамен
98
98
Зачётные единицы
5
5.Содержание учебного материала
5.1. Содержание разделов дисциплины
Лекции
Раздел 1. Статика. Уравнения равновесия плоской системы сил.
Тема 1.1. Схематизация материальных тел. Сила. Классификация сил.
Аксиомы статики.
1.1.1. Организационные вопросы изучения дисциплины. Сила, признаки
силы.
1.1.2. Аксиомы статики.
1.1.3. Проекция силы на ось. Равнодействующая сходящихся сил.
1.1.4. Момент силы относительно точки.
Тема 1.2. Пара сил. Опоры (связи) и их реакции.
1.2.1. Пара сил, момент пары. Эквивалентность пар.
1.2.2. Теорема о параллельном переносе силы.
1.2.3. Классификация опор и их реакции.
Тема 1.3. Классификация систем сил. Уравнения равновесия плоской
системы сил.
1.3.1. Линейная, плоская и объемная система сил.
1.3.2. Главный вектор и главный момент системы сил
1.3.3. Геометрические и алгебраические уравнения равновесия статики.
1.3.4. Принципы решения задач статики.
Раздел 2. Осевое растяжение и сжатие. Механические свойства
конструкционных материалов.
Тема 2.1. Гипотезы о твердом теле. Внутренние силы. Метод сечений.
Напряжение. Деформация.
2.1.1. Основные допущения и гипотезы о свойствах материала.
2.1.2. Сущность метода сечений. Нормальное, касательное и полное
напряжение.
2.1.3. Основные виды деформаций.
6
Тема 2.2. Деформация и напряжения при растяжении и сжатии.
2.2.1. Элементы конструкций, работающих на осевое растяжение сжатие.
2.2.2. Продольная сила. Закон Гука. Определение осевых перемещений.
Жесткость поперечного сечения при растяжении - сжатии.
2.2.3. Напряжения в поперечных сечениях стержня. Условие прочности.
Тема 2.3. Диаграмма растяжения и сжатия малоуглеродистой стали.
2.3.1. Работа деформации при растяжении.
2.3.2. Условная и истинная диаграммы напряжений.
2.3.3. Диаграммы растяжения и сжатия хрупких материалов.
Тема 2.4. Статически неопределимые стержневые системы.
2.4.1. Степень статической неопределимости. Уравнения совместности
деформаций.
2.4.2. Расчет простейших статически неопределимых систем,
находящихся под действием внешних сил.
2.4.3. Причины возникновения в данных системах дополнительных
напряжений вследствие изменения температуры или неточности
изготовления, их расчет.
2.4.4. Подбор сечений несущих стержней.
Раздел 3. Теория напряженного состояния.
Тема 3.1. Виды напряженного состояния
3.1.1. Главные площадки и главные напряжения.
3.1.2. Нормальные и касательные напряжения по наклонным и взаимно
перпендикулярным площадкам.
3.1.3. Закон парности касательных напряжений. Экстремальные
касательные напряжения.
Тема 3.2. Круги Мора. Обобщенный закон Гука. Объемная
деформация. Теории прочности.
3.2.1 Прямая и обратная задачи на кругах Мора.
7
3.2.3. Обобщенный закон Гука для линейного, плоского и объемного
напряженного состояния.
3.2.4. Объемный модуль упругости.
Раздел 4. Сдвиг и кручение.
Тема 4.1. Чистый сдвиг.
4.1.1. Абсолютный и относительный сдвиг.
4.1.2. Деформации и напряжения при сдвиге.
4.1.3. Закон Гука при сдвиге. Условие прочности.
4.1.4. Расчет заклепочных и сварных соединений.
Тема 4.2. Геометрические характеристики плоских сечений.
4.2.1. Осевые, центробежные и полярные моменты инерции.
4.2.2. Зависимости между моментами инерции для параллельных осей и
при повороте осей.
4.2.3. Главные оси инерции. Главные центральные моменты инерции.
4.2.4. Вычисление моментов инерции для простых и сложных сечений.
Тема 4.3. Кручение прямого стержня круглого поперечного сечения.
4.3.1. Касательные напряжения и угол закручивания.
4.3.2. Жесткость поперечного сечения при кручении.
4.3.3. Расчет на прочность и жесткость вала круглого поперечного
сечения.
4.3.4. Подбор сечений валов.
Раздел 5. Изгиб балок.
Тема 5.1. Виды изгиба. Внутренние силовые факторы в поперечных
сечениях при изгибе.
5.1.1. Классификация балок. Плоский изгиб.
5.1.2. Перерезывающая сила и изгибающий момент.
8
5.1.3. Правило знаков для перерезывающей силы и изгибающего
момента.
5.1.4. Эпюры поперечных сил, изгибающих моментов и правила их
построения.
5.1.4. Дифференциальные зависимости между поперечной силой,
изгибающим моментом и внешней распределенной нагрузкой.
Тема 5.2. Подбор материала и рациональных поперечных сечений
балок.
5.2.1. Деформации и напряжения при изгибе.
5.2.2. Расчет нормальных напряжений.
5.2.3. Проверка прочности балок при изгибе по нормальным
напряжениям.
5.2.4. Проверка прочности балок по касательным напряжениям. Полная
проверка прочности балок при изгибе.
Раздел 6. Сложное сопротивление.
Тема 6.1. Косой изгиб. Изгиб с кручением.
6.1.1. Напряжения и перемещения при косом изгибе.
6.1.2. Уравнение нейтральной линии.
6.1.3. Напряжения и перемещения при совместном действии изгиба с
кручением
6.1.4. Эквивалентное напряжение. Условие прочности.
Тема 6.2. Внецентренное сжатие.
6.2.1. Действие продольной силы. Эксцентриситет.
6.2.2. Суммарное напряжение Нейтральная линия.
6.2.3.Ядро сечения.
6.2.4. Пример расчета стержневых конструкций на сложное
сопротивление.
Тема 6.3. Устойчивость сжатых стержней.
9
6.3.1 Критическая сила.
6.3.2. Формула Эйлера.
6.3.3. Коэффициент приведения длины.
6.3.4. Пределы применимости формулы Эйлера.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с
обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Наименование
обеспечиваемых
(последующих)
дисциплин
Механика
горных
пород и грунтов
Буровые станки и
бурение скважин
Основы
буровзрывных работ
и разработки МПИ
Лабораторные
методы
изучения
минералов пород и
руд
Инженерногеологическое
обеспечение
проектирования,
строительства
и
эксплуатации нефтеи газапроводов
Физикомеханические
свойства пород
Инженерногеологические
изыскания
трасс
нефте-газопроводов
Документация керна
скважин
№№ разделов данной дисциплины, необходимых
для изучения обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
1
2
3
4
5
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
+
–
–
–
–
–
+
+
+
+
+
+
–
+
+
–
–
–
-
+
+
+
+
+
–
+
–
–
–
10
5.3. Разделы дисциплины и виды занятий
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
1
Статика. Уравнения
равновесия плоской системы
сил
2
Осевое растяжение и сжатие.
Механические свойства
конструкционных материалов.
Лекц Прак Лаб Сем
.
т.
.
ин
зан. зан.
6
4
СР
С
Всег
о
8
8
4
30
42
4
2
6
6
4
2
2
2
8
29
9
Статически неопределимые
стержневые системы
3
4
5
6
Теория напряженного
состояния
Сдвиг и кручение
Изгиб балок
Сложное сопротивление.
4
21
6. Лабораторные занятия не предусмотрены
.
7. Практические занятия (семинары):.
Раздел 1. Статика. Уравнения равновесия плоской системы сил
ПЗ 1.7.1; 1.7.2. Определение момента силы. Исследование условий
равновесия тела под действием плоской системы сил. Определение главного
вектора и главного момента системы сил.
Раздел 2. Осевое растяжение и сжатие. Механические свойства
конструкционных материалов.
ПЗ 2.7.1; 2.7.2. Закон Гука. Коэффициент Пуассона. Диаграмма
растяжения мягкой стали. Испытание образцов на сжатие. Построение эпюр
продольных сил и нормальных напряжений.
Раздел 3. Теория напряженного состояния.
11
ПЗ 3.1.1. Исследования напряжений на наклонных площадках при
различных напряжённых состояниях
Раздел 4. Сдвиг и кручение.
ПЗ 4.1.1. Определение числа заклёпок в заклёпочном соединении.
Изучение деформаций и напряжений образцов металла при сдвиге и
кручении. Проверка условий прочности.
Раздел 5. Изгиб балок
ПЗ 5.1.1. Построение эпюр перерезывающих си и изгибающих
моментов. Определение деформаций и расчет напряжений при изгибе.
Раздел 6. Сложное сопротивление
ПЗ 1.6.1.1. Определение напряжений при косом изгибе. Определение
напряжений в опасных точках при внецентренном сжатии.
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): не предусмотрены.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
ДОМАШНИЕ ЗАДАНИЯ
Домашние задания не предусмотрены.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение
дисциплины:
а) основная литература:
9.1. Беляев М.Н. Сопротивление материалов. – М.: Наука, 1976
9.2.
Степин
П.А.
Сопротивление
материалов:
Учебник
для
машиностроительных спец. вузов – 8 – е издание – М: Пресс,1997
9.3. Сопротивление материалов. Под редакцией профессора Н.А.
Костенко. Учебное пособие для студентов вузов М.: Высшая школа. 2000
9.4. Копнов В.А. Сопротивление материалов: Руководство для решения
задач и выполнения лабораторных и расчетно – графических работ (В.А.
Копнов, С.Н. Кривошапко – М.: Высшая школа 2003
12
9.5. Сборник задач по сопротивлению материалов. Под редакцией
В.К. Качурина. М.: Издательство Наука, 1992
9.6. Чумаков В.А., Коновалова М.Н. Компьютеризированная программа
для контроля знаний при выполнении расчетно – графических работ на
растяжение, кручение, изгиб, сложное сопротивление
9.7. Чумаков В.А. Методическое пособие по изучению понятий и
терминов курса Механикав текстовом и электронном варианте. Н.Тагил, 1992
9.8. Учебные задания на расчетно-графические работы по сопротивлению
материалов с методическими указаниями и с примерами выполнения . –
СПб.: СПГГИ(ТУ),2012.
б) дополнительная литература:
9.9. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов: Учебник для
технических вузов – 5 – е издание, перераб. и дополн. – М.: Высшая школа
1993
9.10.
Кинасошвили
Р.С.Сопротивление
материалов.
Учебник
для
самообразования – М.:1995
9.11.Бородин Н.А. Сопротивление материалов: Пособие для студентов,
обучающихся по спец. технического профиля. – 2 – е издание. Испр. – М:
Дрофа, 2001
9.12. Наделяев В., Мартынова Т., Герстеннберг В., Москвичев В.,
Богомаз И., Щербаков Т. Рейтинговая система оценки знаний при изучении
общетехнических
дисциплин
(сопротивление
материалов).
Высшее
образование в России, 1997, № 2
в) другие информационные источники:
9.13 Вычислительный комплекс MathCAD. Компьютерная программа для
выполнения вычислительных действий, обеспечивающих с помощью
встроенных функции запись аналитических выражений внутренних силовых
факторов, построения их графиков и выполнение прочностных расчетов.
2004
13
9.14. Чумаков В.А., Коновалова. М.Н. Компьютеризированная программа
для проверки остаточных знаний студентов по курсу «Сопротивление
материалов», шесть вариантов, из восьми вопросов в тесте, 2002
9.15. Чумаков В.А. Тесты для проверки знаний по курсу «Сопротивление
материалов» в текстовом и электронном исполнении, четыре варианта, по 31
вопрос в каждом варианте. 2002
9.16. Чумаков. В.А. Специфика самостоятельной работы при изучении
курса
«Сопротивление
самостоятельной работой
материалов».
В
сборнике
«Управление
студентов». Материалы научно-методической
конференции НТГСПА. 11 марта 2004 г. Н.Тагил
в) программное обеспечение
Портал «Гуманитарное образование» http://www.humanities.edu.ru/
Федеральный портал «Российское образование» http://www.edu.ru/
г) базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Нет
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Будут использованы специализированные аудитории (в т.ч.
компьютерный класс), а также лаборатория сопротивления материалов.
Также предусматривается набор учебных модулей по разделам и частям
дисциплины, в т.ч. конспект лекций, методические указания к решению
расчетно-графических работ, лабораторный практикум .
Электронные варианты учебных модулей.
Персональные компьютеры с оперативной памятью не менее 2 Гбайт.
Средства работы в сети.
Средства ручного представления информации (доски)
11. Методические
дисциплины:
рекомендации
по
организации
изучения
Образовательные технологии
Лекционные и лабораторные занятия проводятся в специализированных
аудиториях университета. На компьютерах должно быть установлено
программное обеспечение, необходимое для изучения соответствующих
частей дисциплины.
14
Самостоятельная работа
Приводится по рекомендациям преподавателей из расчёта 1 час на 1 час
аудиторных занятий. Самостоятельная работа предполагает углубленное
изучение материала с выполнением расчетно-графического задания по
наиболее важным разделам программы с последующей отчетностью,
помогающей овладеть методами решения задач.
Контроль усвоения дисциплины
Каждый студент должен выполнить две расчетно-графические работы.
Исходные данные для выполнения работ выдает преподаватель, ведущий
практические занятия. Работы выдаются на 3 и 8 неделях и сдаются
студентами на проверку через месяц после их выдачи.
Разработчик:
Санкт-Петербургский
государственный
горный институт
(технический
университет)
Зав. каф. механики
профессор кафедры
механики
В.Г. Гореликов
В.Г. Гореликов
15