Б3_Б_10_Строительная механика машин (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА
«СОГЛАСОВАНО»
«УТВЕРЖДАЮ»
Руководитель ОП
«Прикладная механика»
Заведующая кафедрой
Механики и математического моделирования
(название кафедры)
Озерова Г.П
(подпись)
«28»
(Ф.И.О. рук.ОП)
июня
2013г.
Бочарова А.А.
(подпись)
«28»
(Ф.И.О. зав. каф.)
июня
2013г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА МАШИН
Направление подготовки: 151600.62 Прикладная механика
Профиль подготовки:
«Математическое и компьютерное моделирование механических систем и процессов»
Форма подготовки (очная)
Инженерная школа ДВФУ
Кафедра механики и математического моделирования
курс 3семестр 5
лекции 18(час.)
практические занятия 18 час.
лабораторные работы 18 час.
самостоятельная работа 36 час.
всего часов аудиторной нагрузки 54 час.
контрольные работы (0)
курсовая работа / курсовой проект зачет – семестр
экзамен 5 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего образования, утвержденного приказом Министерства
образования и науки РФ от 9 ноября 2009 № 541
Рабочая программа обсуждена на заседании
моделирования, протокол № 9 от «27» июня 2013 г.
Заведующая кафедрой:к.ф.-м.н., проф. Бочарова А.А.
Составитель: д.т.н., профессор Беловицкий Е.М.
кафедры
Механики
и
математического
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(И.О. Фамилия)
2
АННОТАЦИЯ
Учебная дисциплина «Строительная механика машин» предназначена
для студентов 3 курса по направлению 151600.62 «Прикладная механика»,
профиль «Математическое и компьютерное моделирование механических
систем и процессов». Относится к базовой части профессионального цикла.
Дисциплина
«Строительная
механика
машин»
логически
и
содержательно связана с такими курсами как «Механика деформируемого
твердого
тела»,
«Сопротивление
«Детали
машин
материалов»,
и
основы
«Материаловедение»,
конструирования»,
«Теоретическая
механика».
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 90 часов.
Учебным
планом
практические
предусмотрены
занятия
(18часов),
лекционные
лабораторные
занятия
работы
(18
(18
часа),
часов),
самостоятельная работа студента (36 часов). Дисциплина реализуется на 3
курсе в 5 семестре.
Цель: Системное овладение механикой, как фундаментальной основой
для расчета и создания эффективных конструкций, и современными
вычислительными комплексами как средствами реализации инженерных
решений.
Задачи:
1. Сформировать необходимые представления о работе конструкций, об
их расчетных схемах, об аналитических способах решения задач расчета
строительных конструкций на прочность, жёсткость и устойчивость.
2. Формирование знаний о механических системах, происходящих в них
процессах о современных методиках расчётов конструкций в механике
твердого деформированного тела.
3. Формирование у студента правильного представления о роли расчёта
для инженера в поиске новых эффективных и надёжных конструктивных
решений, отвечающих современному уровню развития науки.
В результате изучения дисциплины бакалавр должен знать:
3
 основные
понятия,
терминологию,
систему
общепринятых
обозначений,
 правила оформления конструкторской документации в соответствии с
ЕСКД, методы и средства компьютерной графики,
 размерность используемых в расчетах величин в Международной
системе единиц (СИ),
 основы проектирования и основные методы расчетов на прочность,
жесткость, динамику и устойчивость, долговечность машин и конструкций,
трение и износ узлов машин,
 физико-механические характеристики материалов и методы их
определения,
уметь:
 выполнять
и
читать
чертежи
и
другую
конструкторскую
документацию;
 проводить
расчеты
деталей
машин
и
элементов
конструкций
аналитическими и вычислительными методами прикладной механики, а также
с помощью программных систем компьютерного инжиниринга;
 самостоятельно строить и исследовать математические и механические
модели
технических
систем,
квалифицированно
применяя
при
этом
аналитические и численные методы исследования и используя возможности
современных компьютеров и информационных технологий;
 анализировать полученные результаты расчетов;
 переводить исходные данные и результаты расчетов из системы СИ в
системы, допущенные к применению, и обратно;
владеть:
 Навыками
работы
с
современными
системами
компьютерного
инжиниринга (CAE-системами);
 Навыками
расчетов
аналитическими
и
численными
прикладной механики деталей машин и элементов конструкций;
4
методами
 Пользоваться компьютерной техникой и другими средствами связи и
информации, включая телекоммуникационные сети;
 Навыками выбора материалов по критериям прочности, долговечности,
износостойкости.
В ходе изучения дисциплины бакалавр должен овладеть следующими
общекультурными и профессиональными компетенциями::
- понимать проблемы устойчивого развития и рисков, связанных с
деятельностью человека (ОК-22);
- быть способным выявлять сущность научно-технических проблем,
возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их
решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1);
- быть готовым выполнять расчетно-экспериментальные работы и
решать научно-технические задачи в области прикладной механики на
основе достижений техники и технологий, классических и технических
теорий и методов, физико-механических, математических и компьютерных
моделей, обладающих высокой степенью адекватности реальным процессам,
машинам и конструкциям (ПК-3);
- участвовать в проектировании машин и конструкций с целью
обеспечения их прочности, устойчивости, долговечности и безопасности,
обеспечения надежности и износостойкости узлов и деталей машин (ПК-8);
- участвовать в работах по технико-экономическим обоснованиям
проектируемых машин и конструкций, по составлению отдельных видов
технической документации на проекты, их элементы и сборочные единицы
(ПК-9);
- выполнять расчетно-экспериментальные работы по многовариантному
анализу характеристик конкретных механических объектов с целью
оптимизации технологических процессов (ПК-10).
5
I.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Раздел I. Механика и расчет стержневых систем (6 часов)
Тема 1. Статика плоских и пространственных криволинейных
стержней. (2 часа)
Естественно закрученные стержни. Линейные и нелинейные задачи
статики криволинейных стержней, методы решения. Прикладные задачи
механики стержней.
Тема2. Изгиб балок, лежащих на упругом основании. (2 часа)
Понятие о краевом эффекте. Изгиб и кручение тонкостенных стержней.
Секториальные характеристики поперечных сечений, центр изгиба
Тема 3. Расчёт стержневых систем (ферм и плоских рам) методом
перемещений. (2 часа)
Алгоритмизация расчётов стержневых систем . Вариационные методы
механики конструкций. Принцип Лагранжа, метод Ритца, метод БубноваГалёркина.
Раздел II. Механика и расчет пластин и оболочек. (12 часов)
Тема 1. Теория изгиба пластин. (2 часа)
Основные гипотезы, их реализация. Кинематические соотношения в
теории изгиба пластин. Перемещения и деформации. Тензор изменения
кривизны срединной поверхности. Геометрический смысл компонент тензора
изменения кривизны срединной поверхности. Силовые факторы. Выражение
их через прогиб.Аналитические методы расчёта прямоугольных и круглых
пластин. Вариационные методы расчёта пластин. Расчёт пластин методом
конечных элементов.
Тема 2. Осесимметрично нагруженные оболочки вращения. (2 часа)
Теория краевого эффекта. Численные методы расчёта оболочек
вращения (метод Годунова, метод прогонки).
Тема 3. Общая теория оболочек, уравнения классической теории
оболочек (2 часа)
6
Гипотезы
классической
теории
оболочек.
Геометрия
срединной
поверхности до и после деформации. Тензор деформации оболочки. Тензор
деформации срединной поверхности и тензор изменения кривизны. Вектор
перемещений в оболочке. Угол поворота нормали. Вывод формулы для
тензора деформации срединной поверхности оболочки. Вывод формулы для
тензора изменения кривизны срединной поверхности оболочки. Тензор
вращения. Тензор напряжений в оболочке. Соотношения упругости.
Потенциальная энергия упругой деформации оболочки. Энергетические
усилия и моменты в оболочке. Их связь с обычными усилиями и моментами.
Вариационный вывод уравнений равновесия оболочки. Граничные условия
классической теории оболочек. Механический смысл статических граничных
условий
классической
теории
оболочек.
Уравнения
совместности
деформаций в оболочках. Статико-геометрическая аналогия.
Тема
4.
Частные
варианты
теорииоболочек:
безмоментная,
полубезмоментная, чистого изгибания, краевого эффекта (2 часа)
Противоречивость,
условия
существования
безмоментного
напряженного состояния. Уравнения равновесия безмоментной теории
оболочек вращения. Применение метода сечений для определения усилий в
оболочках. Емкости под действием равномерного давления. Напряжения в
оболочках от гидростатического давления. Подкрепленные оболочки.
Тема 5. Теория пологих оболочек (2 часа)
Теория пологих оболочек. Основные гипотезы. Уравнения равновесия,
кинематические соотношения, соотношения упругости. Вывод уравнений
Власова теории пологих оболочек. Разрешающие уравнения теории пологих
оболочек. Методы решения уравнений теории пологих оболочек. Метод
двойных тригонометрических рядов для решения краевых задач теории
пологих оболочек. Применение метода одинарных тригонометрических
рядов для решения краевых задач теории пологих оболочек.
Тема 6. Оболочки вращения.(2 часа)
7
Осесимметричная
деформация
оболочек
вращения.
Уравнения
равновесия и совместности деформаций. Частное решение. Функции
Мейснера, их смысл. Вывод уравнений Мейснера. Асимптотическое
интегрирование уравнений Мейснера. Вычисление усилий, моментов и
напряжений при асимптотическом интегрировании уравнений Мейснера.
Определение перемещений при асимптотическом интегрировании уравнений
Мейснера. Последовательность решения задач осесимметричной деформации
оболочек вращения. Расчет составных оболочек вращения. Граничные
условия и условия стыковки в случае использования уравнений Мейснера.
Уравнения теории оболочек как уравнения с малым параметром при старших
производных.
II.СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Практические занятия (18 часов)
Занятие 1. Кинематический анализ системы. (2 часа)
1. Определение степени свободы.
2. Анализ структуры системы
3. Расчет.
Занятие 2. Исследование рам с жесткой заделкой (2 часа)
1. Анализ жесткозащемленной плоской рамы.
2. Построение эпюр.
3. Вывод уравнений равновесия.
Занятие 3. Исследование рам на двух шарнирных опорах (2 часа)
1. Анализ рамы с шарнирным опиранием.
2. Нахождение опорных реакций.
3. Построение эпюр.
Занятие 4. Исследование рам на двух опорах с промежуточным
шарниром (2 часа)
1. Построение эпюр для рамы с промежуточным шарниром.
2. Вывод уравнений равновесия.
8
3. Проверка правильности вычисления.
Занятие 5. Расчет статически неопределимых систем методом
перемещений. (2 часа)
1. Определение степени кинематической неопределимости.
2. Получение основной и эквивалентной систем метода перемещений.
3. Составление канонических уравнений метода перемещений.
4. Решение системы канонических уравнений и проверка правильности
вычисления неизвестных.
Занятие 6. Учет продольных сил в расчетах сооружений методом
перемещений. (2 часа)
1. Удаление стержней
2. Определение степеней свободы
3. Вычисление степени неопределенности рамы.
Занятие 7. Пример динамического расчета рамы (4 часа)
1. Составить канонические уравнения по методу сил.
2. Вычислить отношения амплитуд и графически изобразить возможные
формы собственных колебаний рамы.
3. Проверить ортогональность собственных форм колебаний системы.
4. Определить круговую частоту вынужденных колебаний.
5. Составить канонические уравнения по методу сил и определить
амплитудные значения инерционных сил;
6. Построить статическую эпюру изгибающих моментов и эпюру
амплитудных значений;
7. Построить эпюру моментов при одновременном действии статических
и динамических сил и определить положение опасного сечения конструкции;
8. Вычислить максимальное значение напряжения в опасном сечении и
проверить условия прочности для принятого поперечного сечения рамы.
Занятие 8. Расчет цилиндрических и пологих оболочек. (2 часа)
1. Основные определения и гипотезы
2. Деформации, напряжения и внутренние усилия в тонких оболочках
9
3. Пологие оболочки
4. Деформации пологой оболочки
5. Уравнения равновесия пологой оболочки
Лабораторные работы (18 часов)
Лабораторная работа №1 Определение нормальных напряжений при
изгибе. (4 часа).
Лабораторная работа №2 Определение перемещений в балке при
изгибе по формуле Мора (4 часа).
Лабораторная работа №3. Расчет толстостенных цилиндров и труб (4
часа).
Лабораторная
работа
№4.
Расчет
составных
цилиндров
и
труб. Контактная задача теории упругости. (6 часов)
III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
В целях определения степени усвоения учебного материала студентами,
по
дисциплине
«Строительная
механика
машин»
предусмотрено
тестирование по разделам «Механика и расчет стержневых систем»,
«Механика и расчет пластин и оболочек» и выполнение контрольных работ.
Вопросы к экзамену
1. Статически определимые конструкции.
2. Простейшие способы образования статически определимых и
геометрически неизменяемых конструкций (соединение дисков).
3. Вывод формулы Чебышева для определения числа степеней
свободы.
4. Структурный анализ конструкции.
5. Понятие поэтажной схемы и её использование в расчетах.
6. Метод сечений.
7. Построение эпюр М по характерным точкам.
8. Построение эпюр Q по эпюрным точкам М.
9. Построение эпюр N по эпюрным точкам Q.
10
10. Многопролетные статически определимые балки. Правило врезки
шарниров в многопролетную неразрезную балку.
11. Понятие о подвижной нагрузке и её влияние на усилия в
конструкции.
12. Понятие о линии влияния (линия влияния Rа для однопролетной
балки).
13. Построение линии влияния М, Q.
14. Построение линии влияния по характерным точкам.
15. Кинематический
метод
построения
линий
влияния
в
многопролетных балках.
16. Определение усилий в сечении по линиям влияния.
17. Определение невыгодного положения груза по треугольной линии
влияния.
18. Статически определимые фермы. Классификация.
19. Кинематический анализ.
20. Трехшарнирные рамы и арки.
21. Принцип возможных перемещений для деформированных систем.
22. Теорема Бетти (формулировка).
23. Принцип возможных перемещений для макроконструкции.
24. Принцип возможных перемещений для микроконструкции.
25. Выражение работы внешних сил через работу внутренних сил.
26. Частный случай теоремы взаимности (одно состояние возникает от
одной единичной силы).
27. Общая формула для определения перемещения заданной точки
конструкции.(Интеграл Мора).
28. Частный случай интеграла Мора (для балок, для ферм).
29. Формула Симпсона, вычисление интеграла Мора.
30. Определение
перемещений,
вызванных
воздействиями.
31. Определение перемещений от смещенных опор.
11
температурными
32. Статически неопределимые системы и их свойства.
33. Вывод канонической системы метода сил.
34. Упрощение в методе сил для симметричных систем.
35. Расчет на воздействие температуры по методу сил.
36. Учет смещения опор в методе сил.
37. Определение перемещений в статически неопределимых системах.
38. Многопролётные
статически
неопределимые
балки,
основные
свойства.
39. Уравнение трёх моментов, вывод.
40. Метод
моментных
фокусов
расчёта
многопролётных
балок.
Основные формулы расчёта.
41. Метод перемещений. Основные допущения. Неизвестные в методе
перемещений. Кинематическая неопределенность.
42. Основная и заданная системы в методе перемещений. Условия
эквивалентности основной и заданной системы.
43. Вывод канонической системы метода перемещений.
44. Таблица реакций отдельных стержней. Идеи построения и понятия
таблицы.
45. Учет осадки опор в методе перемещений.
46. Учет температуры в методе перемещений.
47. Как вычислять реакции rig и Ri в методе перемещений (два метода).
48. Вычисление силовых и моментных реакций в методе перемещений.
49. Комбинированный метод расчета рам.
50. Смешанный метод расчета рам.
51. Основные сходства и различия методов сил и перемещений.
52. Основные
допущения
метода
перемещений
и
степень
кинематической неопределимости.
53. Выбор основной системы метода перемещений и вывод системы
канонических уравнений.
12
54. Таблица реакций метода перемещений. Принципы и методы её
пополнения.
55. Проверки в методе перемещений.
56. Особенности вычисления коэффициентов и грузовых слагаемых в
канонической системе метода перемещений.
57. Учёт влияния температуры в методе перемещений
58. Учёт осадки опоры в методе перемещений.
59. Основные идеи применения ЭВМ для расчёта систем методом
перемещений.
60. Три характерные задачи расчёта сооружений.
61. Пластическое деформирование конструкций. Диаграмма Прандтля.
62. Прямой метод расчёта упруго пластических систем работающих на
растяжение сжатие.
63. Понятие о пластическом шарнире и о пластическом моменте
сопротивления сечения
64. Расчёт
однопролётных
балок
по
несущей
способности
стержня.(Общие соображения).
65. Расчёт балки по несущей способности с жесткой заделкой и
шарнирным опиранием концов.
66. Расчёт балки по несущей способности с жесткой заделкой двух
концов.
67. Определение предельных нагрузок для рам (прямой метод).
IV. ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
Курсовые работы и рефераты не предусмотрены учебным планом.
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. В. А. Светлицкий. Строительная механика машин. Механика
стержней. В 2 томах. Том 1. Статика. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 408
с.http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:675337&theme=FEFU
13
2. Белоконь М. А. – Строительная механика – УМК. - Вл-к: Изд-во
ДВГТУ,
2008.
-
166
с.http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:384811&theme=FEFU
3. Шеин А. И. Краткий курс строительной механики. Учебник для вузов.
М:
-
Бастет,
2011.
271
-
с.
http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:672874&theme=FEFU
4. Константинов И. А. Строительная механика. Учебник. - М: КноРус,
2011. - 425 с. http://lib.dvfu.ru:8080/lib/item?id=chamo:670698&theme=FEFU
5. Дарков А.В. Шапошников В.А. Строительная механика. 12-е изд. –
СПб:
Лань,
2010
.
656
-
с.
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=121
6. Васильков Г. В. Буйко З. В. Строительная механика. Динамика и
устойчивость
сооружений.
–
Спб:
Лань,
2012.
-
256
с.
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=5110
Дополнительная литература
1. В. А. Светлицкий. Строительная механика машин. Механика
стержней. В 2 томах. Том 2. Динамика. - М: ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 384 с.
2. Соколов С.А. Строительная механика и металлические конструкции
машин: учебник. - М: Политехника 2008.
3. Лукашевич А.А. Современные численные методы строительной
механики: Учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та,
2003. – 135 с.
4. Плотников Ю.Г. Матрицы в строительной механике: учеб. пособие. –
Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. – 111 с: ил.
5. Расчет статически неопределимых рам методом сил. Методическое
пособие
для
студентов
строительных
специальностей.
Составили
В.В. Безделев, Т.Л.Дмитриева. – Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2002.
14
6. Саргсян А.Е.,Демченко.Т., Дворянчиков Н.В., Джинчвелашвили Г.А.
Строительная механика. Основы теории с примерами расчетов: Учебник /
Под ред. А.Е. Саргсяна.- 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высш. шк. 2003. – 416 с.
7. Крамаренко А.А. Лекции по строительной механике стержневых
систем. Ч. 3. Статически неопределимые системы. Метод сил: Курс лекций
(лекции № 13–18) / А.А. Крамаренко, Л.А. Широких. – Новосибирск:
НГАСУ, 2002. – 144 с.
8. Дойхен Ю. М., Ким Т. С., Ловцов А. Д., Тен Е. С. Расчет конструкций,
контактирующих с упругим основанием: Учеб. пособие. – Хабаровск: Изд-во
Хабар. гос. техн. ун-та, 2004. – 203 с.
9. Кристалинский Р.Е. Шапошников Н.Н. Решение вариационных задач
строительной механики в системе MATHEMATICA. 2010 . - 240 с.
http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=211
10.
Строительная
механика.
Расчет
стержневых
систем
с
использованием программы SCAD: Учебно-методический комплекс. Часть 2
/ И.А. Константинов В.В. Лалин И.И. Лалина - СПб: Изд-во Политехн. ун-та,
2009. - 228 с.http://window.edu.ru/resource/373/77373
15