МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА ДВФУ
«СОГЛАСОВАНО»
Инженерная школа ДВФУ
(название Школы ДВФУ)
Руководитель ОП
Антоненко С.В.
(подпись)
(Ф.И.О. рук. ОП)
«_02__»___09___________2012 г.
«_02_»__09_______________2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
«Механика контактного взаимодействия и разрушения»
151600.68 - Прикладная механика
Форма подготовки очная
Название Школы: Инженерная школа ДВФУ
Название кафедры: механики и математического моделирования
курс
2
семестр
3
лекции 10
(час.)
практические занятия
26 час.
лабораторные работы
18 час.
всего часов аудиторной нагрузки 54 час.
самостоятельная работа
54
час.
контрольные работы
зачет
3 семестр
экзамен
семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (№ 540 от 9 ноября 2009 г.
Министерства образования и науки Российской Федерации)
Рабочая программа дисциплины обсуждена
на заседании кафедры механики и математического
моделирования «02» __09__________2012 г.
Заведующая кафедрой
Бочарова А.А
Составитель: Беловицкий Е.М.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 2 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(и.о. фамилия)
II. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(и.о. фамилия)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 3 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
АННОТАЦИЯ
Цель курса.
Дать математическую основу расчета концентрации
напряжений в ослабленных отверстиями элементах конструкций с подкрепляющими элементами для проектирования и оценки прочности.
Задачи курса:
в курсе изучаются:
1. Виды взаимодействий, понятие силы как фактора взаимодействия,
различие между квантовой механикой и классической механикой Ньютона,
понятие бездефектного материала и виды дефектов в реальных материалах
(размеры, количество в единице объема).
2. Шкалу процессов разрушения, уровни процессов, общепринятые
критерии разрушения.
3. Существующие оценки прочности конструкции (теории прочности).
4. Основные уравнения теории упругости, плоская задача и ее разновидности (плоская деформация и плоское напряженное состояние).
5. Методы решения задач теории упругости.
6. Понятие концентрации напряжений (виды концентраторов) и влияние их на прочность, растяжение бесконечной пластинки с круговым отверстием (как пример концентратора), решение при различных видах нагрузки
на бесконечности, коэффициент концентрации напряжений (ККН), понятие о
контактных задачах теории упругости, сопряжение пластинки с упругой или
абсолютно жесткой шайбой из другого материала (задача Н.И. Мусхелишвили),
подкрепление
кругового
отверстия
упругим
кольцом
(задача
Г.Н.Савина), подкрепление отверстия кольцом, работающим по теории кривого бруса, понятие об относительной жесткости (податливости) подкрепления, оптимальная величина жесткости подкрепления, устраняющая концентрацию напряжений.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 4 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
Рассматриваются также: отдельные вопросы контактного взаимодействия, вложение или вварка контактирующего элемента, учет натяга и зазора
в контактных задачах, применение симметричных и несимметричных подкреплений в конструкциях, влияние криволинейности контура сопряжения
(эллиптическое отверстие в пластинке с подкреплением). Важным вопросом
в теории контактного взаимодействия является эффективная высота подкрепления, которая полностью вовлекается в работу, рассматривается задача
сопряжения пластины с бесконечной или ограниченной цилиндрической
оболочкой, разрушение в зонах высоких ККН, выточки с острыми углами,
концентраторы типа щелей или трещин.
В курсе рассматриваются также экспериментальные методы определения напряжений в фоточувствительных материалах.
НАЧАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
В программе отражена связь изучаемого курса с другими изучаемыми дисциплинами, что мобилизует студентов на получение систематизированных знаний по естественнонаучным и общетехническим дисциплинам, (перечень предшествующих дисциплин и их разделов).
- Теоретическая механика
Понятие силы. Уравнения статического равновесия. Понятие момента силы. Основные типы связей и методы определения реактивных усилий.
Основные законы статики, кинематики и динамики. Принцип Даламбера.
- Высшая математика
Основные положения аналитической геометрии, линейной алгебры,
дифференциального и интегрального исчисления. Методы составления и решения дифференциальных уравнений. Теория вероятностей и математиче-
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 5 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
ская статистика Изучение курса необходимо для выполнения магистерской
диссертации.
ТРЕБОВАНИЯ УРОВНЮ ОСВОЕНИЮ СОДЕРЖАНИЯ
ДИСЦИПЛИНЫ
По окончанию изучения курса студент должен:
 знать основные
понятия, терминологию, систему общепринятых
обозначений, допущения и упрощения, применяемые при выводе основных
зависимостей, условия применимости расчетных формул, основные константы, размерность используемых в расчетах величин в Международной
системе единиц (СИ);
 уметь составлять расчетную схему конструкции, пользоваться методами расчетов об определении концентрации напряжений с учетом поведения материалов при различных условиях деформирования, анализировать полученные результаты расчетов, переводить исходные данные и результаты расчетов из системы СИ в системы, допущенные к применению, и
обратно;
 быть знаком с местом вопросов, излагаемых в курсе “Механика контактного взаимодействия и разрушения” в системе технических дисциплин,
связанных со специальностью, с возможностью применения вычислительной техники в расчетах на прочность.
В процессе освоения дисциплины студент должен приобрести следующие компетенции:
- осознавать, критически оценивать и анализировать вклад своей предметной области в решении экологических проблем и проблем безопасности
(ОК-12)
- критически анализировать современные проблемы прикладной механики с учетом потребностей промышленности, современных достижений
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 6 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
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, физикоматематические и вычислительные методы, новые системы компьютерной
математики и системы компьютерного проектирования и компьютерного
инжиниринга (CAD/CAE-системы) для эффективного решения профессиональных задач (ПК-4)
- самостоятельно овладевать современными языками программирования и разрабатывать оригинальные пакеты прикладных программ и проводить с их помощью расчеты машин и приборов на динамику и прочность,
устойчивость, надежность, трение и износ для специализированных задач
прикладной механики (ПК-6)
- 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)
-
принимать непосредственное участие
в учебной и
учебно-
методической работе кафедр и других учебных подразделений по профилю
направления, участвовать в разработке программ учебных дисциплин и курсов (ПК-8)
- разрабатывать и оптимизировать современные наукоемкие технологии в различных областях приложения прикладной механики с учетом экономических и экологических требований (ПК-10)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 7 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
- самостоятельно адаптировать и внедрять современные наукоемкие
компьютерные технологии прикладной механики с элементами мультидисциплинарного анализа для решения сложных научно-технических задач создания техники нового поколения: машин, конструкций, композитных структур, сооружений, установок, агрегатов, оборудования, приборов и аппаратуры (ПК-11)
- находить рациональные решения при создании конкурентоспособной
продукции с учетом требований прочности, жесткости, устойчивости, долговечности, износостойкости, качества, стоимости, сроков исполнения и безопасности жизнедеятельности (ПК-16)
- владеть полным комплексом правовых и нормативных актов в сфере
безопасности, относящихся к виду и объекту профессиональной деятельности (ПК-18)
- 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)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 8 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
(10 часов, из них в интерактивной форме – 4 часа)
МОДУЛЬ 1. Постановка контактных задач теории упругости. (4
час)
Тема 1. Основные понятия и определения. (2 час.)
Типы взаимодействий. Бездефектный материал. Реальные материалы.
Дефекты и их классификация. Размерные уровни дефектов.
Тема 2. Стадии разрушения. (2 час.)
Критерии разрушения. Поверхность как источник начала разрушения.
Микротрещины и их классификация.
МОДУЛЬ 2 Математический аппарат теории упругости.(6 час.)
Тема 1. Трехмерная задача теории упругости. (2 час.)
Плоская задача теории упругости. Постановка задачи о растяжении
бесконечной пластины с круговым отверстием. Осесимметричная и антисимметричная (сдвиговая) задачи. Концентрация окружных напряжений возле отверстия
Тема 2. Снижение концентрации напряжений путем установки
подкрепляющих элементов. ( 2 час)
Контактная задача. Теорема Нётер. Законы симметрии
Тема 3. Задача сопряжения пластины с шайбой из другого материала (задача Н.И. Мусхелишвили). (2 час)
Свойства кристаллических тел. Плотноупакованные решетки. Кристаллическая решетка металлов. Задача сопряжения пластины с шайбой из другого материала.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 9 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Практические занятия (26 часов)
Занятие 1. Растяжение полосы ограниченной ширины с круговым
отверстием с определением ККН методом тензометрирования (2 час.)
Растяжение металлического стержня. Определение нормального и касательного напряжений. Выводы. Схемы линейного и плоского напряженного состояния при растяжении стержня.
Занятие 2. Расчет ККН в полосе или ограниченной пластине (4
час.)
Определение истинного напряжения текучести. Скольжение. Плоскость скольжения.
Занятие 3. Распределение разности главных напряжений в фоточувствительной пластине с круговым отверстием (4 час.)
Внутризеренная и межзеренная деформации. Механизмы холодной и
горячей обработки давлением. Модуль сдвига. Сдвигающие деформации
Занятие 4. Картина полос в пластине с жесткой шайбой нагруженной сдвигающей силой (2 час.)
Кристаллизация реальных металлов. Характер и степень нарушения
правильности кристаллического строения. Точечные, линейные, поверхностные и объемные дефекты. Дислокации. Примеси внедрения.
Занятие 5. Фотоупругое исследование картины полос при растяжении модели с двумя квадратными вырезами (4 час.)
Кристаллографические направления. Трехмерные дефекты. Дендрит.
Процессы образования дефектов.
Занятие 6. Исследование напряженного состояния в диске сжатом
двумя силами (4 час.)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 10 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
Передвижение дислокаций путем скольжения. Касательное напряжение. Критическое напряжение. Переползание. винтовая дислокация.
Занятие 7. Расчет концентрации напряжений в пластинке и шайбе
из различных материалов (2 час.)
Диффузионные перемещения. Передвижение атомов на границах зерен.
Трещины. Возникновение микротрещин. Вязкое и хрупкое разрушение.
Занятие 8. Расчет концентрации напряжений в области отверстия в
цилиндрической оболочке (2 час.)
Изменение состояния материала при усталостном процессе. Необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению. Развитие
микротрещины в макротрещину. Накопление циклического повреждения.
Занятие 9. Расчет концентрации напряжений в сферической оболочке с патрубком. (2 час.)
Исчерпание несущей способности изгибаемых элементов. Нормальные
и наклонные трещины. Главные растягивающие напряжения. Продольная и
поперечная арматура.
Лабораторные работы (18 часов)
Занятие 1. Испытание материалов на растяжение (2 час.)
Занятие 2. Испытание материала на сжатие. (2 час.)
Занятие 3. Испытание материала на срез. (2 час.)
Занятие 4. Испытание материалов на кручение. (2 час.)
Занятие 5. Испытание винтовой цилиндрической пружины. (2 час.)
Занятие 6. Испытание двухопорных балок на изгиб. (2 час.)
Занятие 7. Цилиндрические редукторы. (2 час.)
Занятие 8. Червячные редукторы. (2 час.)
Занятие 9. Расчет привода рабочей машины. (2 час.)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 11 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
III.
КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Тестирование
Тест «Механика разрушений».
Вопросы к зачету
1.Уравнения статики в теории упругости.
2.Деформации и перемещения. Количество, связь между ними.
3.Соотношения закона Гука.
4.Что такое соотношения неразрывности деформаций.
5.Что такое плоское напряженное состояние и плоская деформация.
6.Тензор напряжений и тензор деформаций.
7.Условия на поверхности тела.
8.Уравнения Ляме и уравнения Бельтрами.
9.Функция Эри в плоской задаче.
10.Концентрация напряжений в пластинке с круглым отверстием при
всестороннем растяжении.
12.Концентрация напряжений в пластинке с круглым отверстием при
антисимметричном состоянии.
13.Концентрация напряжений при одноосном растяжении.
14.Подкрепление круглых отверстий в пластинах. Универсальная формула и ее состав.
15.Относительная обратная жесткость и ее варианты.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 12 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
IV.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Основы расчетных методов линейной механики разрушения: [монография] /Г. В. Матохин, К. П. Горбачев Владивосток : Изд-во Дальневосточного технического университета, 2008. - 304 с.
2. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения - М:
Физматлит, 2009. - 334 с.
3. Астафьев В.И.Нелинейная механика разрушения - Самара : Изд-во
Самарского университета, 2004. - 632 c.
4. Пикуль В.В. Современные проблемы науки в области прикладной
механики т. 2 Уч. для вузов. Владивосток: изд. ДВГТУ – 2005 г. - 523 с.
Дополнительная литература
1. Еремеев В.А., Зубов Л.М. Механика упругих оболочек. М.: Наука, 2008
2. А. Ф. Дащенко, В. Ф. Оробей, Н. Г. Сурьянинов. MATLAB в механике
деформируемого твердого тела. Алгоритмы и программы. 360 с. ISBN: 978-9668942-67-9 Издательство: М: Бурун Книга – 2011.
3. Веретенников В.Г., Синицын В.А. Метод переменного действия (2-е издание). М.: Физматлит, 2005
4. Ватульян А.О. Обратные задачи в механике деформируемого твердого
тела. ISBN: 978-5-9221-0835-5 224 стр. – 2007.
5. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения (2-е издание). Самара: Самарский университет, 2004
6. Розенблат Г.М. Сухое трение и односторонние связи в механике
твердого тела. М.: Книжный дом "ЛИБРОКОМ", 2011
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Механика контактного взаимодействия и разрушения»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Лист 13 из 13
Беловицкий Е. М. номер:
механики и математического моделирования
УМКД_12(54)_
151600.68_М.2.Б.3 2012
7. Саргсян, А.Е. Сопротивление материалов, теории упругости и пластичности : основы теории с примерами расчетов: учебник для студентов вузов /А.Е.Саргсян - М.: Высшая школа, 2002 - 286с.
8. Александров В.М., Чебаков М.И. Введение в механику контактных
взаимодействий (2-е изд.). Ростов-на-Дону: ООО "ЦВВР", 2007
Интернет-ресурсы
1. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика
разрушения. - Самара: Изд-во "Самарский университет", 2004. - 562 с.
http://window.edu.ru/resource/884/46884
2. Потапова Л.Б., Ярцев В.П. Механика материалов при сложном
напряженном состоянии: Как прогнозируют предельные напряжения? Монография.
-
М.:
Изд-во
"Машиностроение",
http://window.edu.ru/resource/142/38142
2005.
-
244
с.