 |
С О П Р О Т И В Л Е Н И Е М А Т Е Р И А Л О В
|
|
|
|
Министерство образования Российской Федерации
Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
ПИРОГОВ А. Н.
С О П Р О Т И В Л Е Н И Е М А Т Е Р И А Л О В
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ
Учебное пособие
для студентов механических и технологических
специальностей заочной (дистанционной) формы обучения
Кемерово 2002
УДК 539. 3/8 (076. 5)
Печатается по решению Редакционно-издательского совета Кемеровского технологического института пищевой промышленности
Рецензенты: зав. кафедрой сопротивления материалов Кузбасского технического университета д. т. н., профессор И. А. Паначев; зав. кафедрой прикладной механики Кемеровского филиала Новосибирского Аграрного университета к. т. н., доцент В. М. Радченко
Сопротивление материалов. Контрольные задания. Примеры решения. Учебное пособие для студентов механических и технологических специальностей заочной (дистанционной) формы обучения / Пирогов А. Н. КемТИПП: Кемерово, 2002 – 88.: ил.
ISBN 5-89289-106-2
Учебное пособие разработано в соответствии с Государственными образовательными стандартами РФ по дисциплине «Сопротивление материалов» и предназначено для студентов механических и технологических специальностей заочной (дистанционной) формы обучения и для преподавателей.
Ил. 34. Табл. 19. Библ. назв. 7.
200400000
У50(03)-02
ISBN 5-89289-106-2
© Кемеровский
технологический институт
|
|
|
пищевой промышленности,
2002
СОДЕРЖАНИЕ
1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ………………………... 4
1. 1. Цель преподавания дисциплины…………………………………. 4
1. 2. Лекционные занятия ………………………………………………5
1. 3. Практические занятия …………………………………………….. 9
1. 4. Лабораторные занятия……………………………………….. ….. 10
1. 5. Содержание самостоятельной работы……………………….. …. 10
Рекомендуемая литература…………………………………………. …. 10
2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ…………………………………. ……. 11
2. 1. Общие методические указания………………………………….. 11
2. 2. Указания о порядке выполнения контрольных работ…………. 12
2. 3. Задачи для контрольных работ………………………………….. 14
3. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМАМ
КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ…………………………………………... 31
3. 1. Статически определимые задачи на растяжение и сжатие ….... 31
3. 2. Статически неопределимые задачи на растяжение и сжатие. …34
3. 3. Элементы теории напряженного и деформированного
состояния………………………………………………………….. 36
3. 4. Расчет вала круглого поперечного сечения на прочность и
жесткость………………………………………………………….. 38
3. 5. Геометрические характеристики сечений………………………. 42
3. 6. Расчет на прочность при прямом изгибе балки……………….... 46
3. 7. Внецентренное растяжение и сжатие короткого бруса………... 52
3. 8. Расчет вала при совместном действии изгиба и кручения…….. 57
3. 9. Устойчивость центрально сжатых стержней…………………... 62
3. 10. Расчет статически неопределимых рам методом сил………….. 69
3. 11. Задачи динамики в сопротивлении материалов………………... 74
3. 12. Расчет на прочность при переменных напряжениях…………... 76
4. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ………………………………. 79
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЯ…………………………………………………………84
1. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Рабочая программа составлена на основании Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования для специальностей механического и технологического профиля и включает все основные разделы дисциплины «Сопротивление материалов». Объем лекционных, практических и лабораторных занятий для студентов каждой специальности определяется соответствующими план-графиками учебного процесса, количеством контрольных работ и содержаниемтем контрольных задач(см. таблицу раздела 2. 2).
1. 1. Цель преподавания дисциплины
«Сопротивление материалов»
Цель курса – научить будущего инженера основам науки о прочности материалов и конструкций, подготовить к правильному выбору методов расчетов и рационального проектирования. Наряду с этим курс сопротивления материалов является базой для изучения курсов деталей машин, основ конструирования, а также специальных конструкторских курсов.
Задачи курса – повысить качество расчетов и проектирования, дать теоретическую основу для разработки новых эффективных материалов и конструкций и тем самым способствовать повышению эффективности, качества, надежности и экономичности сооружений и конструкций машин.
Знания и умения, приобретаемые студентами после изучения курса.
Закончив изучение курса сопротивления материалов, студенты должны знать:
1. Основные задачи дисциплины. 2. Основные допущения в курсе о свойствах материалов, о форме элементов конструкций. 3. Сущность метода сечений для определения внутренних силовых факторов при различных нагружениях буса 4. Основные характеристики механических свойств конструкционных материалов. 5. Теорию напряженного состояния. 6. Основы теории прочности. Основные понятия механики разрушения. 7. Геометрические характеристики сечений.
8. Расчеты на прочность и жесткость при растяжении, кручении и изгибе, сложном нагружении.
9. Расчет статически неопределимых систем.
10. Расчет на устойчивость.
11. Основы расчета на прочность при циклических напряжениях.
12. Динамические расчеты элементов конструкций.
|
|
|
13. Основные правила безопасной работы в лаборатории механических испытаний. Правила оказания первой помощи при травмах и поражениях электрическим током.
14. Основную справочную литературу по курсу.
Уметь:
1. Пользоваться основной и справочной литературой по сопротивлению материалов.
2. Переходить от реальной конструкции к расчетной схеме.
3. Определять виды деформаций элементов конструкции, расчетные нагрузки.
4. Выполнять расчеты на прочность, жесткость и устойчивость элементов конструкций при простых и сложных нагружениях в статически определимых и статически неопределимых системах.
5. Применять испытательную аппаратуру, правильно обрабатывать и представлять результаты обработки физического эксперимента.
1. 2. Лекционные занятия
| № п/п | Наименование раздела или темы. Краткое содержание темы. | Количество часов | Литература |
| 1. | Первый семестр Введение. Основные задачи курса. Прочность, жесткость и устойчивость как составные части механической надежности элементов конструкций. Основные гипотезы сопротивления материалов о деформируемом теле. Внешние и внутренние силы. Метод сечений. Общие понятия о напряжениях и деформациях. Реальная конструкция и её расчетная схема. Схематизация форм деталей. | 0, 5 | [1], 1. 1 –1. 6 [3] 1. 2 – 1. 5 |
| 2. | Расчеты на растяжение и сжатие. Элементы конструкций, работающих на растяжение и сжатие. Стержни, стержневые системы, фермы, висячие конструкции. Напряжения в поперечных сечениях стержня. Продольные и поперечные деформации. Закон Гука. Модуль упругости, коэффициент Пуассона. Определение осевых перемещений сечений. Жесткость поперечного сечения при растяжении и сжатии. Расчет простейших статически неопределимых систем при растяжении и сжатии. | [1], 2. 1 – 2. 8 [3] 3. 1– 3. 5 | |
| 3. | Основные характеристики механических свойств конструкционных материалов. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали и ее характерные параметры. Условная и истинная диаграммы. Разгрузка, повторное нагружение. Понятие об упрочнении. Пластическое и хрупкое разрушение материала. Характеристики пластических свойств материалов. Условный предел текучести. Диаграммы сжатия различных конструкционных материалов. Понятие об изотропных и анизотропных телах. Композиционные материалы. Коэффициенты запаса. | 0, 5 | [1], 3. 1 – 3. 5 [3] 3. 6 – 3. 10 |
| 4. | Теория напряженного состояния. Понятие о напряженномсостоянии. Составляющие напряжений и их обозначение. Закон парности касательных напряжений. Главные площадки и главные напряжения. Чистый сдвиг. Закон Гука для сдвига. Модуль сдвига. Потенциальная энергия деформации. Обобщенный закон Гука. Объёмная деформация. Удельная потенциальная энергия упругой деформации, её составляющая- энергия изменения формы. | [1], 4. 1 – 4. 7 [3] 13. 1 – 13. 4, 13. 6, 13. 9 | |
| 5. | Основы теории прочности. Назначение гипотез прочности. Гипотезы прочности для пластического состояния материала. Критерии текучести: наибольших касательных напряжений и энергии изменения формы. Критерий хрупкого разрушения (Мора). | [1], 5. 1 – 5. 4 [3] 14. 1 – 14. 5 | |
| 6. | Расчет на изгиб. Типы опор. Определение реакций в опорах. Классификация видов изгиба. Нахождение внутренних силовых факторов в поперечных сечениях балок при изгибе. Дифференциальные зависимости между внутренними силовыми факторами и внешней распределенной нагрузкой. Эпюры внутренних силовых факторов. Жесткость поперечного сечения балки при изгибе. Расчеты на прочность при изгибе. Подбор материала и рациональных поперечных сечений балок. | [1], 7. 1 – 7. 6 [3] 6. 1 – 6. 4 | |
| 7. | Расчеты на кручение. Кручение прямого стержня круглого сечения, угол закручивания. Жесткость при кручении. Главные напряжения. Расчет на прочность и жесткость. Статически неопределимые системы при кручении. | - | [1], 6. 2 – 6. 6 [3] 5. 2 – 5. 4 |
| Всего за первый семестр | 5 час. | ||
| 8. | Второй семестр Определение перемещений при изгибе. Дифференциальное уравнение изогнутой оси балки и его интегрирование. Жесткость поперечного сечения балки. Расчет балок на жесткость. Интеграл Максвелла-Мора и его вычисление графо-аналитическим методом (способ А. Н. Верещагина). | [2], 1. 1 – 1. 4 [3] 5. 2 – 5. 4 | |
| 9. | Статически неопределимые системы при изгибе. Плоские рамы. Выбор основной системы. Применение метода сил. | [2], 6 [3] 9. 1 – 9. 3 | |
| 10. | Общий случай действий сил на стержень. Косой изгиб. Нормальные напряжения при косом изгибе. Определение положения нулевой линии и опасных точек в поперечном сечении. Внецентренное растяжение и сжатие стержня. Расчет вала на изгиб с кручением. Применение критериев текучести или хрупкого разрушения при расчетах на прочность. | - | [2], 2, 3, 4 [3] 6. 5 – 6. 6 |
| 11. | Устойчивость элементов конструкций. Понятие об устойчивых и неустойчивых формах равновесия. Устойчивость прямолинейной формы сжатых стержней. Критическая сила. Задача Эйлера. Формула Ясинского. Практические расчеты на устойчивость. Зависимость критических напряжений от гибкости стержня. Рациональные формы сечения. | [2], [3] 15. 1 – 15. 5 | |
| 12. | Основы расчета на прочность при напряжениях, переменных во времени. Усталостные повреждения. Механизм усталостного разрушения. Понятие о статической теории усталостного разрушения. Характеристики сопротивления усталости. Кривые усталости. Факторы, влияющие на усталость. Меры повышения предела выносливости. Формула для коэффициента запаса. Совместное действие изгиба и кручения. Расчеты на прочность. | [2], [3] 19. 1 – 19. 6 | |
| 13. | Динамические расчеты элементов конструкций. Типы динамических нагрузок. Расчет с учетом сил инерции. Элементарная теория удара. Динамический коэффициент при ударе. Защита от ударов. | - | [2], 9. 2 – 9. 6 [3] 17. 1 – 17. 3 |
| Всего за второй семестр | 3 часа |
|
|
|
|
|
|
1. 3. Практические занятия
| Порядковый номер, наименование темы или краткая характеристика практического занятия. | Кол-во часов | Номер соответствующей темы лекционного материала | Литература |
| Первый семестр 1. Геометрические характеристики плоских сечений. 2. Статически определимые и статически неопределимые задачи на растяжение и сжатие. Расчет на прочность. 3 Прямой изгиб. Расчет балок на прочность по нормальным напряжениям. 4 Плоское напряженное состояние 5 Кручение вала круглого сечения. Статически определимые и статически неопределимые задачи. Расчет на прочность и жесткость. 6 Гипотезы предельного состояния. | - | [1], 8. 1 – 8. 6 [1], 2. 1 – 2. 4, 2. 8 [1], 7. 4 – 7. 6 [1], 4. 1 – 4. 4 [1], 6. 3 – 6. 5 [1], 4. 1- 4. 7 | [3] 4. 1 – 4. 6 [3] 3. 5 [3] 6. 3 [3] 13. 3 – 13. 6 [3] 5. 1 –5. 4 [3] 4. 1– 4. 6 |
| Всего за первый семестр | 8 час. | ||
| Второй семестр 1. Статически неопределимые рамы. 2. Расчет вала на изгиб и кручение. 3. Расчет на устойчивость центрально сжатых стержней. 4. Расчет при напряжениях, переменных во времени. | [2], 7 [2], 4 [2], 5 [2], 8 | [3] 9. 1-9. 4 [3] 7. 6 [3] 15. 5 [3] 19. 6, 19. 8 | |
| Всего за второй семестр | 6 час. |
1. 4. Лабораторные занятия
| Порядковый номер, наименование темы лабораторного занятия. Уровень усвоения. | Количество часов | Номер соответствующей темы лекционного материала | Литература |
| Первый семестр 1. Испытание на растяжение образца из малоуглеродистой стали. 2. Испытание на сжатие образцов из различных материалов на сжатие. 3. Определение модуля упругости первого рода и коэффициента Пуассона. 4 Определение модуля сдвига при кручении. | [1], 3. 2 [1], 3. 3 [1], 2. 3 [1], 6. 5 | [6], 3. 1 [6], 3. 2 [6], 3. 4 [6], 3. 3 | |
| Всего 4 часа | |||
Внимание! Все лабораторные работы выполняются в лаборатории «Сопротивление материалов» КемТИППа или, если это позволяет лабораторная база, в учебных лабораториях представительств вуза.
1. 5. Содержание самостоятельной работы
Для развития навыков в самостоятельном решении технических задач предусмотрены контрольные работы по всем основным разделам курса. Число работ устанавливается в зависимости от учебного плана специальности, на которой обучается студент. Количество контрольных работ и номера контрольных задач каждый студент выбирает в соответствии со своим шифром из таблицы раздела 2. 2.
Рекомендуемая литература
а) Основная: 1. Пирогов А. Н. Сопротивление материалов. Конспект лекций. Часть 1. Учебное пособие для студентов механических специальностей заочной (дистанционной) формы обучения.. Кемерово: КемТИПП. 2002 г. - 94 с.
2. Яремчук А. И. Сопротивление материалов. Конспект лекций. Часть II. Учебное пособие для студентов механических специальностей заочной (дистанционной) формы обучения. Кемерово: КемТИПП. 2002 г. - 68 с.
б) Дополнительная: 3. Александров А. В. , Потапов В. Д. , Державин Б. Г. Сопротивление материалов. -М:, ВШ, 1995., 1986. 4. Беляев Н. И. Сопротивление материалов. М.: ВШ – 1986. 5. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М.: ВШ, 1986. 6. Пирогов А. Н., Грачев В. Н., Гутиков В. П. Лабораторный практикум по сопротивлению материалов. Учебное пособие. КемТИПП: Кемерово. 7. Степин П. А. Сопротивление материалов. М.: ВШ, 1998.
2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Сопротивление материалов – наука о прочности, жесткости и устойчивости отдельных элементов конструкций (сооружений и машин).
Инженеру любой специальности часто приходится производить расчеты на прочность. Неправильный расчет самой незначительной на первый взгляд детали может повлечь за собой очень тяжелые последствия, привести к разрушению конструкции в целом. При проведении расчетов на прочность необходимо стремится к сочетанию надежности работы конструкции с минимальными затратами на ее изготовление, добиваться оптимальной прочности при наименьшем расходе материалов.
|
|
|
