Рабочая программа дисциплина сд. 13 «Конструкционная прочность» для специальности 071100 «Динамика и прочность машин» icon

Рабочая программа дисциплина сд. 13 «Конструкционная прочность» для специальности 071100 «Динамика и прочность машин»



Смотрите также:
Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Прикладная механика, динамика и прочность машин»

СОГЛАСОВАНО:

Зав. выпускающей кафедрой

«Прикладная механика, динамика и прочность машин»

_______________ А.О. Чернявский

«_____» ____________ 2006 г.

УТВЕРЖДАЮ:

Декан

Физического факультета

________________ Н.Д. Кундикова

«_____» ____________ 2006 г.



^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплина СД.13 «Конструкционная прочность»

для специальности 071100 «Динамика и прочность машин»

направление подготовки 651500 «Прикладная механика»

факультет: Физический

кафедра-разработчик: Прикладная механика, динамика и прочность машин


Рабочая программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и примерной программой дисци­плины по направлению подготовки 651500 «Прикладная механика» специальности 071100 «Динамика и прочность машин»

Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «ПМ и ДПМ», протокол № от 2006 года.


Зав. кафедрой разработчика ______________________ профессор Чернявский А.О.

Ученый секретарь кафедры ______________________ доцент Хрипунов Д.В.

Разработчик программы ______________________ доцент Порошин В.Б.


Челябинск

2006

1. Введение

1.1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ СТАНДАРТ

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ

к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника по специальности 071100 «Динамика и прочность машин»

Подготовка выпускника должна обеспечивать квалификационные умения для решения профессиональных задач:

  • участие во всех фазах проектирования, разработки, изготовления и сопровождения объектов профессиональной деятельности;

  • использование современных методов, средств и технологий разработки объектов профессиональной деятельности;

  • взаимодействие со специалистами смежного профиля при разработке методов, средств и технологий проектирования объектов профессиональной деятельности;

  • участие в научных исследованиях и проектно-конструкторской деятельности, в управлении технологическими, экономическими, социальными системами;

  • проведение комплексного технико-экономического анализа для обоснованного принятия решений, изыскание возможности сокращения цикла работ, содействие подготовке процес­са их реализации с обеспечением необходимыми техническими данными, материалами, оборудованием;

  • участие в работах по осуществлению исследований, в разработке проектов и программ, в проведении необходимых мероприятий, связанных с испытаниями оборудования и внедрением его в эксплуатацию, а также в выполнении работ по стандартизации технических средств, систем, процессов, оборудования, в рассмотрении различной технической документации.

Инженер специальности 071100 «Динамика и прочность машин» должен знать:

  • постановления, распоряжения, приказы, методические и нормативные материалы, касающиеся конструкторской подготовки производства;

  • системы и методы проектирования;

  • принципы работы, условия монтажа и технической эксплуатации проектируемых конструкций, технологию их производства;

  • перспективы технического развития предприятия;

  • оборудование предприятия, применяемую оснастку и инструмент;

  • технические характеристики и экономические показатели лучших отечественных и зарубежных образцов изделий, аналогичных проектируемым;

  • стандарты, методики и инструкции по разработке и оформлению чертежей и другой конструкторской документации;

  • технические требования, предъявляемые к разрабатываемым конструкциям, порядок их сертификации;

  • средства автоматизации проектирования;

  • современные средства вычислительной техники, коммуникаций и связи;

  • методы проведения технических расчетов при конструировании;

  • применяемые в конструкциях материалы и их свойства;

  • методы анализа технического уровня объектов техники и технологии;

  • цели и задачи проводимых исследований и разработок, отечественную и зарубежную информацию по этим исследованиям и разработкам;

  • современные методы и средства планирования и организации исследования и разработок, проведение экспериментов и наблюдений, обобщения и обработки информации, в том числе с применением ЭВМ.



1.2. Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины

Конструкционная прочность относится к специальным дисциплинам; опирается на кур­сы высшей математики, физики, сопротивления материалов, строительной механики, теории упругости, теории пластичности и ползучести, основ физики прочности и механики разрушения, основ расчетов на прочность в инженерной практике, статистических методов и теории надеж­ности.

  1. ^ Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины

Курс конструкционной прочности является одним из базовых в системе знаний при проведении исследовательских работ в области фундаментальных наук и наукоемкого произ­водства в части обеспечения прочности, надежности машин, конструкций и приборов и безопасности техники, включая совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на исследование, создание и эксплуатацию машин с высокой долговечностью и эффектив­ностью функционирования. Знание конструкционной прочности необходимо в таких областях профессиональной деятельности, как

  • расчеты и проектирование новой техники, в том числе, предназначенной для работы в экстремальных условиях;

  • экспериментальные исследования создаваемых образцов новой техники, приборов, машин, конструкций и новых материалов;

  • создание и развитие аналитических и численных методов расчета новой техники, приборов, машин и конструкций;

  • исследование надежности, ресурса и безопасности машин, конструкций и приборов;

  • разработка математических моделей расчета конструкций из композиционных и перспективных материалов, находящихся в экстремальных условиях эксплуатации.



^ 3. Объем дисциплины и виды учебной работы

Лекции – 30 час., самостоятельная работа студентов – 38 час.

Экзамен – Х семестр, курсовая работа.


В соответствии с п.4 ГОС в обязательный минимум содержания образовательной программы «Конструкционная прочность» должны входить следующие разделы.

Конструкционные материалы в современной технике. Особенности работы материалов в элементах конструкций, машин и аппаратуры (концентраторы, дефекты, повреждения, трещины). Виды механического разрушения при различных видах напряженного состояния в условиях стесненных деформаций. Вязкое, хрупкое и усталостное разрушения. Накопление повреждений. Изнашивание и коррозионная стойкость материалов. Контроль текущего состояния. Планирование технического обслуживания, ремонта и установление ресурса и срока службы. Нормирование конструкционной прочности и надежности. Государственные стандарты по испытаниям на надежность. Нормы расчета в строительстве, машиностроении и энергетике (сосуды давления, корпусные детали, трубопроводы и др.).

Выполнение предусмотренной рабочей программой курсовой работы способствует активному, целенаправленному использованию и закреплению полученных знаний, формирует навыки работы с учебной, справочной и нормативно-технической литературой, а также оформ­ления результатов своей работы в соответствии с действующими нормативными документами. Защита курсовой работы помогает научиться формулировать постановку задачи, лаконично излагать путь ее решения, выделяя при этом базовые положения и используемые методы, ана­лизировать полученные результаты, делать выводы по работе.

Элементы разработанной программы, соответствующие требованиям ГОС к целевым установкам и минимуму содержания (см. п.4 данной программы), выделены в последую­щем тексте как названия тем лекций.

Всего часов по Конструкционной прочности – 68.


Таблица 1 – Состав и объем дисциплины




Вид учебной работы


Всего часов

Общая трудоемкость дисциплины

68

Аудиторные занятия

30

Лекции (Л)

30

Практические занятия (ПЗ)



Семинары (С)



Лабораторные работы (ЛР)



Самостоятельная работа (СРС)

38

Курсовая работа (КР)

КР

Реферат или другие виды СРС



Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

Защита КР Экзамен



^ 4. Содержание дисциплины

4.1. Темы для изучения, их краткое содержание и объем занятий по видам учебной работы. Название тем – в соответствии с обязательным минимумом содержания дисциплины по ГОС. В табл. 2 приводится краткое содержание и объем занятий по видам учебной работы.

Таблица 2 – Разделы дисциплины, виды и объем знаний


раздела,

темы

^ Наименование разделов,

тем дисциплины

Объем в часах

всего

Л

СРС

1

2

3

4

5

6


1

Конструкционные материалы в современной технике. Особен­ности работы материалов в элементах конструкций, машин и аппаратуры (концентраторы, дефекты, повреждения, трещины).

3

2

1


2

Виды механического разрушения при различных видах напряженного состояния в условиях стесненных деформаций.

18

4

14

3

Вязкое, хрупкое и усталостное разрушения.

26

10

16

1

2

3

4

5

4

Накопление повреждений. Изнашивание и коррозионная стой­кость материалов.

11

6

5

5

Контроль текущего состояния. Планирование технического обслуживания, ремонта и установление ресурса и срока службы.

5

4

1

6

Нормирование конструкционной прочности и надежности. Государственные стандарты по испытаниям на надежность. Нормы расчета в строительстве, машиностроении и энергетике (сосуды давления, корпусные детали, трубопроводы и др.).

5

4

1

В том числе, курсовая работа

28



28

Итого:

68

30

38


4.2. Содержание разделов и тем дисциплины (при необходимости приводятся методические рекомендации по изучению).

Таблица 3 – Содержание и объем лекционных занятий



недели



темы



лекции

Содержание лекции

^ Прочность при статическом однократном нагружении


1


1


1

  1. Введение. Проблема расчетной оценки прочности, долговечнос­ти и надежности машин и конструкций. Диагностика и расчет остаточного ресурса. Опасные состояния. Внешние воздействия: механическое, кинематическое, тепловое, физические поля. Ха­рактер внешних воздействий: кратковременный (статический), длительное статическое, повторно-переменное (циклическое), импульсное (ударное) нагружения. Условия работы машин раз­личного назначения: транспортных, подъемно-транс­портных, дорожных, энергетического, авиационного оборудования, газо-турбоуста­новок, горно-металлургического, химического обору­дования, конструкций и аппаратов ядерной энергетики.

  2. Литература: [1] гл.1,2; [2] гл.1; [3] гл.1; [13].



2



2, 3



2

  1. Критерии текучести и разрушения при сложном напряженном состоянии. Основные характеристики напряженно-деформиро­ванного состояния. Критерии текучести. Экспериментальные проверки критериев.

  2. Критерии разрушения: кинетика процесса разрушения, вязкое и хрупкое разруше­ние и их особенности. Силовые критерии разрушения (О.Мора, Писаренко-Лебедева и др.). Деформацион­ные критерии разрушения; диаграмма пластичности В.П.Колмо­горова. Деформационный критерий. Поверхность разрушения при плоском напряженном состоянии; сопоставление критериев между собой и с данными опытов.

Литература: [1] гл.2,3; [4] гл.2; [10] гл.7, 19.



3



2, 3



3

Местные напряжения. Распределение напряжений вокруг кругового и эллиптического отверстий в пластине при растяже­нии. Коэффициент концентрации напряжений. Теория Нейбера о концентрации напряжений в надрезах и выточках (глубокий и мелкий надрезы, интерполяционная формула). Распределение напряжений около глубокого гиперболического надреза при растяжении и изгибе пластины и стержня.

Литература: [1] гл.12; [4] гл.1; [12] гл.11.



4



2, 3



4

  1. Особенности напряженного состояния в зоне концентрации напряжений в связи с разрушением. Приближенные способы определения напряжений и деформаций при неупругом деформировании.

Литература: [1, 1-10], [2, п.1.1-1.4]


5


3


5

  1. Прочность и основы расчета конструкций при статических нагрузках. Механическое поведение материала при статическом нагружении. Схематизация диаграмм деформирования (линей­ное упрочнение, степенная аппроксимация, функция пластич­ности).

 Конструкционная прочность при статическом нагружении: влияние температуры, скорости нагружения, масштабного эф­фекта, агрессивности среды, концентрации напряжений; эффек­тивный коэффициент концентрации для хрупких и пластичных материалов.
Литература: [1] гл.5; [5] гл.3,4,6; [6] 1,2,3,4,5.1; 5.2; 5.3; 5.4); [7] гл.1, Приложение; [12] гл.1,10,11.

Усталость


6


3


6

Основы расчета конструкций при циклических нагружениях. Сопротивление материалов циклическому упругопластическому деформированию, циклическое (изотропное) упрочнение при мягком и жестком нагружениях. Циклические кривые деформи­рования, способы их описания. Кривые усталости, усталостное и квазистатическое разрушения. Линейный закон суммирования повреждений.

Литература: [1] гл.11,13; [2] гл.6,7; [4] гл.3; [6] гл.5 (5.6; 5.10); [7] гл.2; [8] гл.2,5; [11] гл.2,3,4, 6,8; [12] гл.2.


7


3, 4


7

Критерии малоциклового разрушения при нормальной и по­вышенной температуре. Взаимное влияние длительной проч­ности и малоцикловой усталости (линейное суммирование уста­лостного и статического повреждений; метод разделения разма­ха деформаций при циклическом нагружении, кинетическая модель накопления повреждений).

Термическая усталость, методы и средства ее изучения. Кри­терии термоусталостного разрушения. Приближенные методы определения размаха деформации в зонах концентрации напряжений.

Литература: [


8


3


8

Многоцикловая усталость. Методы и средства исследования сопротивления мате­риалов многоцикловому усталостному раз­рушению. Механизм усталостного разрушения, кривые усталос­ти, связь с малоцикловой усталостью. Построение полной веро­ятностной диаграммы усталостной прочности.

Литература: [1] гл.7,8,10; [2] гл.6; [5] гл.5; [7] гл.3,4; [9] гл.2,3,4; [12] гл.3,6.


9


3, 4


9

Факторы, влияющие на предел выносливости: вид напряжен­ного состояния; концентрация напряжений, масштабный эф­фект, асимметрия цикла, температура, технологические факто­ры, фретинг-коррозия, агрессивное воздействие среды.

Литература: [


10


5, 6


10

Методы расчета на прочность и долговечность деталей машин (определение запаса прочности, расчет вероятности разрушения при регулярном и нерегулярном нагружениях). Нормативные запасы прочности. Использование методов теории приспособля­емости для определения условий знакопеременного пластичес­кого течения и одностороннего накопления пластической деформации.

Литература: [


11


3, 5


11

Конструктивные и технологические факторы, повышающие сопротивление деталей машин усталостному разрушению (сни­жение концентраций напряжений, поверхностное упрочнение деталей механической, термической и термомеханической обра­боткой, изостатическое прессование и др.).

Литература: [2, п.5.1, 5.2], [3, 5.4]

Длительная прочность


12


3, 4


12

Основы расчета конструкций при длительном действии на­грузок в условиях повышенных температур. Сопротивление ма­териалов деформированию при повышенных температурах, диа­граммы ползучести, законы ползучести, реологическая функ­ция, пределы ползучести.

Разрушение при длительном нагружении; предел длительной прочности, кривые длительной прочности, вязкое и хрупкое разрушения. Параметрические зависимости длительной прочности.

Литература: [1] гл.13; [2] гл.1,2,3,4,5; [4] гл.4; [6] гл.5 (5.7); [7] гл.1; [8] гл.1,3; [9] гл.1,7.


13


3, 4


13

Кинетическое уравнение повреждаемости. Принцип линей­ного суммирования повреждений.

Определение параметров реологической функции и деформа­ции разрушения при вязком разрушении. Критерии длительной прочности при сложном напряженном состоянии. Влияние концентрации напряжений.

Литература: [


14


5, 6


14

Расчет конструкций на длительную прочность; определение коэффициентов запаса по долговечности и по напряжениям при стационарных и нестационарных режимах. Нормативные коэф­фициенты запасы. Определение предельных нагрузок при задан­ном ресурсе конструкции. Конструктивные и технологические мероприятия, направ­ленные на повышение длительной проч­но­сти конструкции (охлаждение, жаростой­кие покрытия, подбор материала, литье с направленной кристаллизацией).

Литература: [


15


5, 6


15

Статистические законы распределения значений механичес­ких характеристик. Нормы прочности, принципы их построе­ния. Конструктивные и технологические мероприятия, направ­ленные на повышение прочности и жесткости конструкций.

Литература: [5] гл.3,4.

Защита курсовой работы и экзамен


4.2. Контрольные вопросы по основным темам лекционного курса


Прочность при статическом однократном нагружении


=
1.Определите величину параметра , при которой начнутся пластичес­кие деформации в материале. (4 балла)

2.Какие основные этапы включает процесс разрушения материала? Как различаются вяз­кое и хрупкое разрушения? (4 балла)

3.Для материала известны В = 235 МПа, = 950 МПа. Исполь­зуя критерий разрушения О.Мора, определите предел проч­ности при сдвиге. (4 балла)


Т 
4.Напряженное состояние в точке тела определяется следующим тен­зором. Определите напряжение , при котором в материале нач­нутся пластические деформации. (4 балла)


5.Как влияют на тип разрушения температура, скорость нагружения, вид напряженного состояния? Влияние вида напряженного состояния проиллюстрируйте диаграммой Давиден­кова-Фридмана. (4 балла)

6.Для материала известны  = 400 МПа,  = 440 МПа. Определив величину В, записать условие разрушения по Мору. (4 балла)


Т=
7.Напряженное состояние в точке определяется следующим тензо­ром. Определите напряжение , при котором начнутся пластические деформа­ции в материале. (4 балла)

8.Почему при анализе условий разрушения в общем случае предпочти­тельнее использовать логарифмическую, а не обычную деформацию? (2 балла)

9.Для материала известны = 180 МПа, = 220 МПа. Определите напряжение разруше­ния при сжатии . (4 балла)


1
2

2

=
0.Определите величину , при которой в материале начнутся пласти­ческие деформации. (4 балла)

11.В чем состоят классические критерии раз­рушения согласно I (наи­больших нормальных напряжений) и II (наибольших деформаций) теорий прочности? В каких современных критериях используются идеи этих старых теорий, ныне уже не применяемых на практике? (3 áàëëà)

12.Для материала известны = 600 МПа,  = 2000 МПа. Сопоставьте значения пре­дела прочности при сдвиге, найденные с помощью деформационного крите­рия разрушения и критерия Мора. (4 áàëëà)



13.Напряженное состояние в точке определяется следующим тензо­ром. Определите напряжение , при котором в материале начнутся пластические деформации. (4 áàëëà)

14.Каким условием необходимо дополнить критерий разрушения О.Мора? Определите предел прочности при сдвиге, исходя из критерия Мора. (4 áàëëà)

15.Для материала известны = 400 МПа,  = 1400 МПа. Сопоставьте значения преде­ла прочности при сдвиге , определенные по критерию Лебедева-Писаренко и деформацион­ному критерию. (4 áàëëà)


=

2
16.Определите значение , при котором в ма­териале начнутся пласти­ческие деформа­ции. (4 áàëëà)

17.В чем состоит критерий разрушения, предложенный А.А.Лебе­девым и Г.С.Писаренко? Какие идеи нашли в нем отражение? (4 áàëëà)

18.Для стали известны  = 490 МПа, В =  840 МПа,  = 29%,  = 730 МПа. Определите значение разрушающего напряжения при сжатии. (4 áàëëа)




 = 2
19.Определите величину , при которой в материале начнутся пласти­ческие деформации. (4 áàëëа)

20.Каким параметром характеризуется жесткость нагружения в схеме Давиденкова-Фридмана? Какие эффекты иллюстрируются этой схемой? (3 áàëëà)

21.Для материала известны  = 290 МПа,  = 1000 МПа. Определите величину преде­ла прочности при сдвиге по критерию Лебедева-Писаренко. (4 áàëëà)



22.Напряженное состояние в точке определяется следующим тензором. Определите напряжение , при котором в материале начнутся пластические деформации. (4 áàëëà)


23.На результаты каких опытов опирается деформационный кри­терий, предложен­ный В.Л.Колмогоровым? Как их можно предста­вить графически? Приведите аналити­ческие выражения, аппрокси­мирующие опытные данные, с помощью которых данный критерий представлен в виде формул. (4 áàëëà)

24.Для магниевого сплава МЛ11 известны 0,2= 600, = 1300;  = 20%; = 3200 (напряжения в МПа). Определите предел прочности при сдвиге. (4 áàëëа)

25.Используя деформационный критерий разрушения, сопоставьте ресурс пластичности в тонкостенной сферической оболочке под внутренним давлением и растянутом стержне из того же материала (4 áàëëà)






26.Определите величину, при которой в материале начнутся пластичес­кие деформации. (4 áàëëà)

27.Для латуни Л68 известны 0,2 = 100, = 250, = 320;  = 70 % (напряжения в МПа). Определите значение разрушающего напряже­ния при сжатии. (4 áàëëа)


28.В сечениях а и б круглого стержня действуют изгибающий и крутящий моменты:

а) МИЗГ M, Т =M; б) МИЗГ = 0, Т = 2M.

Определите, в каком сечении раньше начнется пластическое дефор­мирование при увеличении параметра M. (4 áàëëà)

29.Проанализируйте возможность использования условий Треска–Сен-Венана и Губера-Ми­зеса в качестве критериев прочности (достоинства, недос­татки, область применения). (4 áàëëà)



30.Для материала известны = 200 МПа,  = 1000 МПа. Опреде­лите предельное значение по критерию Лебедева-Писаренко в точке с задан­ным напряженным состоянием. (4 áàëëà)


3
3

=2
1.Определите величину , при которой в материале начнутся пластичес­кие деформации. (4 áàëëà)

32.Огибающую кругов Мора, соответствующих предельным состо­яниям материал, обычно изобра­жают в виде прямой. Насколько это соот­ветствует действительности? Каким образом следует продлить огибаю­щую в область объемных сжатия и растяжения? Каким ограничением необходимо дополнить критерий разрушения Мора? (4 áàëëà)

33.Для закаленной инструментальной стали Р9 известны 0,05 = 2000, = 2210, = 2900, Е = 2105 (напряже­ния в МПа). Определите деформацию в момент разруше­ния при растяжении. (4 áàëëà)


34.Напряженное состояние в точке определяется следующим тензо­ром. Определите величину , при которой в материале начнутся пласти­ческие деформации. (4 áàëëà)

35. Развитием какой теории прочности является деформацион­ный критерий? В чем заключается это развитие по отношению к исход­ным положени­ям? Какого типа разрушение и какие эффекты влия­ния вида напряженного состояния на прочность описывает этот критерий? (4 áàëëà)

36.Для материала известны = 176 МПа,  = 850 МПа. Сопоставьте значе­ния пре­дела прочности при сдвиге, полученные по деформационному крите­рию и крите­рию Лебедева-Писаренко. (4 áàëëà)


3
2

=

7.Определите величину , при которой в элементе объема материала нач­нутся пласти­ческие деформации. (4 áàëëà)

38.Существует ли, согласно деформаци­онному критерию связь между характеристиками прочно­сти материа­ла при растяже­нии, сжатии и сдвиге? Если да, то как она выглядит? Покажите, как эта зависимость может быть получена. (5 áàëëов)


2




39.Для материала известны = 180 МПа,  = 720 МПа. Опреде­лите значение в момент разрушения по критерию Мора в точке с задан­ным на­пряженным состоянием. (4 áàëëà)

40.Сопоставьте результаты оценки предельного состояния пластичного материала при плоских равноосных растяжении и сжатии с помощью гипоте­зы наибольших деформаций (II теории прочности), критериев О.Мора, Лебедева-Писаренко и деформационного критерия. (5 áàëëов)

41.Для материала известны = 180 МПа,  = 720 МПа. Определите значение давления в момент разрушения в тонкостенном цилиндрическом сосуде с отношением среднего диаметра к толщине стенки по критерию О.Мора. (4 áàëëà)

Концентрация напряжений

1. Какие напряжения называют местными? В чем состоят их особенности? Как они влияют на прочность деталей, какие факторы могут усилить (или, наоборот, ослабить) их влияние?

(3 балла)

2. Что называют теоретическим коэффициентом концентрации напряжений (ТКК)? K каким условиям деформирования относится этот коэффициент? Можно ли использовать принцип суперпозиции при определении ТКК? (3 балла)

3. В чем состоит подход Нейбера при определении теоретического коэффициента концентра­ции напряжений в выточках (основные допущения, область корректного применения?) (3 балла)

4. Сопоставьте влияние на прочность надреза в плоском и цилиндрическом образцах при условии, что геометрические параметры продольных сечений образцов совпадают. В чем причины того, что влияние концентрации на прочность в одном из указанных случаев может оказаться больше, чем в другом? (4 балла)

5. Имеет ли теоретический коэффициент концентрации напряжений предельное значение, которое он (для конкретного материала) не может превосходить? В чем состоит в данном случае гипотеза Нейбера? (4 балла)

6. Как можно приближенно определить коэффициенты концентрации деформаций и напряжений за пределами упругости при условии, что номинальное напряжение в конструкции не превышает предела пропорциональности? Какой исходной информацией нужно для этого располагать? Рассмотрите графический способ определения данных коэффициентов. (4 балла)

7.Совпадают ли теоретический и эффективный коэффициенты концентрации напряжений? Если нет, то в чем их отличие, какими факторами определяется каждый из них? (3 балла)

8.Приведите классификацию концентраторов напряжений по Нейберу. От каких геометри­ческих параметров элемента конструкции зависит теоретический коэффициент концентра­ции для каждого из них? Какие величины обозначаются kT, k+1, k ? Чем они отличают­ся друг от друга? (4 балла)

9.Совпадают ли параметры, которые обозначаются kT, k+1, k ? Если нет, то как называ­ется каждый из них, в чем их отличие, какими факторами они определяются? (2 балла)




4a


2a
10.В каких случаях для объекта фиксированной геометрии могут быть получены различные (и правильные!) значения теоретического коэффициента концентрации напряжений. Сколько таких значений существует? (4 балла)



11.Для заданной приведенной схемой полосы получены значения теоретического коэффициента концентрации напряжений (ТКК), отличающиеся более чем на 30%. Не была ли при вычислении допущена ошибка? Если нет, объясните, как мог быть получен подобный результат. Приведите оба значения ТКК. (5 баллов)






12.Для заданной приведенной схемой пластины укажите опасную точку и определите для нее величину теоретического коэффициента концентрации напряжений. Какой диаграммой деформирования должен обладать материал, чтобы получен­ный результат был корректен? (4 балла)







13.Для заданной приведенной схемой пластины укажите опасную точку и определите для нее величину теоретического коэффициента концентрации напряжений. Какой диаграммой деформирования должен обладать материал, чтобы получен­ный результат был корректен? (4 балла)







14.Для заданной приведенной схемой пластины укажите опасную точку и определите для нее величину теоретическо­го коэффициента концентрации напряжений. Какой диаграм­мой деформирования должен обладать материал, чтобы полу­ченный результат был корректен? (4 балла)



 


15.Который из приведенных случаев нагру­жения бесконечной пластины с отвер­стием более опасен? Почему? (4 балла)


16.Поясните подход Нейбера к определению коэффициентов концентрации напряжений и деформаций за пределами упругости, если номинальное напряжение в конструкции превосхо­дит предел пропорциональности (4 балла)





17.Для заданной приведенной схемой пластины укажите точку, в которой начнется образование трещины, и определите соответст­вующую величину номинального напряжения (В=120 МПа, ВС = 400 МПа) (4 балла)


18.Для идеального упругопластического материала определите «неупругие» коэффициен­ты концентрации напряжений k  и деформаций k , если известно, что теоретический коэф­фициент концентрации равен kТ  = 3, а номинальное напряжение – ном  Т (4 балла)





19. Для балок из хрупкого материала указать опасные сечения; теоретический коэф­фициент концентрации равен kT = 2,5 (4 балла)


Циклическое нагружение и усталость

1.Охарактеризуйте явление усталости. В чем отличие регулярного и стационарного нагруже­ний? Как классифицируется усталость по признаку циклической долговечности? Каким пара­метром определяется вид усталости по этому признаку? Каков характер разрушения образ­ца в каждой из областей? Для какого вида нагружения характерна такая картина? Почему? (4 балла)

2.Приведите основные параметры цикла нагружения. Какие характеристики обознача­ются символами R , R ; что они означают? Каков смысл индекса «R»? (2 балла)

3.Охарактеризуйте поведение материала при «жестком» циклическом нагружении. Приведите классификацию материалов по признаку упрочнения (не забудьте о существовании двух подходов к такой классификации). С каким эффектом связано циклическое упрочнение материала? (4 балла)

4.Охарактеризуйте поведение материала при «мягком» циклическом нагружении. Приведите классификацию материалов по признаку упрочнения (не забудьте о существовании двух подходов к такой классификации). С каким эффектом связано циклическое упрочнение материала? (4 балла)

5.В чем суть так называемого «эффекта Горского»? С чем он связан и в каких условиях проявляется? Каким образом этот эффект описывается математически? (4 балла)

6.Проанализируйте взаимное влияние изотропного упрочнения и циклических деформацион­ных свойств материала. Какие характеристики соответствуют каждому из этих свойств (название, способ получения, математическое описание)? (4 балла)

7.Какие соотношения используются для описания кривой усталости в различных областях долговечности? Назовите несколько критериев малоцикловой прочности; чем они отличаются друг от друга? Почему критерий Мэнсона-Лэнджера называют также уравнением «универсаль­ных наклонов»? Как в соответствии с предложением Мэнсона определяются значения констант кривой малоцикловой усталости по характеристикам статической прочности? (4 балла)

8.Какие свойства материала описываются уравнениями Мэнсона-Коффина и Морроу? В каких условиях применяется каждое? Каким образом с помощью этих уравнений получают зависимость (как она называется?), отражающую деформационные свойства? (3 балла)

9.Охарактеризуйте влияние различных факторов на прочность сталей и сплавов при цикли­ческом нагружении (4 балла)

10.Проанализируйте влияние концентрации напряжений на прочность элементов конструк­ций при циклическом нагружении и способы математического описания этого явления (3 балла)

11.Назовите различного рода факторы, влияющие на прочность конструкционных материа­лов при циклическом нагружении. Охарактеризуйте более подробно влияние масштабного фактора (2 балла)

12.Назовите различного рода факторы, влияющие на прочность конструкционных материа­лов при циклическом нагружении. Охарактеризуйте более подробно влияние качества поверхности и технологии обработки детали (2 балла)

13.Назовите различного рода факторы, влияющие на прочность конструкционных материа­лов при циклическом нагружении. Охарактеризуйте более подробно влияние коррозии и фретинг-коррозии (2 балла)

14.Охарактеризуйте влияние асимметрии цикла напряжений на усталостную прочность ста­лей и сплавов. С помощью каких характеристик отражают это влияние? Как называются и чем определяются величины  ,  ; при каких условиях корректно их применение? (3 балла)

15.Каким образом влияет на долговечность повышение среднего напряжения цикла? Как в этом случае объяснить такое, например, соотношение пределов выносливости: -0,2 >  -1 ?

(2 балла)

16.Охарактеризуйте влияние асимметрии нагружения на усталостную прочность сталей и сплавов. Остановитесь подробнее на диаграмме предельных амплитуд (порядок и условие ее получения, вид диаграммы в широком диапазоне изменения параметров, способы ее схематиза­ции, определяемые с ее помощью характеристики). (3 балла)

17.Приведите способы приближенного определения предела выносливости материала  -1

(2 балла)

18.Каким образом производится оценка усталостной прочности материалов при сложном напряженном состоянии? Имеет ли при этом значение режим (синфазный, противофазный) на­гружения? Какую характеристику называют приведенной эквивалентной амплитудой? (4 балла)

19.Какое нагружение называют блочным? Какие эффекты, связанные с усталостной проч­ностью, проявляются в этих условиях? Каким образом при этом оценивают долговечность конструкции? (2 балла)

20.Какие виды коэффициента запаса используют при оценке усталостной прочности конструкций? Как определяется каждый из них (в том числе, при сложном напряженном состо­янии)? По возможности приведите необходимую схему. Существует ли взаимосвязь между ними? Чем определяются величины нормативных коэффициентов запаса? Приведите типичные их значения. (4 балла)

21.Какие величины называют эквивалентной, приведенной и эквивалентной приведенной амплитудами образца? Что такое «эквивалентная амплитуда детали»? (2 балла)

Длительная прочность

1.Что называется ползучестью? Какими параметрами определяется ее интенсивность? Какие механизмы ползучести вы знаете? Коротко охарактеризуйте каждый из них. (3 балла)

2.Назовите и охарактеризуйте известные механизмы ползучести сталей и сплавов. Какие из них наиболее актуальны с точ­ки зрения практики? Расскажите о них более подробно. (2 балла)

3.Назовите основные характеристики (функциональные зависимости и константы) ползучес­ти и связанные с ними характеристики деформирования. Дайте понятие реологической функции. Приведите типичный вид реологической функции жаропрочных металлических материалов. (3 балла)

4.Дайте определение предела ползучести. Приведите способы его задания (отражаются обоз­начением предела ползучести). Выберите знак отношения в выражении поясните свой выбор. (3 áàëëà)

5.Назовите основные характеристики (функциональные зависимости и константы) длитель­ной прочности. Дайте понятие предела длительной прочности. Изложите процедуру определе­ния предела длительной прочности при сжатии. (2 áàëëà)

6.Опишите механизмы вязкого и хрупкого разрушения в условиях длительного нагружения (признаки, условия реализации). Изложите суть известных моделей вязкого и хрупкого разрушения. Остановитесь более подробно на модели Хоффа. Как определяется долговечность в случае смешанного разрушения? (5 баллов)

7.Опишите механизмы вязкого и хрупкого разрушения в условиях длительного нагружения (признаки, условия реализации). Изложите суть известных моделей вязкого и хрупкого разрушения. Остановитесь более подробно на модели Л.М.Качанова. Как определяется долговечность в случае смешанного разрушения? (5 баллов)

8.Что представляет собой кинетическое уравнение накопления повреждений? Каким образом осуществляется суммирование повреждений в условиях переменного нагружения? (3 áàëëа)

9.Каким образом определяется ресурс пластичности (деформация в момент разрушения) в условиях длительного нагружения? (3 áàëëа)

10.С какой целью применяют критерии длительной прочности? Назовите и охарактеризуйте наиболее известные. (3 áàëëа)

11.Какие зависимости в теории длительной прочности получили название параметрических? Приведите примеры таких зависимостей. Чем определяется выбор конкретной параметрической зависимости? Покажите, как они используются при оценке длительной прочности на примере обобщенной зависимости Ларсона-Миллера. (3 áàëëà)

12.Назовите основные факторы, влияющие на длительную проч­ность теплонапряженных конструкций. Остановитесь более подроб­но на влиянии концентрации напряжений и ее особен­ностях в рассматриваемых условиях. (3 áàëëà)

13.Назовите основные факторы, влияющие на длительную прочность теплонапряженных конструкций. Остановитесь более подробно на влиянии внешней среды, а также термической и механической обработки. (2 áàëëà)

14.Назовите и охарактеризуйте конструктивные и технологические мероприятия, направ­ленные на повышение длительной прочности теплонапряженных конструкций. Остановитесь более подробно на использовании тепловых экранов и защитных покрытий различного состава и назначения. (3 áàëëà)

15.Назовите и охарактеризуйте конструктивные и технологические мероприятия, направлен­ные на повышение длительной прочности теплонапряженных конструкций. Остановитесь более подробно на применении новых материалов и прогрессивных технологиях литья. (2 áàëëà)

16.Назовите причины исчерпания работоспособности теплонапряженных конструкций, а также виды коэффициентов запаса, используемые при оценке их длительной прочности. Оцени­те перспективы использования характеристик длительной прочности при принятии решения о продлении ресурса конструкции. (3 áàëëà)

17.Каким образом определяется допускаемое напряжение в соответствии с нормами Госгортехнадзора и Boiler Code’ом ASME при оценке длительной прочности теплонапряжен­ных конструкций? Как при этом учитывается неизотермический характер нагружения? (3 áàëëà)

18.Перечислите факторы, влияющие на сопротивление сталей и сплавов малоцикловому раз­рушению при повышенной температуре. Остановитесь более подробно на влиянии частоты наг­ружения как в цикле в целом, так и отдельно в полуциклах растяжения и сжатия. (2 áàëëà)


19.Перечислите факторы, влияющие на сопротивление сталей и сплавов малоцикловому раз­рушению при повышенной температуре. Остановитесь более подробно на влиянии выдержек в полуцикле растяжения, сжатия и обоих полуциклах. (2 áàëëà)

2
0.С помощью кинетической модели накопления повреждения определи­те число циклов до разрушения образца из стали 12Х18Н9. Схема реализо­ванного в испытании «жесткого» цикла с размахом неупругой деформации = 1% показана на рисунке. Значения постоянных материала при темпе­ратуре испытания Т = 700 оС: Dp+ =1,5; Dp-=0,1; Dc7,5; Dc- = -5; a=1. Охарактеризуйте также рассматриваемый материал (тип, состав, свойства, назначение). (4 áàëëà)





21.С помощью кинетической модели накопления повреждения определи­те число циклов до разрушения образца из стали 12Х18Н9. Схема реализо­ванного в испытании «жесткого» цикла с размахом неупругой деформации = 1% показана на рисунке. Значения постоянных материала при темпе­ратуре испытания Т = 700 оС: Dp+ =1,5; Dp-=0,1; Dc7,5; Dc- = -5; a=1. Охарактеризуйте также рассматриваемый материал (тип, состав, свойства, назначение). (4 áàëëà)

22.Изложите суть метода разделения размаха С.Мэнсона, его применение для оценки малоцикловой прочности материалов при чередовании этапов пластического и вяз­кого деформирования в обоих полуциклах; отметьте достоинства и недостатки метода. (4 балла)

23. Приведите качественный вид зависимости долговечности N от времени полуцик­ла сжатия t  при изменении скорости деформации от «быстрой» до «медленной». Скорость в полуцикле растяжения поддерживается постоянной и соответствует мед­ленному нагружению; испытания проводятся в режиме «жесткого» нагружения в условиях = const. (4 балла)





24. С помощью метода разделения разма­ха определите долговечность образца из стали 12Х18Н9. Схема реализованного в испытании «жесткого» цикла с размахом неупругой деформации = 1% показана на схеме. Кривые малоцикловой усталости данного материала при температуре испыта­ния Т = 700 оС также представлены на рисунке. Охарактеризуйте также рассматриваемый материал (тип, состав, свойства, назначение). (5 áàëëов)


^ 5. Лабораторные работы (практикум)

5.1. Лабораторные работы в курсе «Конструкционная прочность» не предусмотрены.


6. Практические занятия

6.1. Практические занятия в курсе «Конструкционная прочность» не предусмотрены.

7. Семинарские занятия


7.1. Семинарские занятия в курсе «Прикладная механика» не предусмотрены.


^ 8. Самостоятельная работа студентов (СРС)

8.1. Выполнение курсовой работы

Цели, задачи, характеристика

Курсовая работа на тему «Критерии прочности при статическом нагружении и закономер­ности малоцикловой усталости» призвана углубить и закрепить полученные знания и практи­ческие навыки и предполагает активное и целенаправленное их использование при оценке прочности конструкционных материалов в условиях однократного нагружения при сложном напряженном состоянии и циклическом деформировании с учетом концентрации напряжений.

В ходе работы для одного из конструкционных материалов производится аппроксимация диаграммы «статического» деформирования, а также циклических кривых в симметричном и пульсационном циклах. Для пластичного и хрупкого материалов расчетным путем выполняется сопоставление традиционных и современных критериев статической прочности в условиях плоского напряженного состояния различного вида. Для заданного элемента конструкции с концентратором в условиях внецентренного растяжения определяется теоретический коэффи­циент концентрации напряжений и подсчитывается долговечность объекта при симметричном и несимметричном нагружениях.

Таблица 3 – Содержание и объем курсовой работы

^ Номер занятия

Наименование и содержание разделов

курсового проекта

Объем (в листах) расчетной и графической частей

^ Кол-во часов на одного студента


1

Аппроксимация обобщенной диаграммы деформирования одной из марок стали (сплава) при статическом нагружении.


3…4


3


2

Построение поверхностей разрушения для пластичного и хрупкого материалов по критериям Мора, Лебедева-Писаренко и деформационному при плоском напря­женном состоянии.


6…8


4



3

Исследование влияния гидростатическо­го давления (растяжение в камере высоко­го давления) на предельные характеристи­ки прочности и пластичности сплава.



4…6



3

4

Аппроксимация для одной из марок ста­ли (сплава) диаграммы деформирования и циклических кривых в циклах с различ­ным коэффициентом асимметрии.

6…8

4

5

Расчет предельного напряжения в эле­менте конструкции по «Нормам расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетичес­ких установок».

3…4

2

6

Определение теоретического коэффи­циента концентрации напряжений при внецентренном растяжении.

3…4

4

7

Расчет долговечности объекта при сим­метричном и несимметричном нагруже­ниях.

5…6

6


8

Составление расчетно-пояснительной за­писки.





2

Итого:

30…40

28



^ 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

9.1. Рекомендуемая литература

9.1.1. Основная литература

1. Коллинз Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение. — М.: Мир, 1984. — 620 с.

2. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. — М.: Наука, 1979. –743 с.

3. Тайра С., Отани Р. Теория высокотемпературной прочности материалов. — М.: Металлургия, 1986. — 280 с.

4. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник. — М.: Машинострое­ние, 1985. — 224 с.

5. Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно-методическое пособие. В 2-х томах. Т.1. — М.: Машиностроение, 1988. — 560 с.

9.1.2. Дополнительная литература

6. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергети­ческих установок (ПНАЭ Г-7-002-86) / Госатомэнергонадзор СССР. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 525 с. (Правила и Нормы в атомной энергетике).

7. Термопрочность деталей машин /Под ред. И.А.Биргера и Б.Ф.Шорра. — М.: Машиностроение, 1975. — 455 с.

8.Усталость материалов при высокой температуре / Под ред. Р.П.Скелтона. — М.: Металлургия, 1988. — 342 с.

9.Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность: Справочное пособие. — М.: Машиностроение, 1975. — 488 с.

10.Конструкционные материалы: Справочник /Б.Н.Арзамасов, В.А.Брострем, Н.А.Буше и др. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с. (Основы конструи­рова­ния машин).

11.Марочник сталей и сплавов /Сост. А.С.Зубченко и др.; Под ред. А.С. Зуб­ченко. — М.: Машиностроение, 2003. — 782 с.

12.Масленков С. Б., Масленкова Е. А. Стали и сплавы для высоких темпера­тур: Справочник: В 2-х кн.— М.: Металлургия, 1991. — Кн.1 – 382 с., Кн.2 – 830 с.

13.Михайлов-Михеев П.Б. Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения. — М.–Л.: Машгиз, 1961. — 648 с.

14.Петерсен Р. Коэффициенты концентрации напряжений.— М.: Мир, 1977.– 302 с.

15.Кононов К.М., Порошин В.Б. Критерии разрушения материалов при статичес­ком нагружении. Методические указания и задание к курсовой работе по конст­рукционной прочности: Учебное пособие. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. — 28 с. (Электронный вариант).

16.Кононов К.М., Порошин В.Б. Закономерности малоцикловой усталости: Учеб­ное пособие. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2006. — 24 с. (Электронный вариант).

17.Стандарт предприятия: Курсовое и дипломное проетирование. Общие требова­ния к оформлению. СТП ЮУрГУ 04-2001/Составители: Сырейщикова Н.В., Гузеев В.И., Сурков И.В., Винокурова Л.В. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. – 48 с.

9.2. Средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (перечень обучающих, контролирующих, расчетных компьютерных программ, компьютерных тренажеров, муль­тимедийных лекций, видеолекций, диафильмов, кино- и телефильмов, диапозитивов, иллю­страционных материалов)

9.2.1. Теоретический курс

Текущий контроль усвоения материала производится в ходе тестов, включающих теоретические вопросы (см. п. 4.2) и задачи на соответствующую тему (разработ­ка кафедры). Экзамен проводится по экзаменационным билетам и набору задач, также разработанным на кафедре.

9.2.2. Курсовая работа

Курсовая работа обеспечивается учебными пособиями [15, 16], где приводится за­дание на курсовое проектирование, основной теоретический материал и указания к выполнению работы.

9.2.3. Иллюстрационный материал, наглядные пособия и натурные объекты

1. Раздаточный материал (комплект 28 листов).

2. Натурные объекты (лопатка ГТД, зубчатые колеса, примеры хрупкого, вязкого, усталостного разрушения элементов конструкций) и образцы для испытаний на растяжение, сжатие, срез, смятие.

3. Образцы оформления курсовой работы.





Скачать 434,55 Kb.
Дата конвертации24.10.2013
Размер434,55 Kb.
ТипРабочая программа
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rud.exdat.com


База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Документы