Рабочая программа дисциплины «Статистическая механика и теория надежности» сд. 10 для специальности 150301 «Динамика и прочность машин» направление подготовки 651500 «Прикладная механика» icon

Рабочая программа дисциплины «Статистическая механика и теория надежности» сд. 10 для специальности 150301 «Динамика и прочность машин» направление подготовки 651500 «Прикладная механика»



Смотрите также:

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

«_____»_______________ 20___ г.




УТВЕРЖДАЮ:

Декан Физического факультета


_______________ Н.Д. Кундикова

«_____»_______________ 20___ г.



^

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА



дисциплины «Статистическая механика и теория надежности» СД.10

для специальности 150301 «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», для специальности 150301 «Динамика и прочность машин» утверждено приказом Министерства образования Российской федерации от 02 марта 2000 г. № 686.


Рабочая программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «Прикладная механика, динамика и прочность машин» протокол №_____ от ___________________ 20___ г.

Зав. кафедрой разработчика д.т.н., проф. Чернявский А.О. ________________

Ученый секретарь кафедры к.т.н., доц. Хрипунов Д.В. ________________

Разработчик программы д.т.н., проф. Березин И.Я. ________________



Челябинск

2006

1 Введение

Государственный образовательный стандарт для специальности Динамика и прочность машин:

СД.10

^ Статистическая механика

и теория надежности

Функции и законы распределения случайных величин, числовые характеристики случайных величин, системы случайных величин. Случайные процессы, нестационарные и стационарные процессы, вероятностные характеристики случайных процессов. Эргодические случайные процессы. Линейные преобразования случайных функций. Спектральный анализ, спектральная плотность, соотношения Хинчина-Винера, корреляционные функции и взаимные спектральные плотности. Выбросы случайных процессов, среднее число выбросов нормального процесса, дисперсия случайных выбросов. Марковские процессы, уравнения Колмогорова, определение вероятности достижения границ области возможных значений. Случайные колебания систем с конечным числом степеней свободы, свободные и вынужденные колебания, определение вероятностных характеристик. Нелинейные случайные колебания, метод статистической линеаризации, метод Монте-Карло. Стационарные случайные колебания, определение спектральных плотностей и дисперсией компонент вектора состояния системы. Случайные колебания систем с распределенными параметрами (стержни, пластины, оболочки). Основы теории надежности, формулировка задач надежности. Вероятность безотказной работы. Модели отказов машин и конструкций. Частота отказов, интенсивность отказов, оценивание вероятности безотказной работы при малом числе реализаций. Понятие ресурса, оценка и прогнозирование ресурса, ресурс и механика разрушения. Проблемы безопасности машин и конструкций.

136


^ 1.1 Требования к уровню освоения содержания дисциплины


Согласно Государственному образовательному стандарту на специальность «Динамика и прочность машин» выпускник должен в результате усвоения дисциплины «Статистическая механика и теория надежности»:

  • иметь представления о современных научно-технических проблемах и перспективах развития областей машиностроения, учитывать взаимосвязь со смежными областями;

  • знать основные объекты исследований, явления и процессы, связанные с конкретной областью техники;

  • уметь использовать современные методы и средства в практической и научной деятельности;

  • иметь навыки реализации комплексного подхода к проблеме обеспечения надежности машин.


^ 1.2 Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины

Изучение курса «Статистическая механика и теория надежности» невозможно без усвоения таких курсов, как «Высшая математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Теория колебаний», «Динамика машин», «Сопротивление материалов», «Строительная механика машин», «Информатика», «Применение вычислительной техники в инженерных расчетах».


^ 2 Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины

Основной целью курса «Статистическая механика и теория надежности» является подготовка дипломированных инженеров-разработчиков по специальности 150301 «Динамика и прочность машин», владеющих основами современной теории, методами и средствами прогнозирования и управления надежностью сложных технических систем.

^ 3 Объем дисциплины и виды учебной работы

Таблица 1 – Состав и объем дисциплины

Вид учебной работы

Всего

часов

Разделение по семестрам в часах

семестр

VIII

IX

Общая трудоемкость дисциплины

136

65

71

Аудиторные занятия

99

45

54

Лекции (Л)

66

30

36

Практические занятия (ПЗ)

33

15

18

Семинары (С)

Лабораторные работы (ЛР) и (или) другие виды аудиторных занятий

-







Самостоятельная работа (СРС)

37

17

20

Курсовой проект (работа)




КР (часть 1)

КР (части 2-4)

Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы










Вид итогового контроля (зачет, экзамен)




Экзамен

Экзамен


4 Содержание дисциплины

^ 4.1 Наименование разделов, тем дисциплины

Таблица 2 – Разделы дисциплины, виды и объем занятий

Номер


раздела,

темы

Наименование разделов, тем

дисциплины

Объем в часах по видам

Всего

Л

ПЗ

С

ЛР

СРС

1

Введение. Применение методов теории случайных событий и величин в задачах прочности и надежности




8

4





4

2

Основы теории случайных функций




10

4





4

3

Анализ случайных процессов




6

4





5

4

Статистическая динамика механических систем




14

8





8

5

Теория выбросов случайных процессов




8

4





4

6

Вероятностные методы расчетов на прочность и долговечность




16

9





8

7

Основы структурной теории надежности




4







4


^ 5 Календарный план курса «Статистическая механика и теория надежности»


VIII семестр

Лекций – 30 ч

Практические занятия – 15 ч

Курсовой проект (часть I)

СРС – 20 ч

ВСЕГО: 65 часов

Отмеченные в программе разделы предваряются установочными занятиями и выносятся на самостоятельное изучение с последующим контролем знаний.

^ 5.1 Лекционные занятия



учебной

недели

Содержание лекционных занятий

Объем в часах

1-2

Введение: повышение научно-технического уровня проектирования и испытаний при создании новых поколений конкурентоспособной отечественной техники. Применение методов теории вероятностей в задачах прочности и надежности. Примеры решения простейших задач: оценки надежности комбинированных систем, контроля изделий, планирования поставок запасных частей, резервирования, технической диагностики и др.

Литература: [2], [4], [10].

3

3

Выносится на самостоятельное изучение.

Способы описания и основные теоретические законы распределению случайных величин, применяемые в задачах надежности.

Литература: [4], глава 5, с.67-120.

1

4

Многомерные распределения и их характеристики, Функции случайных агрументов; точные и приближенные решения.

Литература: [4]

2

5

Элементы теории случайных функций. Способы их описания и характеристики. Корреляционная функция и ее свойства. Определение характера случайных функций по данным экспериментов.

Литература: [1], [4], [8], [10], [11].

2

6

Линейное преобразование случайных процессов. Понятие линейного оператора; постановка задачи статистической динамики. Методы прямого линейного преобразования случайных функций; метод моментных функций, метод функций Грина-Дюамеля.

Литература: [1], [2], [10]

2

7

Каноническое представление случайных функций. Понятие о стационарном случайном процессе и его спектральное разложение. Функция спектральной плотности и ее связь с корреляционной функцией стационарного случайного процесса, форомулы Винера-Хинчина.

Литература: [8],[10], [11]

4

8-9

Прикладные задачи теории случайных функций. Анализ случайных процессов, эргодическое свойство, определение характеристик процессов по данным эксперимента и оценка их точности. Методы определения функции спектральной плотности: метод аппросимации, временного окна и быстрого преобразования Фурье. Практические приемы и рекомендации для обработки осциллограмм процессов.

Литература: [1], [8], [10], [11]

4

10-11

Постановка задач статистической динамики. Классификация динамических систем, определение частотных передаточных функций. Спектральный подход к задаче о прохождении стационарного случайного процесса через линейную систему. Основное соотношение спектрального метода. Пример: сейсмическое воздействие на сооружение.

Литеатура: [10], [11]

6

12

Выносится на самостоятельное изучение.

Статистическая динамика многовходовых систем. Задача о колебаниях многоопорной транспортной машины при движении по случайному профилю.

Литература: [12], глава 2, с.53-85

1

13

Выносится на самостоятельное изучение.

Статистическая динамика многомерных систем. Понятие взаимной спектральной плотности, определение характеристик выходных случайных процессов. Постановка задачи статистической идентификации динамических систем.

Литература: [9], глава 3, с.92-112

1

14

Случайные колебания нелинейных систем. Классификация динамических объектов: подходы к решению задач, методы и критерии линеаризации, критерий равенства моментных характеристик.

Литература: [8], [10], [11]

2

15

Метод линеаризации упруго-вязких характеристик, использующий критерий минимума среднеквадратической ошибки. Алгоритмы реализации методов статистической линеаризации.

Литература: [8], [10], [11]

2

^ 5.2 Практические занятия



учебной

недели

Номер практического занятия и его тематика

Объем в часах




Применение теорем сложения и умножения вероятностей, формула полной вероятности, формулы Байеса, схемы Бернулли и др. к решению задач надежности.

2




Ознакомление с пакетом прикладных программ, предназначенными для анализа статистической информации.

1




Анализ и отработка осциллограмм случайных процессов; первичная отработка.

2




Определение математического ожидания, дисперсии и корреляционной функции стационарного случайного процесса.

2




Определение функции спектральной плотности стационарного случайного процесса методами аппроксимации и быстрого преобразования Фурье.

2




Определение эффективной частоты и коэффициента сложности структуры стационарного случайного процесса.

2

^ 5.3 Лабораторная работа

Экспериментальные исследования колебаний линейной системы при случайном воздействии. Сопоставление расчетных и экспериментальных результатов.

^ 5.4 Самостоятельная работа студентов

Выполнение первого раздела комплексного курсового проекта «Прогнозирование прочностной надежности и ресурса машин»: Анализ случайных внешних воздействий, определение обобщенных характеристик входных случайных процессов. Литература: [14].


^ IХ семестр


Лекций – 36 ч

Практические занятия – 18 ч

Курсовой проект (часть 2, 3 и 4)

СРС – 17 ч

ВСЕГО: 71 часов

ВСЕГО: 95 часов


Отмеченные в программе разделы предваряются установочными занятиями и выносятся на самостоятельное изучение с последующим контролем знаний.


^ 5.1 Лекционные занятия




учебной

недели

Содержание лекционных занятий

Объем в часах

1

Элементы теории выбросов случайных процессов. Постановка задачи о пересечении стационарным случайным процессом заданного постоянного уровня, классическая формула Райса.

Литература: [10], [13]

2

2

Задача о длительности выбросов и интервалов между ними. Определение среднего в единицу времени числа экстремумов и закона распределения широкополосности и определение коэффициента сложности структуры процесса.

Литература: [10], [13]

4

3

Распределение максимумов процесса, обобщенная формула Райса. Распределение абсолютных максимумов и размахов. Задачи о пересечении случайным процессом заданных переменного и случайного уровней.

Литература: [10], [13]

4

4

Статистические теории прочности. Модель «слабого звена» для описания хрупкого разрушения.

Литература [7]

2

5

Выносится на самостоятельное изучение.

Статистическая теория подобия усталостного разрушения.

Литература: [7], глава 3, с.54-124

2

6

Статистический подход к задачам прогнозирования надежности. Расчет при действии однократных перегрузок. Описание законов распределения напряженности и характеристик прочности. Метод А.Р.Ржаницына.

Литература: [2], [5], [6]

2

7

Выносится на самостоятельное изучение

Учет фактора времени в задачах о вероятности разрушения при однократных перегрузках. Сравнительный анализ различных подходов.

Литература: [2], глава 3, с.176-184

2

8

Прогнозирование усталостной долговечности. Закономерности явления многоцикловой выносливости металлов. Описание характеристик выносливости, полная вероятностная диаграмма усталости.

Литература: [7]

2

9

Выносится на самостоятельное изучение

Статистическое описание нагруженности. Методы схематизации случайных процессов: максимумов, размахов, полных циклов – «дождя». Алгоритмы реализации методов схематизации.

Литература: [7], глава 4, с.157-189

2

10

Анализ различных случаев расчета усталостной долговечности. Гипотеза линейного суммирования повреждений. Подход, использующий понятие блока нагружения; способ определения параметров блока. Метод расчета средней долговечности по корректированной гипотезе линейного суммирования.

Литература: [7]

2

11

Расчет средней долговечности по методу Майтса-Болотина. Интегральный метод суммирования повреждений процессами.

Литература: [2], [5]

2

12

Прогнозирование усталостной долговечности с учетом случайного нагружения и рассеяния характеристик выносливости. Расчет функции вероятностей безотказной работы по критерию зарождения усталостных трещин.

Литература: [7]

2

13

Применение метода статистических испытаний (Монте-Карло) к задачам динамики и прочности машин. Моделирование случайных событий. Пример: прогнозирование надежности сложной технической системы.

Литература: [3]

2

14

Моделирование независимых случайных величин методом кусочной аппроксимации. Пример: прогнозирование надежности по критерию износа.

Литература: [3]

2

15

Моделирование системы коррелированных случайных величин методом линейных преобразований. Пример: моделирование процесса докритического развития усталостных трещин (стадия живучести конструкции) с учетом случайного нагружения и рассеяния свойств.

Литература: [3]

2

16

Моделирование стационарных случайных процессов методом скользящего суммирования. Пример: динамика нелинейной системы при нестационарном случайном воздействии.

Литература: [3]

2


^ 5.2 Практические занятия

(выполняются самостоятельно)




учебной

недели

Номер практического занятия и его тематика

Объем в часах

1

Определение частотных передаточных функций линейных систем

2

2

Расчет и анализ функций спектральной плотности выходных процессов. Корректировка динамических характеристик исходной системы.

3

Определение законов распределений максимумов напряжений. Оценка влияния сложности структуры процесса на вид распределений.

2

4

Расчет вероятности разрушения при действии однократных перегрузок по методу Ржаницына.

2

5

Оценка влияния различных законов распределений нагруженности и характеристик прочности на вероятность разрушения.

2

6

Определение законов распределения амплитуд напряжений различными методами схематизации случайных процессов. Сопоставление результатов.

2

7

Расчет параметров блока нагружения и средней долговечности по корректированной гипотезе линейного суммирования.

3

8

Расчет функций вероятностей безотказной работы по критерию образования усталостных трещин. Анализ и корректировка прочностных характеристик.

3


^ 5.4 Самостоятельная работа студентов

Выполнение второго, третьего и четвертого разделов комплексного курсового проекта «Прогнозирование прочностной надежности и ресурса машин»:

- статистическая динамика системы, характеристики напряженности деталей;

- расчет характеристик надежности;

- вероятностные расчеты на прочность и надежность.

Литература: [14].

6 Рекомендуемая литература

  1. Бендат Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных функций.- М.: Мир, 1989.- 540с.

  2. Болотин В.В. Применение методов теории вероятностей и теории надежности в расчетах сооружений.- М.: Стройиздат, 1971.- 254с.

  3. Быков В.В. Цифровое моделирование в статистической радиотехнике.- М.: Советское радио, 1971.- 326с.

  4. Венцель Е.С. Теория вероятностей.- М.: Наука, 1964.

  5. Гусев А.С., Светлицкий В.А. Расчет конструкций при случайных воздействиях.- М.: Машиностроение, 1984.

  6. Капур К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем.- М.: Мир, 1980.- 597с.

  7. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени.- М.: Машиностроение, 1993.-364с.

  8. Пугачев В.С. Теория случайных функций.- М.: Физматгиз, 1960.

  9. Росин М.Ф. Статистическая динамика и теория эффективности систем управления.- М.: Машиностроение, 1970.- 336с.

  10. Светлицкий В.А. Статистическая механика и теория надежности.- М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.- 560с.

  11. Свешников А.А. Прикладные методы теории случайных функций.- М.: Наука, 1968.

  12. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин.- М.: Машиностроение, 1972.- 192с.

  13. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов.- М.: Наука, 1970.- 392с.

  14. Березин И.Я., Рихтер Е.Е., Абызов А.А Статистические методы и надежность машин. Учебное пособие. – Челябинск, 1995.- 54с.




Скачать 182,37 Kb.
Дата конвертации17.11.2013
Размер182,37 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