Рабочая программа дисциплины сд. 11 «Экспериментальная механика» для специальности 150301 icon

Рабочая программа дисциплины сд. 11 «Экспериментальная механика» для специальности 150301



Смотрите также:
Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра «Прикладной механики, динамики и прочности машин»

СОГЛАСОВАНО:

Зав. выпускающей кафедры

«Прикладная механика, динамика и прочность машин»

____________ А.О. Чернявский

«_____» ____________ 2006

УТВЕРЖДАЮ:

Декан

Физического факультета


____________ Н.Д. Кундикова

«_____» ____________ 2006

^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

Дисциплины СД.11 «Экспериментальная механика»

для специальности 150301 (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 150301 (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 Рихтер Е.Е.


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 150301 (071100) «Динамика и прочность машин». Инженер по направлению подготовки “Прикладная механика” может в соответствии с фундаментальной и специальной подготовкой выполнять следующие виды профессиональной деятельности:

  • научно-исследовательская;

  • проектно-конструкторская;

  • организационно-управленческая.

Конкретные виды деятельности определяются содержанием образовательно-профессиональной программы, разрабатываемой вузом.


^ СД.11 «Экспериментальная механика» -- 110 ч.

СД.11 -- «Экспериментальная механика» раздел «Электрические измерения неэлектрических величин: Тензометрические методы измерения деформации. Методы неразрушающего контроля. Электрические измерения механических величин; датчики виброперемещений; датчики виброускорений; генераторные и параметрические преобразователи.

Программа по экспериментальной механике разработана для подготовки дипломированного инженера по специальности 150301 (071100) «Динамика и прочность машин».

Согласно п.п.2.2.3 ГОС "Требования к минимуму содержания и уро­вню подготовки дипломированного специалиста по спец. ^ 150301 (071100) "Динамика и прочность машин" выпускник должен в результате усвоения дис­циплины "Экспериментальня механика" раздел «Электрические измерения неэлектрических величин»:

- иметь представление о методах и средствах измерения неэлектрических величин электрическими методами;

- знать основы электротензометрии и исследования НДС в точке тела с использованием современных электрических методов
- уметь выполнять практические работы по подготовке, размещению, установке и подключению измерительных преобразователей механических величин;
- иметь навыки работы с измерительными преобразователями, усилительной и регистрирующей аппаратурой.

1.2. Требования к уровню подготовки для освоения дисциплины

1.2.1. Место дисциплины в системе подготовки


Изучение курса «Экспериментальная механика» раздел «Электрические измерения неэлектрических величин» невозможно без твердого усвоения таких курсов как : «Высшая математика», «Физика», «Сопротивление материалов», «Электротехника и основы электроники».


2. Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины.

Основная цель изучения дисциплины заключается в усвоении выпускниками тео­ретических знаний и выработке практических навыков в области экспериментальных исследований прочности и нагруженности объектов с использованием современных методов измерения неэлектрических величин электрическими методами


3. Объем дисциплины и виды учебной работы.


В соответствии с п.3 ГОС в обязательный минимум содержания образовательной программы "Прикладная механика" должны входить:

Лекций - 34 час., лабораторные занятия - 34 час., самостоятельная работа студентов - 65 час.

Зачет – YI семестр.

Экспериментальная механика включает разделы:

  • Общая классификация измерительных преобразователей, понятие о параметрических и генераторных преобразователях, структурные схемы измерения;

  • основные типы измерительных преобразователей: тензорезисторные, потенциометрические, электромагнитные, фотоэлектрические, гальваномагнитные и другие виды; физические принципы их работы, основные типы метрологических характеристик, достоинства и недостатки различных видов измерительных преобразователей;

  • область применения измерительных преобразователей, возможности их использования для исследования нагруженности, напряженно—деформированного состояния узлов и деталей, а также для изучения силовых и кинематических параметров машин;


Элементы разработанной программы, соответствующие требованиям ГОС к целевым установкам и минимума содержания (см.п.1.2 и 1.3 данной программы) выделены в последующем тексте как названия тем лекций и практических занятий.

Всего часов по механике – 142 часа.


Таблица 1 - Состав и объем дисциплины


Вид учебной работы



Всего часов

Распределение по семестрам в час.

YI

Общая трудоемкость дисциплины

104

104

Аудиторные занятия

54

54

Лекции (Л)

36

36

Практические занятия (ПЗ)







Семинары (С)

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


18


18

Самостоятельная работа (СРС)

35

35

Курсовой проект (работа)







Реферат и (или) другие виды самостоятельной работы

15

15

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

4

4



4.Содержание дисциплины.

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


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. Место и задачи экспериментальных исследований в комплексе научно-исследовательских работ. Основные сведения об электромеханических измерениях, понятия и определения.




8



2












4



2

Статические характеристики измерительных преобразователей. Функция преобразования. Погрешности измерения при статических измерениях, их классификация.




5



2












3


3

Динамические характеристики измерительных преобразователей. Понятие о передаточной функции. Ущение. Амплитудно-фазочастотные характеристики. Классификация измерительных преобразователей по типу АФЧХ и типу переходной функции. Квазистатические, резонансные, сейсмические и балистические измерительныепреобразователи, области их применения.



12


2











8


4

Физические основы и принципы конструирования измерительных преобразователей. Резистивные преобразователи механических величин. Основы электротензометрии. Типы тензорезисторов. Измерительные схемы с тензорезисторами.



46


16








20


10


5


Электромагнитные преобразователи. Индуктивные, трансформаторные, индукционные и магнитоупругие. Используемый физический принцип, материалы, характеристика и конструкция.



14


4








4


6


6

Электростатические преобразователи. Принцип действия. Физические основы работы. Типы емкостных преобразователей. Измерительные схемы, их особенности; мостовая и контурная схемы.



10


2








4


4


7

Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэффект: прямой и обратный; материалы используемые в пьезоэлектрических преобразователях, ихсвойства. Пьезорезонансные преобразователи: особенности применения, достоинства и недостатки. Конструктивные особенности пьезопреобразователей.


9

2







2

5



8

Фотоэлектрические преобразователи. Физические принципы работы, классификация по типу фотоэффекта. Основные характеристики. Внешний и внутренний фотоэффект. Особенности конструкции.




8



2









2



4



9

Измерение температуры. Общие сведения. Понятие о термодинамической шкале; термометры механической группы.
Термоэлектрический метод измерения; общие сведения, требования к термоэлектрическим материалам, технология изготовления термопар, электрические схемы соединения термопар; примеры термометрирования деталей и узлов машин. Термометры сопротивления. принцип действия, диапазон измерений, точность


10


2








2


6

4.2. Содержание (и методические рекомендации) разделов и тем дисциплины.

Таблица 3. Содержание и методические рекомендации разделов и тем дисциплины





недели



темы



лекции

Содержание лекций


1.

1.

1.

Введение. Электрические измерения неэлектрических величин. Общие положения. Основные понятия измерительной техники. Метрология и стандартизация. Виды и методы измерений. Измерительные преобразователи и структурные схемы измерений.

2.

2.

2.

Метрологические характеристики средств измерений. Статическая характеристика. Чувствительность, диапазон преобразования, класс точности.

3.

3.

3.

Динамическая характеристика, динамическая погрешность. Понятие о передаточной функции. Характеристики измерительных преобразователей при воздействии стандартных сигналов. Переходная функция. Амплитудночастотная и фазочастотная характеристики. Преобразователи механических величин в электрические. Классификация измерительных преобразователей (генераторные и параметрические). Резистивные преобразователи контактного и реостатного типа.

4.

4.

4.

Основы электротензометрии. Тензорезисторные преобразователи. Основные типы тензорезисторов: проволочные, фольговые и полупроводниковые.

5.

4.

5.

Основные метрологические характеристики тензорезисторов. Способы изготовления, технология наклейки, монтаж одиночных датчиков и розеток.

6.

4.

6.

Метрологические характеристики тензорезисторов. Способы их определения.

7.

4.

7.

Измерительные схемы с тензорезисторами. Потенциометрическая, мостовая и полумостовая схемы подключения датчиков. Выбор тензорезисторов в зависимости от задач и условий измерения.

8.

4.

8.

Использование тензорезисторов для исследования напряженно-деформированного состояния конструкций. Методы разделения деформаций.

9.

4.

9.

Измерение сил, давлений и крутящих моментов с использование тензорезисторов.

10.

4.

10.

Определение кинематических параметров узлов и деталей с использованием тензорезисторов.

11.

4.

11.

Специальные виды тензорезисторов.

12.

5.

12.

Электромагнитные преобразователи. Индуктивные, трансформаторные, индукционные и магнитоупругие. Используемый физический принцип, материалы, характеристика и конструкция.

13.

5.

13.

Особенности расчета параметров электромагнитных преобразователей. Преимущества и недостатки. Схемы включения. Измерители силовых и кинематических параметров машин на основе электромагнитных преобразователей.

14.

6.

14.

Электростатические преобразователи. Принцип действия. Физические основы работы. Типы емкостных преобразователей. Измерительные схемы, их особенности; мостовая и контурная схемы. Основные требования предъявляемые к параметрам емкостных преобразователей; достоинства и недостатки электростатических датчиков. Конструктивные особенности и характеристики емкостных преобразователей, используемых для исследования параметров машин.

15.

7.

15.

Пьезоэлектрические преобразователи. Пьезоэффект: прямой и обратный; материалы используемые в пьезоэлектрических преобразователях, их свойства. Пьезорезонансные преобразователи: особенности применения, достоинства и недостатки. Конструктивные особенности пьезопреобразователей; электрические схемы; усилительные устройства, работающие в комплекте с пьезодатчиками. Измерительные преобразователи на основе пьезоэффекта для измерения усилий, давлений, ускорений и других параметров машин.

16.

8.

16.

Фотоэлектрические преобразователи. Физические принципы работы, классификация по типу фотоэффекта. Основные характеристики. Внешний и внутренний фотоэффект. Особенности конструкции. Измерение механических парметров с использованием фотоэлектрических преобразователей.

17.

9.

17.

Электронные преобразователи (механотроны). Принцип действия; особенности конструкции, схемы включения. Использование в качестве датчиков для измерения механических параметров машин. Достоинства и недостатки.

18.

10.

18.

Измерение температуры. Общие сведения. Понятие о термодинамической шкале; термометры механической группы. Термоэлектрический метод измерения; общие сведения, требования к термоэлектрическим материалам, технология изготовления термопар, электрические схемы соединения термопар; примеры термометрирования различных объектов.

Термометры сопротивления. принцип действия, диапазон измерений, точность; достоинства и недостатки, материалы, используемые для термометров сопротивления, их характеристика, конструктивные особенности термодатчиков. Приборы и аппаратура для измерения температуры: милливольтметры, потенциометры, тепловизоры и т.д.



  1. Лабораторные работы (практикум).

5.1. Объем и содержание лабораторных работ, характер занятий и их цель.

Таблица 3 - Состав и объем лабораторного практикума.

Номер лабораторной работы

Номер раздела

Наименование и краткое содержание лабораторной работы

Кол-во

часов

1

4

Основы электротензометрии. Приобретение навыков наклейки, монтажа и подключения тензодатчиков.

2

2

4

Определение метрологических характеристик тензорезисторных преобразователей.

2

3

4

Исследование напряженно-деформированного состояния конструкции методом электротензометрии.

2

4

4

Исследование статистических характеристик случайных нагрузок с помощью системы тензометрических устройств. Установка «БОКС». Освоение современных методов расшифровки осциллограмм случайных процессов.

4



5

5,6

. Определение амплитудно-частотных и фазочастоных характеристик измерительных преобразователей различных типов (тензометрического, индуктивного, пьезоэлектрического). Динамическая градуировка акселерометров и виброметров. Динамическая градуировка акселерометров и виброметров. Навыки работы с виброизмерительной аппаратурой, электронно-лучевыми и светолучевыми осциллгорафами. Изучение конструкций тензометрических, индуктивных, пьезоэлектрических датчиков. Использование и освоение различных методов построения АЧХ и ФЧХ.

6

6

5

Исследование сил сопротивления в механизме торможения. Регистрация ударных процессов. Иллюстрация комплексного экспериментального исследования изучаемого явления. Навыки работы с большим количеством разнообразных измерительных преобразователей: тензорезисторных, индуктивных, фотоэлектрических и т.д. усилительной и регистрирующей аппаратурой. Настройка и градуировка всего измерительного комплекса. Анализ и обработка осциллограмм.

4

7

4

Исследование динамических усилий в кулачковом механизме. Определение КПД высшей кинематической пары.

4



8

8

Исследование температурных полей и напряжений.

6

9

4

Исследование динамических параметров процесса сверления.

4




    1. Контрольные вопросы по лабораторным работам.

Контрольные вопросы к каждой лабораторной работе выдаются перед выполнением лабораторного практикума и хранятся в лаборатории.


6. Практические занятия

В рабочей программе специальности этот раздел занятий отсутствует.


7. Семинарские занятия.

В рабочей программе специальности этот раздел занятий отсутствует.


^ 8.Самостоятельная работа студентов (СРС)

8.1. Обработка результатов и оформление журнала лабораторных работ по курсу «Экспериментальная механика»:

Таблица 7 – Содержание и объем работы

Номера раздела

Наименование и содержание разделов работы

Объем расчетной и графической частей

Количество часов на одного студента

4.

Определение метрологических характеристик тензорезисторных преобразователей

5 листов формата А4

4,0

4.

Исследование напряженно-деформированного состояния конструкции методом электротензометрии.

4 листа формата А4

5,0

4.

Исследование статистических характеристик случайных нагрузок с помощью системы тензометрических устройств. Установка «БОКС». Освоение современных методов расшифровки осциллограмм случайных процессов.

6 листов формата А4

7,0

3,4,5.

Определение амплитудно-частотных и фазочастоных характеристик измерительных преобразователей различных типов (тензометрического, индуктивного, пьезоэлектрического). Динамическая градуировка акселерометров и виброметров. Динамическая градуировка акселерометров и виброметров. Навыки работы с виброизмерительной аппаратурой, электронно-лучевыми и светолучевыми осциллгорафами. Изучение конструкций тензометрических, индуктивных, пьезоэлектрических датчиков. Использование и освоение различных методов построения АЧХ и ФЧХ.

6 листов формата А4

7,0

4,5,6

Исследование сил сопротивления в механизме торможения. Регистрация ударных процессов. Иллюстрация комплексного экспериментального исследования изучаемого явления. Навыки работы с большим количеством разнообразных измерительных преобразователей: тензорезисторных, индуктивных, фотоэлектрических и т.д. усилительной и регистрирующей аппаратурой. Настройка и градуировка всего измерительного комплекса. Анализ и обработка осциллограмм.

7 листов формата А4

8,5

4,10.

Исследование температурных полей и напряжений.

5 листов формата А4

8.5

4,5,7

Исследование динамических параметров процесса сверления.

2 листа формата А4

10,0



8.2.Рефераты


1. Сравнительный анализ методов измерения полей деформаций и напряжений на основе использования тензорезисторных и пьезоэлектрических тензометров.

2. Сравнительный анализ методов измерения полей деформаций и напряжений на основе использования тензорезисторных и электромагнитных тензометров.

3. Сравнительный анализ методов измерения усилий тензодатчиками на основе использования стержневых и шаровых упругих элементов.

4. Сравнительный анализ методов измерения усилий тензодатчиками на основе использования балочных и кольцевых упругих элементов.

5. Сравнительный анализ методов измерения крутящих моментов на основе использования тензорезисторов и электромагнитных преобразователей.

6. Сравнительный анализ методов измерения крутящих моментов на основе использования тензорезисторов и фотоэлектрических преобразователей.

7. Критический анализ методов измерения усилий с использованием тензорезисторных и пьезоэлектрических преобразователей.

8. Критический анализ методов измерения усилий с использованием пьезоэлектрических и электромагнитных преобразователей.

9. Методы измерения массы тел на основе преобразования неэлектрических величин в электрический сигнал.

10. Метод акустической эмиссии и его использование для оценки работоспособности конструкций.

11. Сравнительный анализ методов измерения давления на основе тензорезисторных и пьезоэлектрических преобразователей.

12. Сравнительный анализ методов измерения давления на основе электромагнитных и потенциометрических преобразователей.

13. Сравнительный анализ методов измерения перемещений на основе тензорезисторных и емкостных преобразователей.

14. Сравнительный анализ методов измерения перемещений на основе потенциометрических и электромагнитных преобразователей.

15. Сравнительный анализ методов измерения скоростей (линейных и угловых) на основе потенциометрических и электромагнитных преобразователей.

16. Сравнительный анализ методов измерения скоростей (линейных и угловых) на основе фотоэлектрических и тензорезисторных преобразователей.

17. Сравнительный анализ методов измерения ускорений на основе тензорезисторных и пьезоэлектрических преобразователей.

18. Сравнительный анализ методов измерения ускорений на основе электромагнитных и потенциометрических преобразователей.

19. Упругие элементы датчиков и материалы, используемые для их изготовления.

20. Измерение массы с использованием тензорезисторных

преобразователей.

21. Современные методы регистрации сигналов измерительной информации в условиях реальной эксплуатации конструкций.

22. Тензоаппаратура: современные разработки, характеристика тензоусилителей, элементная база, область применения.

22. Тензорезисторы для усталостных испытаний и исследования акустической выносливости конструкций.

23. Использование тензорезисторных преобразователей в механике разрушения.

24. Датчики накопления усталостных повреждений и сигнализаторы роста усталостной трещины.

25. Методы определения остаточных напряжений с использованием тензорезисторов.

26. Сравнительный анализ контактных и бесконтактных методов измерения температуры.

(*) Примечание: при подготовке реферата необходимо учитывать требования стандарта ЮУрГУ на оформление технической документации и расчетно-пояснительных записок при выполнении курсовых работ и проектов;

объем реферата 15 … 20 страниц формата А4, включая текст, иллюстрации и таблицы;

рефераты сдаются на электронном носителе и в виде твердой копии;

после проверки преподавателем реферат защищается.


^ 9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

9.1. Рекомендуемая литература:

9.1.1. Основная литература (не более 4 — 5 наименований):

  1. Экспериментальная механика. В 2-х книгах: Кн. 1,2. Пер. С англ. / Под. ред. А. Кобаяси. - М.: Мир. 1990.-Кн.1-616с.; Кн.2-552с.

2. Клокова Н.П. Тензорезисторы: теория, методика расчета, разработки.- М.: Машиностроение.1990.-224с.

3. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П.Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979.-480с.

4. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 320с.

5. Электрические измерения неэлектрических величин / Под ред. П.В.Новицкого. -5-е изд. - Л.: Энергия, 1975. - 576с.


9.1.2. Дополнительная литература

(указываются современные издания, в том числе и периодические, изданные не позднее 5 лет разработки программы, по ГОСТ 7.1-84):

1. Литвак В.Н. Тензореле. Расчет. Конструирование. Применение.- М.: Машиностроение. 1989 г.

2. Логинов В.Н. Электрические измерения механических величин. - 2-е изд. - М.: Энергия, 1976. - 104с.

3. Преображенский В.Г. Теплотехнические измерения и приборы. - 3-е изд. - М.: Энергия, 1978. - 704с.

4. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие / Под ред. Макарова Р.А. - М.: Машиностроение, 1976. - 216с.

  1. Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. - Минск.: Вышэйш. школа, 1975. - 352с.

6. Немец И. Практическое применение тензорезисторов. Пер. с чешск., М.: Энергия, 1970. - 144с.


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



Контрольно-обучающий комплекс для освоения и выполнения работ по «ЭМИ» на основе электронного пособия, контролирующей программной оболочки и демонстрационных версий лабораторных работ.

Оригинальные лабораторные установки, предназначенные для проведения лабораторного практикума.

Набор необходимого оборудования, включающий контрольно-измерительные приборы и устройства, а также компьютеры.

Зачет проводиться в специализированной лаборатории кафедры и включает как вопросы теоретического характера, так и вопросы практического использования полученных навыков при проведении экспериментальных исследований.




Скачать 244,75 Kb.
Дата конвертации19.11.2013
Размер244,75 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