Методические указания предназначены для выбора задач контрольных работ по дисциплине «Сопротивление материалов» для студентов-заочников специальностей 280103 и 280104.
Содержат также рабочую программу по дисциплине «Сопротивление материалов», которая соответствует государственному образовательному стандарту.
Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой инженерно-технологических дисциплин, организации и управления
деятельностью по предупреждению ЧС на предприятиях НГК
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цель и задачи дисциплины ...................................................................... 4
2. Содержание дисциплины ......................................................................... 4
3. Виды работ с распределением времени ................................................ 10
4. Перечень лекционных занятий .............................................................. 11
5. Перечень практических занятий ............................................................ 12
6. Перечень тем, которые студент должен проработать самостоятельно 12
7. Перечень лабораторных работ ............................................................. 13
8. Перечень контрольных работ по сопротивлению материалов ............ 13
9. Библиографический список ................................................................... 13
10. Приложение. Методические указания и контрольные задания ......... 14
1. Цель и задачи дисциплины
1.1. Курс сопротивление материалов – наука о прочности, жесткости и ус-
тойчивости отдельных элементов конструкций (сооружений и машин). Инже-
неру любой специальности часто приходится производить расчеты на
прочность. Неправильный расчет самого незначительного, на первый взгляд,
элемента может повлечь за собой очень тяжелые последствия – привести к раз-
рушению конструкции в целом. При проведении расчетов на прочность необ-
ходимо стремиться к сочетанию надежности работы конструкции с ее
стоимостью, добиваться наибольшей прочности при минимальном расходе ма-
териала. Необходимо улучшать качество проектных решений, применяя новые
конструкционные материалы с повышенной прочностью.
Цель дисциплины состоит в том, чтобы научить будущих инженеров пра-вильно выбрать конструкционные материалы и конструктивные формы, обес-печить высокие показатели надежности, долговечности и безопасности напряженных конструкций и узлов оборудования, создать эффективные и эко-номичные конструкции.
1.2. Задачи изучения дисциплины.
Изучив дисциплину, студент должен:
1.2.1. Иметь представление о поведении прочностных конструкционных материалов при действии внешних нагрузок, перепадов температур во времени, способах измерения различных параметров, определяющих напряженно-деформированное состояние конструкций, составление расчетных моделей и возможности их изменения с целью получения детальной информации, конст-рукции большинства испытательных машин, методике получения статистиче-ских данных о свойствах материалов и назначении прочностных нормативных значений. Сравнивать варианты расчетных схем, отыскивать оптимальные ре-шения, связывать воедино инженерную подготовку задачи, расчет и проектиро-вание, учитывая профиль будущей специальности.
1.2.2. Знать и уметь использовать способы определения напряжений и де-формаций для стержней, методы расчеты статически неопределимых систем в упругой стадии работы.
1.2.3. Иметь опыт расчета стержней на простые и комбинированные виды нагружения.
2. Содержание дисциплины
2.1. Введение
Определение дисциплины “Сопротивление материалов” как раздела меха-ники деформируемого твердого тела. Ее связь с курсами “Теория упругости и пластичности”, “Строительная механика” и другими общеинженерными и спе-циальными дисциплинами. Достижение отечественной науки в обеспечении механической надежности.
2
2.2. Основные понятия
Внешние силы и их классификация: поверхностные, объемные и сосредо-точенные, статические и динамические. Реальные объекты и их расчетные схе-мы: стержень, пластина, оболочка и массивное тело. Основные свойства деформируемого твердого тела: упругость, пластичность, хрупкость, релакса-ция и ползучесть.
Внутренние силы и метод их изучения (метод сечений). Главный вектор и главный момент внутренних сил. Внутренние силовые факторы в поперечном сечении стержня. Продольная и поперечные силы, крутящий и изгибающие моменты. Напряжение полное, нормальное и касательное. Определение равно-действующей внутренних сил через напряжения. Перемещения и деформации. Основные принципы сопротивления материалов.
2.3. Растяжение и сжатие прямого стержня
Продольные силы. Дифференциальные зависимости между продольными силами и нагрузкой. Напряжения в поперечных сечениях. Продольные и попе-речные деформации. Закон Гука. Модуль упругости и коэффициент Пуассона. Определение осевых перемещений сечений. Потенциальная энергия упругой деформации. Расчет простейших статически неопределимых систем при растя-жении и сжатии. Нормальные и касательные напряжения на двух взаимно-перпендикулярных площадках. Закон парности касательных напряжений. По-нятие о чистом сдвиге. Закон Гука для сдвига. Связь между упругими постоян-ными. Температурные и монтажные напряжения. Напряжения от собственного веса. Понятие о стержне равного сопротивления. Концентрация напряжений. Контактные напряжения.
2.4. Механические свойства материалов при растяжении и сжатии
Опытное изучение механических свойств материалов при растяжении и сжатии. Диаграммы растяжения и сжатия пластичных материалов. Основные механические характеристики материала: предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести и предел прочности (временное сопротивление). Особенности деформирования и разрушения пластичных материалов при рас-тяжении и сжатии. Пластические деформации. Линии скольжения. Понятия об истинной диаграмме растяжения и сжатия. Разгрузка и повторное нагружение. Наклеп. Диаграммы растяжения и сжатия хрупких материалов и их основные механические характеристики. Особенности разрушениях хрупких материалов при растяжении и сжатии. Понятие о ползучести, релаксации и длительной прочности.
3
2.5. Расчеты на прочность и жесткость при растяжение и сжатии
Выбор предельного состояния в зависимости от свойств материала, усло-вий работы и назначения конструкции. Расчет по допускаемым напряжениям. Коэффициент запаса. Технико-экономические факторы, влияющие на норма-тивный коэффициент запаса. Три рода задач при расчете на прочность: провер-ка прочности, подбор сечений и определение допускаемой нагрузки. Проверка прочности стержней по методу разрушающих нагрузок и методу продольных состояний. Подбор размеров поперечных сечений из условия жесткости.
2.6. Геометрические характеристики поперечных сечений
Статический момент сечения. Осевой, полярный и центробежные моменты инерции. Осевые моменты инерции для прямоугольника, треугольника, круга и кольца. Зависимость между моментами инерции для параллельных осей. Зави-симость между моментами инерции при повороте координатных осей. Главные оси инерции. Главные моменты инерции. Вычисление моментов инерции сложных профилей. Радиус инерции.
2.7. Плоское напряженное состояние
Понятие о плоском напряженном состоянии в точке. Общий случай плос-кого напряженного состояния. Вывод зависимости между напряжениями и уг-лом наклона площадки. Определение главных напряжений в точке. Экстремальные касательные напряжения.
2.8. Сдвиг
Напряжения и деформации при сдвиге. Закон Гука при сдвиге. Модуль сдвига. Зависимость между константами для идеально упругого изотропного тела. Понятие о расчетах на прочность заклепочных и сварных соединений.
2.9. Расчеты на кручение
Внешние силы, вызывающие кручение прямого стержня. Эпюры внутрен-них крутящих моментов. Кручение прямого стержня кругового поперечного се-чения. Касательные напряжения и угол закручивания. Жесткость поперечного сечения при кручении. Расчет на прочность и жесткость вала кругового и коль-цевого поперечного сечения. Потенциальная энергия упругой деформации. Статически неопределимые системы при кручении. Основные результаты тео-рии кручения стержней некругового поперечного сечения.
2.10. Расчеты при прямом поперечном изгибе
Типы опор. Определение реакции в опорах. Классификация видов изгиба. Нахождение внутренних силовых факторов в поперечных сечениях балок при изгибе. Поперечные силы, изгибающие моменты. Дифференциальные зависи-
4
мости между внутренними силовыми факторами и внешней распределенной нагрузкой. Эпюры внутренних силовых факторов. Зависимость между изги-бающим моментом и кривизной изогнутой оси балки. Нормальные напряжения чистого изгиба. Жесткость поперечного сечения балок при изгибе. Касательные напряжения изгиба сплошного сечения (формула Д.И. Журавского). Касатель-ные напряжения балок прямоугольного и кругового сечений. Условия прочно-сти при изгибе. Подбор сечения. Рациональные формы поперечных сечений балок. Главные напряжения при изгибе. Расчет прочности балки на совокуп-ность напряжений по высоте сечения. Касательные напряжения тонкостенных балок. Потенциальная энергия упругой деформации при изгибе. Концентрация напряжений при изгибе.
2.11. Понятие о пространственном напряженно – деформированном
состоянии
Составляющие вектора напряжений и их обозначение на координатных площадках трехмерного тела. Понятие о главных напряжениях в трехмерном теле. Экстремальные значения касательных напряжений. Компоненты дефор-мации. Объемная деформация. Закон Гука при пространственном напряженном состоянии. Удельная потенциальная энергия и ее составляющие – энергия из-менения объема и энергия изменения формы.