Тема 1. Введение. Основные понятия и определения
Сопротивление материалов – составная часть механики. Основные задачи и объем курса. Связь науки о сопротивлении материалов с техническими дисциплинами, трудовым и политехническим обучением. Значение курса в формировании знаний и умений учителя технологии и мастера производственного обучения.
Краткая история развития сопротивления материалов. Современное состояние этой науки.
Основные допущения и гипотезы, принимаемые в сопротивлении материалов: изотропность, сплошность, отсутствие внутренних усилий до приложения нагрузки, принцип независимости действия сил, малость перемещений, линейная связь перемещений с приложенными силами, принцип Сен-Венана.
Внешние силы и их классификация. Заданные нагрузки и реакции опор.
Внутренние силы и общий метод их определения. Простые виды деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. Связь внутренних усилий с напряжением. Напряжения нормальные и касательные.
Тема 2. Центральное растяжение – сжатие
Понятие о деформации растяжения. Продольная сила и нормальное напряжение в поперечных сечениях бруса. Эпюры продольных сил и нормальных напряжений. Закон Гука. Модуль продольной упругости (Юнга). Коэффициент поперечной деформации.
Характеристики материалов, получаемые при испытаниях со статическими нагрузками. Действительные и допускаемые напряжения. Коэффициент запаса прочности. Расчет на прочность при растяжении и сжатии. Виды расчетов на прочность. Примеры расчетов на прочность при растяжении и сжатии.
Статически неопределимые системы. Некоторые случаи расчета статически неопределимых систем.
Тема 3. Механические свойства материалов
при растяжении и сжатии
Реальные значения прочностных характеристик для широкого круга материалов (резина, бетон, ткани, пластмассы, стали, алюминиевые сплавы, бронза и т. д.). Влияние на механические свойства некоторых факторов: время, температура, химический состав, наклеп, термообработка. Местные напряжения. Понятие о концентрации напряжений.
Тема 4. Сдвиг и смятие
Абсолютный и относительный сдвиг. Поперечная сила. Деформации и напряжения при сдвиге. Расчет на прочность. Закон Гука при сдвиге. Примеры расчетов на прочность простейших деталей машин, работающих на растяжение, сдвиг (срез) и смятие.
Тема 5. Кручение
Кручение стержней с круглым поперечным сечением. Связь крутящего момента с передаваемой мощностью и угловой скоростью вращения. Эпюры крутящих моментов.
Определение касательных напряжений при кручении круглых стержней, их распределение по сечению. Угол закручивания. Расчеты на прочность и жесткость валов круглого поперечного сечения. Геометрия сечений. Вычисление экваториальных (осевых) моментов инерции при параллельном переносе осей. Примеры вычисления осевых моментов инерции прямоугольника, треугольника, круга, кольца. Вычисление полярных моментов инерции круга и кольца.
Тема 6. Поперечный изгиб
Определение прямого поперечного изгиба. Опоры и опорные реакции. Поперечная сила и изгибающий момент. Дифференциальные зависимости между изгибающим моментом, поперечной силой и интенсивностью распределенной нагрузки.
Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов. Деформации, закон Гука и нормальные напряжения при чистом изгибе. Распределение напряжений по сечению балок.
Условие прочности при изгибе. Проверка прочности балки по нормальным напряжениям. Рациональные формы поперечных сечений балок.
Касательные напряжения. Формула Журавского (без вывода).
Деформации при изгибе. Упругая линия и ее уравнение. Определение прогибов оси и углов поворота сечений балки методом начальных параметров. Расчет балок на жесткость при изгибе. Примеры.
Тема 7. Сложное сопротивление
Понятие напряженного состояния в точке. Главные напряжения. Виды напряженного состояния. Назначение теорий прочности. Краткие сведения о теориях наибольших нормальных напряжений, наибольших линейных деформаций, наибольших касательных напряжений, энергетической теории.
Общий метод решения задач сложного сопротивления. Изгиб с кручением, условия прочности. Внецентренное растяжение и сжатие.
Тема 8. Продольный изгиб
Понятие об устойчивости и критической силе. Формула Эйлера для определения критической силы балки на двух опорах. Обобщение формулы Эйлера в зависимости от закрепления концов стержня. Пределы применения формулы Эйлера. Проверка стальных стержней на устойчивость в пределах и за пределами пропорциональности.
Перечень практических работ
1. Построение эпюр внутренних продольных сил, проверка прочности брусьев и подбор сечений при растяжении и сжатии.
2. Проверка прочности соединений, работающих на срез, смятие и разрыв.
3. Определение геометрических характеристик поперечных сечений и расчет валов на прочность и жесткость.
4. Расчет статически определимых балок на прочность при изгибе (построение эпюр, подбор профиля, определение допускаемой нагрузки).
5. Расчет балок на жесткость при изгибе.
Перечень лабораторных работ
1. Испытание на растяжение малоуглеродистой стали с определением механических характеристик.
2. Исследование деформации сжатия. Испытание на сжатие малоуглеродистой стали, чугуна и дерева.
3. Исследование деформации сдвига. Испытание на срез образцов из стали и дюралюминия с определением пределов прочности на срез.
4. Определение критической силы при потере устойчивости стальной полосы.
2.3 ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
Особенность курса «Сопротивление материалов» в том, что в нем наряду с общетеоретическими законами и положениями механики деформируемого твердого тела излагаются и решаются прикладные инженерные задачи проектирования и оценки прочности элементов конструкций, машин и механизмов. Поэтому учебный процесс строится на выполнении большого объема расчетной самостоятельной работы, которая осуществляется на аудиторных занятиях и во внеучебное время.
2.3.1 Аудиторная самостоятельная работа
включает следующие виды:
– на лекциях студенты овладевают такими активными формами самостоятельной работы, как фиксирование основных выводов, формулировок, умение выполнять эскизы, схемы и таблицы;
– на практических занятиях самостоятельно решают типовые задачи с использованием справочной литературы, при консультативно-координирующей функции преподавателя, при этом используя такие активные методы обучения, как групповая дискуссия и моделирование технических задач с анализом полученного решения и сопоставлением полученных результатов с реальными ситуациями;
– на лабораторных работах студенты самостоятельно определяют основные механические характеристики материалов, используемых в расчетах на прочность и жесткость, осваивают экспериментальные методы определения напряжений и деформаций, экспериментально проверяют справедливость основных положений теории и расчетных соотношений, выполняют вычислительный эксперимент, составляют отчет о проведенной работе.
2.3.2 Внеаудиторная самостоятельная работа
включает следующие виды активного обучения:
– при освоении тем, выносимых на самостоятельное изучение, студенты овладевают теоретическим материалом по текстовому или электронному методическому пособию по изучению понятий и терминов, как электронной базы знаний, составляют конспекты, вопросы для самопроверки или тесты;
– подготовка к практическим заданиям и к аудиторной контрольной работе включает: осмысление основных теоретических положений темы; выполнение тренировочных упражнений в составлении уравнений равновесия, определение внутренних силовых факторов в характерных сечениях бруса; освоение расчетных формул, на которых основана методика расчета;
– подготовка к лабораторным работам включает самостоятельное изготовление лабораторного образца на практических занятиях по металлообработке, усвоение физического смысла измеряемых механических характеристик материалов и сути изучаемых деформаций, освоение методики проведения натурного эксперимента по электронным или текстовым инструкциям для проведения лабораторных работ;
– подготовка к отчету по лабораторным работам включает задания репродуктивного и творческого характера, предъявляемые студентам в виде вопросов, минизадач, тестов, которые представляют собой задания для более глубокого изучения исследуемых явлений, процессов, закономерностей;
– в процессе выполнения индивидуальных расчетно-графических заданий студенты вырабатывают умение применять полученные знания в практических расчетах, используя компьютеризированные методические средства для контроля правильности выполнения вычислительных действий;
– подготовка к тестированию по отдельным темам, лабораторным работам и всему курсу включает ответы на вопросы для самопроверки к отдельным темам и лабораторным работам.
2.3.3 Контроль самостоятельной работы
Контроль самостоятельной работы студентов заключается в выявлении уровня полученных знаний, умений и навыков, что достигается непосредственной проверкой выполненных заданий преподавателем и применением пакета контроля знаний, который включает:
– вопросы к отчетам по лабораторным работам в электронном исполнении;