«Теория пластичности и ползучести»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет летательных аппаратов
Кафедра прочности летательных аппаратов
Декан факультета летательных аппаратов
___________ д. т.н., профессор
«____» _______________ 2006 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Теория пластичности и ползучести»
ООП 553300 Прикладная механика
Квалификация – Бакалавр техники и технологий
Факультет летательных аппаратов
Кафедра Прочности летательных аппаратов
Курс________4_______ Семестр _______7 ______
Практические (семинарские) занятия______34________час.
Лабораторные занятия ______0_________час.
Новосибирск
Рабочая программа составлена на основании:
· государственного образовательного стандарта по направлению 553300 – «Прикладная механика» для бакалавров техники и технологии, утверждённого 02.03.2000 г. (Регистрационный номер 337тех/бак), № 000;
· государственного образовательного стандарта по направлению 651500 – «Прикладная механика» подготовки дипломированного специалиста (специальность 071100 – «Динамика и прочность машин»), утверждённого 02.03.2000 г., № 000.
Дисциплина «Теория пластичности и ползучести» – одна из специальных дисциплин, предлагаемых в Новосибирском государственном техническом университете при реализации Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 553300 – «Прикладная механика».
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры «Прочность летательных аппаратов» НГТУ, протокол № __ от __________ 200 г.
Заведующий кафедрой ПЛА
д. т.н., зам. зав. кафедрой ПЛА
1. Внешние требования
Курс входит в цикл «специальные дисциплины». Общие требования к образованности определяются ГОС № 000 тех/бак и ГОС № 000 тех/инж (табл. 1):
Теория пластичности и ползучести
Экспериментальные и физические факты развития неупругих деформаций в металлах и твердых сплавах. Основные теоретические соотношения между напряжениями и деформациями за пределами упругости. Математические теории пластичности, вязкоупругости, ползучести и длительной прочности. Анизотропные и сложные среды. Методы экспериментального определения механических характеристик материала. Анализ неустойчивости процессов деформирования. Методы решения задач пластичности и ползучести. Особенности применения метода конечных элементов и метода граничных элементов в задачах с физической нелинейностью. Энергетические теоремы и экстремальные принципы. Теория и методы расчета предельного состояния различных элементов машиностроительных конструкций. Динамические задачи для жесткопластического тела. Циклическое деформирование и приспособляемость. Теория накопления рассеянного разрушения. Методы расчета времени разрушения при ползучести элементов конструкций в условиях нестационарного силового и теплового воздействий.
Согласно п. 1.3.2. ГОС объектами профессиональной деятельности бакалавра по направлению по направлению «Прикладная механика» являются естественные и искусственные объекты, машины, конструкции и сооружения, требующие для своего изучения разработки и применения математических моделей, основанных на законах механики.
Согласно п. 1.3.4. ГОС бакалавр по направлению «Прикладная механика» должен быть подготовлен подготовлен к решению следующих типов задач:
— составление и анализ математических моделей механических процессов в исследуемых объектах техники;
— экспериментальные исследования материалов и конструкций;
— численное решение задач механики с помощью универсальных пакетов прикладных программ;
— проведение расчетов на прочность и жесткость узлов и деталей машин по типовым методикам;
— проведение испытаний машин и их элементов на надежность по типовым методикам.
Согласно п. 1.3.5. ГОС для решения профессиональных задач бакалавр участвует в выполнении научных исследований по теории пластичности и ползучести (выбор расчетной схемы, метода решения и проведение численных исследований по типовым методикам).
I. 2. Особенности (принципы) построения дисциплины
Особенности (принципы) построения дисциплины описываются в табл. 2.
Особенности (принципы) построения дисциплины
Основание для введения курса
ГОС № 000 тех/бак
Студенты 4 курса, обучающиеся по направлению 553300 – «Прикладная механика».
Изучение особенностей неупругого деформирования материалов, условий возникновения пластических деформаций, методов решения задач теории пластичности, основных уравнениях теории ползучести и вязкоупругости и методов решения этих задач.
Ядро курса составляют теории пластичности и ползучести и их применение к решению практических задач неупругого деформирования элементов конструкций.
Требования к начальной подготовке, необходимые для успешного усвоения Вашего курса
Уровень требований по сравнению с ГОС
Уровень требований соответствует ГОС.
Объём курса в часах
Практические занятия — 34 ч,
Самостоятельная работа — 20 ч.
Основные понятия курса
Теория пластичности, теория ползучести, теория вязкоупругости и пластичности, методы решения задач.
Направленность курса на развитие общепредметных, общеинтеллектуальных умений, обладающих свойством переноса
Пластичность, ползучесть, вязкоупругость, численное моделирование.
Обеспечение последующих дисциплин
Практическая часть курса
В течение семестра в рамках практических занятий студент осваивает навыки решения практических задач неупругого деформирования элементов конструкций.
Области применений полученных знаний и умений
Научно-исследовательская деятельность, расчет и проектирование элементов конструкций в условиях пластичности и ползучести.
Описание основных «точек» контроля
Промежуточный контроль – защита результатов выполнения расчетно-графического задания на практических занятиях. Итоговый контроль –и теоретический экзамен. Экзаменационные билеты содержат два теоретических вопроса и одну практическую задачу по изученным разделам курса.
В рамках курса студенты проводят численные расчеты с применением алгоритмических языков (Си, Фортран, Паскаль), известных математических вычислительных программ (типа MathCAD).
Курс и современное состояние науки и практики
При изучении курса студентам дается не только историческая справка об этапах развития дисциплины, но и в нем отражается современное состояние теории пластичности и ползучести.
Предшествующие по учебному плану дисциплины
Дифференциальное и интегральное исчисления, дифференциальные уравнения; численные методы; основы вычислительного эксперимента; уравнения математической физики.
Выполнять основные операции с векторами, матрицами, системами линейных алгебраических уравнений, дифференциальных уравнений и их систем; вычислять производные и дифференциалы.
Дифференциальные уравнения движения механической системы.
Составлять уравнения и решать задачи теоретической механики.
Диаграммы растяжения конструкционных материалов и их характерные параметры; сравнение механических свойств пластичных и хрупких материалов.
Уметь решать задачи расчета на прочность стержневых и рамных конструкций.
Тензоры напряжений и деформаций. Уравнения равновесия. Условия совместности деформаций. Связь между напряженным и деформированным состояниями.
Уметь ставить и решать задачи теории упругости.
Последующие по учебному плану дисциплины
Строительная механика машин
Основы расчета пластин и оболочек за пределом теории упругости.
Уметь решать задачи теории пластичности и ползучести для пластин и оболочек.
Основы физики прочности и разрушения материалов
Механику разрушения конструкционных материалов.
Иметь представление о распределении пластической зоны вокруг концентраторов напряжений.
3. Цели учебной дисциплины
Цели учебной дисциплины описываются в табл. 4.
После изучения дисциплины студент будет:
Студент будет иметь представление
о неупругом деформировании материалов
об условиях возникновения пластических деформаций
об основных уравнениях теории пластичности
о методах решения задач теории пластичности
о ползучести и релаксации
об основных уравнениях теории ползучести и вязкоупругости
о методах решения задач теории ползучести
Студент будет знать
механические свойства материалов при их неупругом деформировании
методы экспериментального определения механических характеристик материала
основные допущения и уравнения теории пластичности – теория течения и теория малых упругопластических деформаций и область их применения
методы решения задач теории пластичности
решения классических задач теории пластичности
теорию и методы расчета предельного состояния различных элементов машиностроительных конструкций
понятие циклического деформирования и приспособляемости элементов конструкций
основные допущения и уравнения теории ползучести и длительной прочности
методы решения задач теории ползучести и их приложения к решению классических задач
применение метода конечных элементов и метода граничных элементов в задачах с физической нелинейностью
Студент будет уметь
самостоятельно выбирать расчетную схему для решения прикладных задач теории пластичности и ползучести
рассчитать на прочность и жесткость элементы машиностроительных конструкций при интенсивном термосиловом воздействии с учетом пластичности, ползучести и вязкоупругости
применять численные методы решения задач теории пластичности и ползучести
оценивать предельное состояние различных элементов машиностроительных конструкций
применять методы расчета времени разрушения при ползучести элементов конструкций в условиях нестационарного силового и теплового воздействий
4. Содержание и структура учебной дисциплины
Описание лекционных занятий размещается в табл. 5.
Темы лекционных занятий
Ссылка на цели курса
Задачи курса, его структура. Исторические сведения. Экспериментальные и физические факты развития неупругих деформаций в металлах и твердых сплавах Напряжения, деформации, скорости деформаций и их инварианты
Механические свойства твердых тел. Понятие простого нагружения. Схематизация диаграмм деформирования. Условия возникновения пластических деформаций. Условия Сен-Венана, Хилла-Мизеса, Ишлинского для изотропного тела. Условие начала пластических деформаций для анизотропного тела.
Методы экспериментального определения механических характеристик материала.
Поверхность нагружения (поверхность пластичности). Постулат Друкера. Выпуклость поверхности нагружения и ассоциированный закон течения. Теория изотропного расширения, кинематическая и комбинированные теории.
Теория малых упругопластических деформаций. Теорема Ильюшина о простом нагружении. Теория пластического течения. Связь между теориями при простом нагружении.
Система уравнений теории пластичности. Условия на границе, разделяющей упругую и пластическую зоны. Методы решения задач теории пластичности. Методы дополнительных напряжений, дополнительных деформаций и переменных параметров упругости. Вариационные принципы в теории малых упругопластических деформаций и их применение при решении задач.
Теория предельного состояния. Кинематическая и статическая теоремы и их применение к оценке предельных нагрузок элементов конструкций.
Решение некоторых задач теории пластичности. Упругопластическое деформирование сферического баллона и толстостенного цилиндра. Жесткопластический изгиб круглых пластин, нагруженных осесимметрично. Решение задачи об изгибе листа с помощью теории течения. Упругопластическое кручение призматических стержней.
Плоская деформация, линии скольжения и их свойства. Плоское напряженное состояние
Циклическое деформирование и приспособляемость элементов конструкций. Теория накопления рассеянного разрушения.
Ползучесть и релаксация. Кривые ползучести. Влияние температуры. Предел ползучести.
Длительная прочность. Предел длительной прочности. Коэффициенты запаса по времени и напряжениям.
Технические теории ползучести. Теории старения, течения, упрочнения и структурных параметров. Теории наследственности в ползучести.
Установившаяся ползучесть. Методы решения. Примеры.
Неустановившаяся ползучесть. Методы решения. Примеры.
Методы расчета времени разрушения при ползучести элементов конструкций в условиях нестационарного силового и теплового воздействий.
Вязкоупругость. Механические модели деформируемых сред. Модели Максвелла, Фойгта, Кельвина.
Применение метода конечных элементов в задачах с физической нелинейностью. Методы начальных напряжений, начальных деформаций и переменных параметров упругости.
Описание практических занятий размещается в табл. 6.
Ссылка на цели курса
Решение задач упругопластического деформирования и разгрузки статически неопределимых ферменных конструкций в условиях идеальной пластичности, а также линейного и степенного упрочнения
Приобретает практические навыки по расчету упругопластического деформирования ферменных конструкций и контролю полученных результатов
Решение задач упругопластического деформирования балок
Знакомится с решением задач исследования развития пластических деформаций в балках и рамах при изгибе
Решение задач теории пластичности с применением теории малых упругопластических деформаций. Упругопластическое деформирование толстостенного цилиндра и диска.
Осваивает методы решения задач теории пластичности на основе теории малых упругопластических деформаций
Решение задач теории пластичности с применением теории течения.
Осваивает методы решения задач теории пластичности на основе теории течения
Применение теории предельного состояния к оценке разрушающей нагрузки для элементов конструкций
Знакомится с применением статической и кинематической теоремами к оценке предельной нагрузки для балок, рам, пластин.
Решение задач установившейся ползучести
Осваивает методы решения задач установившейся ползучести с применением теории старения
Решение задач неустановившейся ползучести
Осваивает методы решения задач неустановившейся ползучести с применением теории течения.
Структура дисциплины
Напряжения, деформации, скорости деформаций
и их инварианты (цели 1,3)
5. Учебная деятельность
Учебная деятельность включает в себя посещение лекций, практических занятий, написание контрольной работы, выполнение расчётно-графической работы.
Расчетно-графическая работа состоит из задач по расчету элементов конструкций с учетом пластичности и ползучести и могут иметь индивидуальный характер (для наиболее сильных студентов) и типовой. Типовые задачи включают следующие (необходимо выполнить одну из двух перечисленных ниже задач):
· упругопластическое деформирование статически неопределимой фермы, выполненной из материала с линейным упрочнением;
· предельное состояние и оптимальное проектирование жесткопластической рамы;
· исследование установившейся и неустановившейся ползучести статически неопределимой фермы;
· решение технологической задачи о деформировании цилиндрической трубы в конической матрице.
6. Правила аттестации студентов по учебной дисциплине
Достаточный рейтинг для допуска к экзамену