Рабочая программа учебной дисциплины "устойчивость механических систем" Цикл
| Вид материала | Рабочая программа |
- Рабочая программа учебной дисциплины «устойчивость электроэнергетических систем» Цикл, 196.37kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "применение ЭВМ в электроэнергетике" Цикл, 191.64kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "автоматизация электроэнергетических систем" Цикл, 179.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «надежность систем энергоснабжения» Цикл, 137.12kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «технические средства диспетчерского и технологического, 129.92kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины " гидропривод и гидропневмоавтоматика в системах, 187.84kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "современные проблемы науки и производства в энергетическом, 157.72kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины " автоматика электроэнергетических систем" Цикл, 210.8kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины "системы автоматизированного контроля и управлени, 120.44kb.
- Рабочая программа учебной дисциплины «основы компьютерного проектирования и моделирования, 154.52kb.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ)
___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 221000 – Мехатроника и робототехника
Профили подготовки: Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
"УСТОЙЧИВОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ"
| Цикл: | профессиональный | |
| Часть цикла: | по выбору | |
| № дисциплины по учебному плану: | Б 3.21.2 | |
| Часов (всего) по учебному плану: | 252 | |
| Трудоёмкость в зачётных единицах: | 7 | 7 семестр – 7 |
| Лекции | 36 час | 7 семестр |
| Практические занятия | 36 час | 7 семестр |
| Лабораторные работы | нет | |
| Расчётное задание | 18 час самостоят. работы | 7 семестр |
| Объём самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 180 час | 7 семестр |
| Экзамен | 36 час | 7 семестр |
| Курсовые проекты (работы) | нет | |
Москва – 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение методов расчета устойчивости положений равновесия механических систем, находящихся под действием внешних нагрузок.
По завершении освоения данной дисциплины студент способен и готов:
- использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического и компьютерного моделирования в теоретических и расчётно-экспериментальных исследованиях (ОК-10);
- владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
- уметь использовать фундаментальные законы природы, законы естественнонаучных дисциплин и механики в процессе профессиональной деятельности (ОК-15);
- быть способным выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать для их решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1);
- быть готовым выполнять расчётно-экспериментальные работы и решать научно-технические задачи в области прикладной механики на основе достижений техники и технологий, классических и технических теорий и методов, физико-механических, математических и компьютерных моделей, обладающих высокой степенью адекватности реальным процессам, машинам и конструкциям (ПК-3);
- составлять описания выполненных расчётно-экспериментальных работ и разрабатываемых проектов, обрабатывать и анализировать полученные результаты, готовить данные для составления отчетов и презентаций, написания докладов, статей и другой научно-технической документации (ПК-5).
Задачами дисциплины являются:
- познакомить обучающихся с задачами устойчивости, возникающими в процессе проектирования объектов современной техники;
- освоить методы расчёта на устойчивость механических систем, находящих в условиях сложного нагружения;
- научить вырабатывать рекомендации при проектировании машин и конструкций с целью обеспечения их устойчивости по отношению к внешним нагрузкам.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю подготовки “Компьютерные технологии управления в робототехнике и мехатронике” направления 221000 “Мехатроника и робототехника” и является дисциплиной по выбору студента.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Теория колебаний и динамика машин», «Вычислительная механика».
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплины «Статистическая механика и теория надёжности», а также при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы, могут использоваться в НИРС.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
- основные источники научно-технической информации (книги, журналы, сайты Интернета) по расчётам механических систем на устойчивость при действии внешних нагрузок (ОК-12, ПК-3);
- основы теории устойчивости механических систем (ПК-2);
- методы определения критических значений внешних нагрузок, соответствующих потере устойчивости элементов машин и конструкций (ПК-3);
- методы численного построения границ областей устойчивости в пространстве параметров при действии на механическую систему группы сил различной природы (ПК-4).
Уметь:
- разбираться в нормативных методиках расчётов на устойчивость машин и конструкций и применять их для решения поставленных задач (ОК-1, ОК-16);
- выявлять сущность задач расчётов на устойчивость, возникающих в процессе проектирования объектов современной техники (ПК-1);
- выполнять расчётно-экспериментальные работы в области расчетов на устойчивость механических систем с использованием современных вычислительных методов, высокопроизводительных вычислительных систем и наукоемких компьютерных технологий (ПК-4);
- составлять описания выполненных работ по устойчивости механических систем, обрабатывать и анализировать полученные результаты, готовить данные для составления отчётов, презентаций и другой научно-технической документации (ПК-5).
Владеть:
- навыками дискуссии по профессиональной тематике, стремлением к профессиональному росту, самостоятельно пополняя свои знания (ОК-16);
- навыками работы с компьютером как средством автоматизации решения задач устойчивости и управления информацией (ОК-12);
- терминологией в области расчетов на устойчивость элементов машин и конструкций (ОК-15);
- навыками применения программных средств компьютерной графики и визуализации результатов расчётов на устойчивость, оформлять отчеты и презентации по полученным результатам, готовить рефераты, доклады и статьи с помощью современных офисных информационных технологий, текстовых и графических редакторов, средств печати (ПК-6).
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Структура дисциплины
Общая трудоёмкость дисциплины составляет 7 зачётных единиц, 252 часа.
| № п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам) | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоёмкость (в часах) | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
| лк | пр | лаб | сам. | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 1 | Общая теория упругой устойчивости | 26 | 7 | 6 | 4 | | 16 | Тест: теоремы Ляпунова об устойчивости |
| 2 | Статический и динамический методы исследования устойчивости | 48 | 7 | 8 | 10 | | 30 | Тест: методы исследования устойчивости |
| 3 | Энергетические методы в теории устойчивости | 30 | 7 | 4 | 4 | | 22 | Тест: энергетические методы |
| 4 | Элементы теории бифуркаций Пуанкаре | 26 | 7 | 4 | 4 | | 18 | Тест: построение бифуркационных диаграмм |
| 5 | Устойчивость стержней, пластин и оболочек | 64 | 7 | 10 | 12 | | 42 | Контрольная работа |
| 6 | Устойчивость за пределами упругости | 18 | 7 | 4 | 2 | | 12 | Оформление и подготовка к защите расчётного задания |
| | Зачёт | 4 | 7 | -- | -- | -- | 4 | Защита расчётного задания |
| | Экзамен | 36 | 7 | -- | -- | -- | 36 | устный |
| | Итого: | 252 | | 36 | 36 | | 180 | |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции:
7 семестр
1. Общая теория упругой устойчивости
Общая теория упругой устойчивости. Определение устойчивости по Ляпунову для распределённых систем. Применение метрических пространств для определения устойчивости упругих систем. Уравнения нелинейной теории упругости при конечных деформациях. Уравнение в вариациях для упругого тела. Случай «жёсткого» невозмущенного состояния. Учёт поведения нагрузок при составлении уравнений в вариациях. Постановка задачи об устойчивости упругих систем при действии сил, явно не зависящих от времени.
2. Статический и динамический методы исследования устойчивости
Статический метод исследования устойчивости. Пример, иллюстрирующий неприменимость статического метода. Область применения статического метода исследования устойчивости.
Динамический метод исследования устойчивости упругих систем. Устойчивость консольного стержня, сжатого «мёртвой» и следящей силой. Типы потери устойчивости. Особенности неконсервативных задач теории упругой устойчивости.
3. Энергетические методы в теории упругой устойчивости
Формула Рэлея в задачах упругой устойчивости. Частные случаи: стержни, пластины, упругое тело. Энергетическое истолкование формулы Рэлея. Вариационный принцип Треффца. Приближенные методы определения критических нагрузок: метод Ритца, метод Бубнова – Галёркина.
4. Элементы теории бифуркаций Пуанкаре
Элементы теории бифуркаций Пуанкаре. Предельные точки, точки ветвления форм равновесия. Применение теории бифуркаций к задачам упругой устойчивости. Послекритические деформации сжатых стержней.
5. Устойчивость стержней пластин и оболочек
Устойчивость стержней, пластин и оболочек. Продольный изгиб сжатых стержней. Различные случаи граничных условий. Устойчивость стержней на упругом основании. Устойчивость прямоугольных пластин при сжатии. Шарнирно опёртая пластина, сжатая в одном направлении. Устойчивость прямоугольной пластины при сжатии в двух направлениях. Устойчивость пластин при сдвиге. Устойчивость круговых и кольцевых пластин. Послекритические деформации прямоугольных пластин. Понятие о редукционном коэффициенте. Одночленное приближение по методу Бубнова – Галёркина. Устойчивость тонких упругих оболочек. Вариационный принцип Треффца для оболочек. Устойчивость круговой цилиндрической оболочки при осевом сжатии и при внешнем гидростатическом давлении. Сопоставление численных результатов линейной теории устойчивости оболочек с экспериментальными данными.
6. Устойчивость за пределами упругости
Границы применимости теории упругой устойчивости. Продольный изгиб упругопластического стержня. Касательно-модульная и приведённо-модульная критические силы. Частный случай: стержень прямоугольного поперечного сечения.
4.2.2. Практические занятия
7 семестр
Вывод уравнений возмущённого движения и нейтрального равновесия для упругих систем.
Аналитические и численные методы определения критических значений параметров нагружения механических систем.
Применение теории Пуанкаре для построения бифуркационных диаграмм.
Определение критических значений нагрузок для стержней, пластин и оболочек.
4.3. Лабораторные работы (Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены)
4.4. Расчётные задания
Применение численных методов определения критических нагрузок для механических систем
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы (Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен)
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, а также с использованием презентаций. Презентации лекций содержат модели механических систем, разработанных с использованием системы инженерных и научных расчетов MATLAB и иллюстрирующих динамическое поведение механических систем при статической и динамической потери устойчивости.
Практические занятия проводятся в традиционной форме, а также в компьютерном классе, где студенты осваивают алгоритмизацию численных методов расчета механических систем на устойчивость.
Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольной работе, выполнение расчётного задания, подготовку к зачёту и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольная работа, устный опрос, защита расч ётного задания.
Аттестация по дисциплине – зачёт и экзамен.
Оценка за освоение дисциплины, определяется как среднеарифметическое оценки за контрольные работы, тесты и оценки за экзамен.
В приложение к диплому вносится оценка за седьмой семестр.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
- Электронный конспект лекций по курсу «Устойчивость механических систем» – М.: МЭИ, 2010.
- Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем. М.: Наука, 1967. 984 с.
- Алфутов Н.А. Основы расчёта на устойчивость упругих систем. М.: Машиностроение, 1978. 312 с.
- Болотин В.В. Неконсервативные задачи теории упругой устойчивости. М.: Физматгиз, 1961. 340 с.
б) дополнительная литература:
- Радин В.П., Щугорев А.В. Методы исследования устойчивости неконсервативных механических систем. – М.: МЭИ, 2010. 80 с.
- Радин В.П. Устойчивость механических систем при неконсервативном нагружении. (электр.). М. – ФГУП НТЦ «Информрегистр», 2009, № госрегистрации 0320902339. – 2,84 Мб.
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
система инженерных и научных расчетов MATLAB
б) другие:
пакет программ «Применение метода разложения по формам собственных колебаний для решения задач динамики и устойчивости»
8.МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения теоретических основ дисциплины необходимо наличие компьютерного класса и учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 221000 “Мехатроника и робототехника”.
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к.т.н., профессор Радин В.П.
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Динамики и прочности машин им. В.В.Болотина
к.т.н., доцент Кузнецов С.Ф.