Опір матеріалів
Спеціальність: Теплоенергетика
Код дисципліни: 6.144.00.O.056
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Опір матеріалів та будівельна механіка
Лектор: Доктор технічних наук, професор Харченко Євген Валентинович
Семестр: 4 семестр
Форма навчання: денна
Результати навчання: Метою вивчення навчальної дисципліни є опанування теоретичних основ аналізу напружено-деформованого стану та інженерних методів розрахунку елементів машин і споруд на міцність, жорсткість та стійкість.
Основними завданнями дисципліни є вивчення:
– теоретичних основ аналізу напружено-деформованого стану пружного тіла та експериментальних методів визначення механічних характеристик матеріалів;
– взаємозв'язку міцності та довговічності з механічними властивостями матеріалів і механікою їх руйнування.
– теоретичних основ статичної та динамічної міцності елементів конструкцій;
– аналітичних і числових методів розрахунку на міцність, жорсткість та стійкість стрижневих систем, тонких пластин та оболонок;
– теоретичних основ розрахунку елементів конструкцій за межею пружності.
Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей:
загальні компетентності:
ЗК1. Базові знання фундаментальних наук в обсязі, необхідному для освоєння загально-професійних дисциплін.
ЗК4. Здатність до аналізу та синтезу.
фахові компетентності:
ФК1. Базові знання наукових понять, теорій і методів, необхідних для розуміння принципів роботи та функціонального призначення теплоенергетичних систем та їх обладнання.
У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним продемонструвати такі програмні результати навчання.
РН2. Знати і розуміти інженерні науки, що лежать в основі спеціальності «Теплоенергетика» відповідної спеціалізації, на рівні, необхідному для досягнення інших результатів освітньої програми, в тому числі певна обізнаність в останніх досягненнях науки і техніки у сфері теплоенергетики.
РН3. Розуміння міждисциплінарного контексту спеціальності «Теплоенергетика».
РН6. Виявляти, формулювати і вирішувати інженерні завдання у теплоенергетиці; розу-міти важливість нетехнічних (суспільство, здоров'я і безпека, навколишнє середовище, економіка і промисловість) обмежень.
РН9. Вміти знаходити необхідну інформацію в технічній літературі, наукових базах даних та інших джерелах інформації, критично оцінювати і аналізувати її.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
СК1.1, СК1.2, СК1.3 Вища математика;
СК1.7, СК1.18 Фізика;
СК1.12 Основи програмування та програмного забезпечення для інженерних розрахунків;
СК1.15 Теоретична механіка та основи конструювання.
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
СК2.9 Помпи, вентилятори, компресори;
СК2.13 Ядерні енергетичні установки;
ВБ1.7, ВБ1.8, ВБ1.12 Турбіни теплових електростанцій.
Короткий зміст навчальної програми: Навчальна дисципліна включає такі теми.
1. Загальні положення, гіпотези і поняття опору матеріалів. Предмет і основні завдання опору матеріалів. Сили та їх класифікація. Основні гіпотези опору матеріалів. Лінійні і кутові деформації. Метод перерізів. Напруження. Основні види деформування стрижня.
2. Розтяг і стиск стрижнів. Поздовжня сила та її епюри. Напруження в поперечних і похилих перерізах. Деформації. Коефіцієнт Пуассона. Закон Гука. Жорсткість під час розтягу і стиску. Потенціальна енергія деформації.
3. Дослідне вивчення властивостей матеріалів при розтягу, стиску. Діаграми розтягу. Механічні характеристики міцності і пластичності матеріалу. Механічні властивості матеріалів під час стискання. Поняття про повзучість, релаксацію та тривку міцність.
4. Розрахунок на міцність методом допустимих напружень. Перевірка міцності. Добір поперечних перерізів. Поняття про концентрацію напружень. Статично невизначні стрижневі системи. Температурні та монтажні напруження.
5. Основи теорії напруженого стану. Компоненти напруженого стану. Види напруженого стану. Пряма і обернена задачі плоского і об’ємного напруженого стану. Узагальнений і об’ємний закон Гука. Потенціальна енергія деформації.
6. Критерії міцності. Крихке і пластичне руйнування. Теорія найбільших нормальних напружень та теорія найбільших лінійних деформацій. Теорія найбільших дотичних напружень та енергетична теорія. Критерій Мора. Поняття про нові теорії міцності.
7. Геометричні характеристики плоских перерізів. Статичний момент і моменти інерції плоских перерізів. Залежності між моментами інерції у випадках паралельного і кутового зміщення осей. Головні осі та головні моменти інерції. Обчислення моментів інерції.
8. Зсув. Кручення. Чистий зсув. Закон Гука для зсуву. Потенціальна енергія деформації зсуву. Залежність між трьома пружними сталими для ізотропного тіла. Практичні розрахунки на зріз. Кручення стрижнів. Крутний момент та його епюри.
9. Напруження і деформації при крученні. Напруження у поперечних перерізах круглих стрижнів. Жорсткість стрижня при крученні. Головні напруження. Основні види руйнування стрижнів в умовах кручення. Розрахунок на міцність і жорсткість валів.
10. Кручення брусів некруглого перерізу, тонкостінних стрижнів та розрахунок гвинтових пружин. Напруження і деформації брусів прямокутного перерізу. Кручення тонкостінних стрижнів. Розрахунок циліндричних гвинтових пружин з невеликим кутом нахилу витків.
11. Згин балок. Прямий згин. Внутрішні сили при чистому та при поперечному згині. Епюри згинальних моментів і поперечних сил. Диференціальні залежності між згинальним моментом, поперечною силою та розподіленим навантаженням і їх застосування.
12. Нормальні напруження при чистому та поперечному згині балки. Залежність між згинальним моментом і кривизною. Згинна жорсткість балки. Нормальні напруження. Інженерний розрахунок на міцність. Раціональні форми перерізу балки.
13. Повна перевірка міцності балки. Дотичні напруження при згині балок прямокутного та двотаврового перерізу. Аналіз напруженого стану в небезпечних точках перерізу. Умова міцності з урахуванням нормальних і дотичних напружень. Поняття про центр згину.
14. Переміщення при згині балок. Прогин та кут повороту перерізу. Диференціальне рівняння зігнутої осі балки та його інтегрування. Універсальне рівняння зігнутої осі балки. Метод початкових параметрів. Умова жорсткості при згині.
15. Основи розрахунку на стійкість стиснутих стрижнів. Задача Ейлера. Вплив способу закріплення стрижня на значення критичної сили. Розрахунок критичних напружень за межею пропорційності матеріалу. Проектний розрахунок стрижнів на стійкість.
Методи та критерії оцінювання: Методи оцінювання
1. Захист звітів про виконання лабораторних робіт у вигляді усного опитування.
2. Захист розрахунково-графічних робіт шляхом усного опитування теоретичного матеріалу за тематикою робіт або шляхом тестового контролю.
3. Проведення письмової компоненти екзамену за результатами вивчення дисципліни на основі трирівневих теоретичних та практичних завдань.
4. Проведення усної компоненти екзамену за результатами виконання письмової компоненти.
Критерії оцінювання
Максимальна семестрова оцінка - 100 балів.
Поточний контроль (ПК) - 30 балів, зокрема,
- захист звітів про виконання лабораторних робіт -10 балів;
- захист розрахунково-графічної роботи шляхом усного опитування або тестового контролю теоретичного матеріалу - 20 балів.
Екзаменаційний контроль - 70 балів, зокрема,
- письмова компонента - 60 балів;
- усна компонента - 10 балів.
100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: Базова
1. Опір матеріалів: Підручник / Г. С. Писаренко, О. Л. Квітка, Е. С. Уманський. – К.: Вища школа, 2004. – 656 с.
2. Корнілов О. А. Опір матеріалів. – К.: ЛОГОС, 2000.
3. Гурняк Л. І., Гуцуляк Ю. В., Юзьків Т. Б. Опір матеріалів: Посібник для вивчення курсу при кредитно-модульній системі навчання. – Львів: «Новий світ – 2000», 2005. – 364 с.
4. Ольховий І. М.. Стасюк Б. М., Станкевич В. З. Короткий курс опору матеріалів. – Львів: Вид-во НУ «Львівська політехніка», 2004. – 196 с
5. Білобран Б. С. Основи опору матеріалів. – Львів: Вид-во НУ «Львівська політехніка», 2007. – 75 с.
6. Ковтун В. В., Павлов В. С., Дорофеєв О. А. Опір матеріалів Розрахункові роботи. – Львів: Афіша, 2002.
Допоміжна
1. Опір матеріалів з основами теорії пружності й пластичності: У 2 ч., 5 кн. – Ч. 1, кн. 1. Загальні основи курсу: Підручник / В. Г. Піскунов, В. К. Присяжнюк; За ред. В. Г. Піскунова. – К.: Вища школа, 1994. – 204 с.
2. Опір матеріалів з основами теорії пружності й пластичності: У 2 ч., 5 кн. – Ч. 1, кн. 2. Опір бруса: Підручник / В. Г. Піскунов, Ю. М. Федоренко, В. Д. Шевченко та ін.; За ред. В. Г. Піскунова. – К.: Вища школа, 1994. – 335 с.
3. Посацький С. Л. Опір матеріалів. – Львів: Вид. ЛДУ, 1973. – 404 с.
Навчально-методичне забезпечення
1. Розрахунок плоскої статично невизначної шарнірно-стрижневої системи : завдання та методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з курсу “Опір матеріалів” для студентів механічних, будівельних і енергетичних спеціальностей / уклад. : Є. В. Харченко, М. І. Войтович, В. М. Палюх. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2014. – 24 с.
2. Розрахунок на міцність і жорсткість статично визначеної балки : завдання та методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з дисципліни “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад.: Є. В. Харченко, Б. М. Стасюк, Б. Т. Мартинович, В. М. Палюх, І. Я. Жбадинський. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2016. – 28 с.
3. Проектний розрахунок стиснутих стрижнів на стійкість : завдання та методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад.: Є. В. Харченко, Б. Т. Мартинович, Б. М. Стасюк, В. М. Палюх, І. Я. Жбадинський, В. В. Віра. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2017. – 36 с.
4. Розрахунок статично невизначених плоских рам на міцність і жорсткість : завдання та методичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад.: Є. В. Харченко, Б. М. Стасюк, Б. Т. Мартинович, В. М. Палюх, В. В. Віра. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2019. – 28 с.
5. Випробування сталі на розтяг : інструкція до лабораторної роботи № 1 з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад.: Є. В. Харченко, М. І. Войтович, Р. А. Ковальчук, В. М. Палюх. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2013. – 12 с.
6. Випробування сталі, чавуну, деревини та цементного каменю на стиск : інструкція до лабораторної роботи № 2 з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей. / уклад.: Є. В. Харченко, Р. А. Ковальчук, Х. І. Ліщинська, В. М. Палюх. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2015. – 16 с.
7. Експериментальне вивчення закону Гука. Визначення модуля Юнга та коефіцієнта Пуассона для сталі : інструкція до лабораторної роботи № 3 з курсу “Опір матеріалів” для студентів механічних і будівельних спеціальностей / уклад. : Є. В. Харченко, Б. Т. Мартинович, Р. А. Ковальчук, В. М. Палюх. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2014. – 12 с.
8. Визначення модуля зсуву із випробовувань на кручення: інструкція до лабораторної роботи № 4 з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад. : Є. В. Харченко, М. І. Войтович, Б. Т. Мартинович, В. М. Палюх. – Львів: Видавництво Львівської політехніки. 2013. – 8 с.
9. Дослідження напружень і переміщень за прямого поперечного згину балки : інструкція до лабораторної роботи № 6 з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад.: Є. В. Харченко, Б. М. Стасюк, Б. Т. Мартинович, В. М. Палюх, І. Я. Жбадинський. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2016. – 16 с.
10. Дослідження стійкості стиснених прямих стрижнів : інструкція до лабораторної роботи № 28 з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженернотехнічних спеціальностей / уклад. : Є. В. Харченко, В. М. Палюх, Б. М. Стасюк, Б. Т. Мартинович. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2015. – 12 с.
11. Дослідження механіки деформування і міцності витих циліндричних пружин : інструкція до лабораторної роботи № 29 з курсу “Опір матеріалів” для студентів інженерно-технічних спеціальностей / уклад.: Є. В. Харченко, Б. М. Стасюк, Б. Т. Мартинович, В. М. Палюх, І. Я. Жбадинський, М. І. Сурмай. – Львів : Видавництво Львівської політехніки, 2016. – 12 с.
Інформаційні ресурси
https://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=1970