«Основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость»

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Краснодарского края

 «Курганинский аграрно-технологический техникум»

План открытого  урока

по учебной  дисциплине:

Материаловедение

по теме:

«Основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость»

Из опыта работы

Преподавателя

Белозерова А.

г. Курганинск, х. Красное Поле, 2014 г.

План урока

Дата «____» ______________ 20 14 г.

Группа № _________

Тема урока: Основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость

Цели:

познакомиться с понятиями  о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость

1.                  Обучающая:Создать условия для актуализации знаний обучающихся  о основах сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость; закрепить новые знания с помощью интерактивного теста.

2.    Развивающая:  способствовать развитию памяти, внимания, познавательной деятельности обучающихся с использованием ресурсов Интернет; развитию навыков и умений рассчитывать сопротивление материалов на прочность, жесткость, устойчивость.

3.    Воспитывающая: воспитывать самостоятельность и активность, информационную культуру обучающихся, внимательность, аккуратность, дисциплинированность, усидчивость. Воспитывать устойчивый познавательный интерес к предмету  через показ практического применения темы.

Обучающиеся должны знать:

Ø  понятия жесткость, устойчивость, оболочка, массив,

Ø  допускаются допущения  при выполнении расчетов;

Ø  Выявление внутренних усилий по методу сечений.

Обучающиеся должны уметь:

Ø ориентироваться в сопротивлении материалов, понятиях о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость;

Тип урока: Комбинированный

Методы обучения: словесные (беседа, объяснение), репродуктивный, теоретические наглядно-демонстрационные.

Межпредметные связи: математика, физика

Материально-техническое оснащение урока: наглядное пособие, инструкционная карта, карточка-задание

Литература:

Ход урока:

1.Организационный момент: проверка посещаемости, сообщение темы, задачи  и цели урока.

2.Проверка усвоения обучающимися предыдущей темы и увязка ее с новой

Здравствуйте, ребята. Сегодня у нас занятие по теме «Основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость».

Цель нашего урока: формирование основных понятий  и умений по теме «Основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость».

В начале занятия я вам предлагаю дать ответы на следующие вопросы

1.      Расскажите  о силе инерции.

2.      Силы инерции при прямолинейном движении материальной точки..

3.      Силы инерции при криволинейном движении материальной точки.

4.      Расскажите понятие о двух основных задачах динамики.

5.      Первая аксиома-принцип инерции

6.      вторая аксиома-основной закон динамики точки.

7.      Третья аксиома-закон независимости действия сил.

8.      Четвертая аксиома-закон равенства действия и противодействия.

3.      Изложение нового материала.

Прочность, жесткость, устойчивость, – как понятия определяющие надёжность конструкций в их сопротивлении внешним воздействиям. Расчётные схемы (модели): твёрдого деформируемого тела, геометрических форм элементов конструкций. Внутренние силы в деформируемых телах и их количественные меры. Метод сечений. Напряжённое состояние. Перемещения и деформации. Понятия упругости и пластичности. Линейная упругость (закон Гука). Принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции).  

Основные понятия. Сопротивление материалов, наука о прочности (способности сопротивляться разрушению при действии сил) и деформируемости (изменении формы и размеров) элементов конструкций сооружений и деталей машин. Таким образом, данный раздел механики дает теоретические основы расчета прочности, жесткости и устойчивости инженерных конструкций.

Под нарушением прочности понимается не только разрушение конструкции, но и возникновение в ней больших пластических деформаций. Пластическая деформация – это часть деформации, которая не исчезает при разгрузке, а пластичность – способность материала сохранять деформацию. Возникновение пластических деформаций связано с нарушением нормальной работы конструкции и поэтому пластические деформации считаются недопустимым.

Жесткость – это способность конструкции (или материала) сопротивляться деформированию. Иногда деформация конструкции, отвечающей условию прочности, может воспрепятствовать нормальной ее эксплуатации. В таком случае конструкция имеет недостаточную жесткость.

Устойчивость – это способность конструкции сохранять положение равновесия, отвечающее действующей на нее нагрузке.

Конструкции, как правило, имеют сложную форму, отдельные элементы которой можно свести к простейшим типам, являющимисяосновными объектами изучения сопротивления материалов: стержни, пластинки, оболочки, массивы, для которых устанавливаются соответствующие методы расчёта на прочность, жёсткость и устойчивость при действии статических и динамических нагрузок, т.

Рис. 1. Стержень

Оболочка – это тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, у которого один размер (толщина) много меньше двух других размеров. Пластина – это тело, ограниченное двумя параллельными плоскостями.  

Массив – тело, у которого все три размера имеют один порядок.  

Рис. 3. Массив

Базируясь на законах и выводах теоретической механики, сопротивление материалов, помимо этого, учитывает способность реальных материалов деформироваться под действием внешних сил.

При выполнении расчетов принимаются допущения, связанные со свойствами материалов и с деформацией тела.

Основные допущения.

1. Материал считается однородным (независимо от его микроструктуры физико-механические свойства считаются одинаковыми во всех точках).

2. Материал полностью заполняет весь объем тела, без каких-либо пустот (тело рассматривается как сплошная среда).

3. Обычно сплошная среда принимается изотропной, т.е. предполагается, что свойства тела, выделенного из нее, не зависят от его ориентации в пределах этой среды. Материалы, имеющие различные свойства в разных направлениях, называют анизотропными (например, дерево).

4. Материал является идеально упругим (после снятия нагрузки все деформации полностью исчезают, т.е. геометрические размеры тела полностью или частично восстанавливаются). Свойство тела восстанавливать свои первоначальные размеры после разгрузки называется упругостью.

5. Деформации тела считаются малыми по сравнению с его размерами. Это допущение называется принципом начальных размеров. Допущение позволяет при составлении уравнений равновесия пренебречь изменениями формы и размеров конструкции.

6. Перемещения точек тела пропорциональны нагрузкам, вызывающим эти перемещения (до определенной величины деформации материалов подчиняются закону Гука). Для линейно деформируемых конструкций справедлив принцип независимости действия сил (или принцип суперпозиции): результат действия группы сил не зависит от последовательности нагружения ими конструкции и равен сумме результатов действия каждой из этих сил в отдельности.

7. Предполагается, что в сечениях, достаточно удаленных от мест приложения нагрузки, характер распределения напряжений не зависит от конкретного способа нагружения. Основанием для такого утверждения служит принцип Сен-Венана.

8. Принимается гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли): плоские поперечные сечения стержня до деформации остаются плоскими и после деформации.

Внутри любого материала имеются внутренние межатомные силы. При деформации тела изменяются расстояния между его частицами, что в свою очередь приводит к изменению сил взаимного притяжения между ними. Отсюда, как следствие, возникают внутренние усилия. Для определения внутренних усилий используют метод сечения. Для этого тело мысленно рассекают плоскостью и рассматривают равновесие одной из его частей (рис. 4).

Рис. 4. Выявление внутренних усилий по методу сечений

Метод заключается в следующем:

1 Разрезаем систему (на части).

2. Отбрасываем одну часть.

3. Заменяем действие отброшенной части на оставшуюся внутренними силами упругости (приложим в сечении усилия, способные уравновесить внешние силы, действующие на отсеченную часть).

4. Составляем уравнения равновесия, составленное для отсеченной части и находим значения усилий.

Используем метод сечений и приведем внутренние силы к центру тяжести поперечного сечения стержня. В результате приведения мы получим результирующую силу R, равную главному вектору и пару сил с моментом M, равным главному моменту системы.

Проектируя R и M на координатные оси, получаем в общем случае 6 алгебраических величин – 6 внутренних силовых факторов:

N – нормальная сила;

Qy или Qz – поперечные силы;

My или Mz – изгибающие моменты;

T – крутящий момент.

Физминутка

Преподаватель демонстрирует упражнения физминутки

1. Закрыли глаза. Руки положили на стол, расслабили кисти. Спина ровная. Делаем медленный глубокий вдох, выдох. Повторили 5 раз. Открыли глаза.

2. Очертили глазами круг вправо, влево. Делаем упражнение медленно, плавно. Повторили 2 раза.

3. Представили, что ваш нос – это ручка, и написали в воздухе тему нашего урока, выводя каждую букву «Программное обеспечение».

4. Подняли руки вверх. Круговыми движениями расслабили запястья. Сжали ладони в кулаки. Повторили 5 раз в каждую сторону.

5. Встали, прошли к своим рабочим местам за компьютеры.

4.      Рефлексия.

Кроссворд по предмету «Материаловедение»  на тему «Сплавы и металлы»

По горизонтали

6. Вид металла в зависимости от температуры плавления

7. Число, которым характеризуется плотность кристаллической решётки

8. Способность металла сопротивляться внедрению в его поверхность более твёрдого тела

10. Металлы, состоящие из большого числа кристаллитов

13. Профессия, связанная с обработкой металлов на станке

14. Физическое свойство металла, его способность поглощать тепло

16. Величина приложенной нагрузки, отнесённая к единице площади поперечного сечения испытуемого образца

17. Вид линейного дефекта

18. Вид точечного дефекта

19. Переход металла из жидкого состояния в твёрдое

21. Кристалл правильной геометрической формы

22. Самопроизвольное разрушение металла в результате химического воздействия окружающей среды

23. Древняя профессия, связанная с горячей обработкой металла

По вертикали

1. Объём, занятый атомами

2. Способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки

3. Расстояние между центрами ближайших атомов в элементарной ячейке

4. Химический элемент, входящий в состав алмаза и графита

5. Коррозия в водных растворах

9. Группировка атомов, при определённых условиях становящаяся центром кристаллизации

11. Химические элементы, образующие сплав

12. Благородный металл

15. Кристалл правильной геометрической формы

20. Изменение размера и формы под действием приложенной внешней нагрузки

5.  Итог урока, обобщение, комментарии оценок, выставление оценок

Сегодня мы изучили   основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость.

Выставление оценок и анализ урока.

 Занятие закончено.

6.       Задание на дом повторить конспект. Подготовить доклад на 3-5мин. на тему «Основы сопротивления материалов, понятие о расчетах на прочность, жесткость, устойчивость»

______________________

  Подпись преподавателя

Общие определения в сопротивлении материалов

Сопротивление материалов – раздел более общей науки – механики деформируемого твердого тела, в котором излагаются основы и методы инженерных расчетов элементов конструкций на прочность, жесткость, устойчивость и выносливость при одновременном удовлетворении требований надежности, экономичности и долговечности. Кроме сопротивления материалов в механику деформируемого твердого тела входят: теория упругости, теория пластичности и ползучести, теория сооружений, строи- тельная механика, механика разрушения и др. Прочность  –  способность  материала (образца,  детали,  элемента конструкции…)  не  разрушаясь  сопротивляться  действию  внешних  сил. Часто под прочностью понимают способность сопротивляться развитию пластических деформаций под действием внешних сил. Целью расчета на прочность является определение размеров деталей или величины внешних нагрузок,  при  которых  исключается  возможность  разрушения  элемента конструкции. Жесткость – способность конструктивных элементов деформироваться  без  существенного  изменения  геометрических  размеров.  Целью расчета на жесткость является определение нагрузок и размеров деталей, при которых исключается возможность появления недопустимых с точки зрения нормальной работы конструкции деформаций. Устойчивость  –  способность  конструктивного  элемента  сохранять под нагрузкой первоначальную форму равновесия.  При потере устойчивости возникает продольный изгиб – изгиб первоначально прямолинейного стержня под действием центрально приложенных продольных сжимающих сил. Выносливость  или  циклическая  прочность – способность  мате- риала противостоять усталости. Усталость – процесс  постепенного  накопления  повреждений  под действием  переменных  напряжений,  приводящий  к  изменению  свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению. Надежность – свойство объекта сохранять  работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Долговечность – свойство элемента или системы длительно сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при определенных условиях эксплуатации. В  теоретической  части  сопротивление  материалов  базируется  на математике  и  теоретической  механике,  в  экспериментальной  части – на физике  и  материаловедении  и  применяется  при  проектировании  машин, приборов и конструкций. Обе части, относящиеся к этой науке, имеют одинаково большое значение. Практически все специальные дисциплины под- готовки  инженеров  по  разным  специальностям  содержат  разделы  курса сопротивления  материалов,  так  как  создание  работоспособной  новой техники невозможно без анализа и оценки ее прочности, жесткости и надежности. Задачей сопротивления материалов, как одного из разделов механики сплошной среды, является определение деформаций и напряжений в твердом упругом теле, которое подвергается силовому или тепловому воздействию.  Сопротивление  материалов  базируется  на  ряде  гипотез  геометрического или физического характера. Такой метод позволяет получить, хотя и не во всех случаях, вполне точные, но достаточно простые формулы для вычисления напряжений.

НАШИ УСЛУГИ

Примеры решения задач по электротехнике

Типовые задания

Наши статьи

Испытание на прочность при растяжении