СИЛ Оц проч и над объ в маш на осн ММ проф

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский государственный технический университет
УТВЕРЖДАЮ
Председатель Ученого совета,
ректор, академик НАН РК
Газалиев А.М.
_______________________
«____» _________ 20___г.
ПРОГРАММА ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
ДЛЯ МАГИСТРАНТА (SYLLABUS)
Дисциплина OPNOMOMM 6304 «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования»
Модуль MМ 16 – «Математическое моделирование»
Специальность 6M071200 «Машиностроение»
Форма обучения – очная, научно-педагогическая
Институт Машиностроения
Кафедра «Технология машиностроения»
2012
Предисловие
Программа обучения по дисциплине для магистранта (syllabus) разработана:
д.т.н., проф. Жетесовой Г.С., ст. преподаватель Юрченко В.В.
Обсуждена на заседании кафедры «Технология машиностроения»
Протокол № _______ от «____»______________20___ г.
Зав. кафедрой ________________
(подпись)
«____»____________20___ г.
Одобрена учебно-методическим советом Института Машиностроения
Протокол № ________ от «_____»_____________20___ г.
Председатель ________________
(подпись)
«____»____________ 20___ г.
Сведения о преподавателе и контактная информация
Жетесова Гульнара Сантаевна – д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТМ
Юрченко Василий Викторович – ст. преподаватель кафедры ТМ
Кафедра «Технология машиностроения» находится в главном корпусе
КарГТУ (Б.Мира, 56), аудитория 334, контактный телефон (56-59-35) доп.1057,
факс 56-03-28
Семестр
Количество
кредитов/ECTS
Трудоемкость дисциплины
3
3/9
Вид занятий
количество контактных часов
Общее
Количеколичеколиче- Форма
ство ча- всего ство частво ча- контроля
практические лабораторные
сов
часов сов СРМ
лекции
сов
занятия
занятия
СРМП
45
-
-
90
135
90
225
экзамен
Характеристика дисциплины
Дисциплина «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении
на основе математического моделирования» входит в цикл профилирующих
дисциплин и ставит целью изучение задач оценки прочности и надежности
объектов.
Цель дисциплины
Дисциплина «Оценка прочности и надежности объектов в машиностроении
на основе математического моделирования» ставит целью углубленное изучение магистрантом теории и объективных закономерностей оценки прочности и
надежности объектов в машиностроении.
Задачи дисциплины
Задачи дисциплины следующие: дать магистранту углубленные знания о
теории и объективных закономерностях оценки прочности и надежности объектов в машиностроении. В результате изучения данной дисциплины магистрант должен:
иметь представление:
- о методах расчета на прочность и методах оценки прочности;
- об основных положениях метода конечных элементов.
- о роли вычислительных методов в расчетах на прочность.
- об основных этапах численного исследования прочности конструкций.
- о построении физической модели. Построение математической модели.
- о методах исследования математической модели и анализе полученных результатов;
- о физических причинах повреждений и отказов;
- о надежности систем, методах оценки надежности.
знать:
- показатели надежности;
- методы оценки прочности;
- методы оценки надежности;
- методы сбора и обработки информации о прочности;
- методы сбора и обработки информации о надежности;
- практическое применение метода конечных элементов.
- решение статических прочностных задач;
- специальные математические методы расчета надежности;
уметь:
- применять полученные знания в практической работе.
быть компетентным:
- в области расчетов на прочность и методов оценки прочности;
- в области методов конечных элементов.
- в области расчетах на прочность.
- в области численных исследований прочности конструкций.
- в области построения физической модели, построения математической
модели.
- в области исследования математической модели и анализа полученных результатов;
- в области физических причин повреждений и отказов;
- в области надежности систем, методах оценки надежности.
1.6 Пререквизиты
Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):
Дисциплина
Наименование разделов (тем)
Организация и планироваВсе разделы
ние научных исследований
и
инновационной деятельности
1.7 Постреквизиты
Знания, полученные при изучении дисциплины «Оценка прочности и
надежности объектов в машиностроении на основе математического моделирования», используются при изучении следующих дисциплин: «Автоматизация
производственных процессов с применением CAD/CAM технологий».
Содержание дисциплины
Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость
Наименование раздела, (темы)
1 Прочностная надежность деталей
машин. Методы оценки
2 Основные положения метода конечных элементов. Роль вычислительных
методов в расчетах на прочность. Основные этапы численного исследования прочности конструкций. Построение физической модели. Построение
математической модели. Метод исследования математической модели и
анализ полученных результатов
3 Типы конечных элементов. Стержневой и балочный элементы.
4 Плоские задачи. Конечные элементы
для плоских задач.
5 Практическое применение метода
конечных элементов.
6 Решение статических прочностных
задач.
7 Общие сведения о надежности
8 Показатели надежности
9 Физические причины повреждений и
отказов.
Математическая
модель
надежности объекта
10 Надежность работы объектов до
первого отказа. Математические модели безотказности
11 Надежность восстанавливаемых
объектов. Математические модели
долговечности
12 Надежность систем
13 Статистическое моделирование на
ЭВМ
14 Оптимизационные задачи надежности
15 Методы оценки надежности по результатам испытаний
Трудоемкость по видам занятий, ч.
праклек
лаборатичеСРМП СРМ
ции
торные
ские
3
5
5
3
5
5
3
5
5
3
5
5
3
2
5
5
5
5
3
3
5
5
5
5
2
5
5
2
5
5
3
2
2
5
5
5
5
5
5
3
5
5
5
5
2
16 Специальные математические мето- 2
ды расчета
17 Методы сбора и обработки инфор- 2
мации о надежности
18 Примеры прикладных задач надеж- 2
ности
ИТОГО:
45
5
5
5
5
5
5
90
90
Тематический план самостоятельной работы магистранта с преподавателем
Форма проРекоменНаименование
Содержание заЦель занятия ведения задуемая литемы СРМП
дания
нятия
тература
1 ПрочностОзнакомление: с
ная
надежтребованиями
ность деталей
современного
машин. Метопроизводства к
ды оценки
автоматизации
Углубление
проектирования;
Выполнение
знаний по
технологическим
[1,2,3,4]
инд. зад.
данной теме
содержанием
функциональных
зависимостей автоматизированного проектирования.
2 Основные Углубление Выполнение Роль
вычислиположения
знаний по
инд. зад.
тельных методов
метода
ко- данной теме
в расчетах на
нечных элепрочность. Ос[1-11]
ментов.
новные
этапы
численного исследования
прочности конструкций.
Построение физической модели.
Построение математической
модели. Метод
исследования
математической
модели и анализ
полученных ре-
3 Типы конечных элементов.
4 Плоские задачи.
Углубление
знаний по
данной теме
Углубление
знаний по
данной теме
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
6
Решение
статических
прочностных
задач.
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
7 Общие сведения
о
надежности
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
8 Показатели
надежности
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
5 Практическое применение метода
конечных
элементов.
9 Физические Углубление
Выполнение
инд. зад.
Выполнение
инд. зад.
Выполнение
зультатов
Стержневой
и
балочный
эле- [1,2,3,4,5,1
менты.
6]
Конечные
элементы для плос- [1,2,3,4,5,1
ких задач.
6]
Основные стадии
решения задач. [3,4,5,6]
Препроцессорная
подготовка.
Постпроцессорная обработка.
Постановка задачи. Построение [2,3,5,11]
модели. Построение сетки. Приложение нагрузок и получение
решения. Обработка, печать и
сохранение результатов (постпроцессорная
обработка)
Предварительные замечания.
Общие понятия. [13,14,16,
Характеристики
18]
отказов. Резервирование
Система
стандартов "Надежность в технике"
[11-18]
Основные понятия, термины и
определения состояний объектов
и свойств надежности Номенклатура и классификация показателей надежности
Источники
и
по
причины по- знаний
вреждений и данной теме
отказов. Математическая
модель
надежности
объекта
инд. зад.
10
Надеж- Углубление
Выполнение
ность работы знаний
инд. зад.
по
объектов до
данной теме
первого отказа. Математические модели безотказности
11
Надежность восстанавливаемых
объектов. Математические
модели долговечности
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
причины изменения выходных
параметров объектов. Классификация
отказов.
Математическая
модель надежности объекта
Формирование
закона изменения
выходного параметра объекта во
времени. Общая
схема формирования
отказа
объекта. Модели
постепенных отказов. Моделирование внезапных отказов на
основе
экспоненциального закона надежности.
Одновременное
проявление внезапных и постепенных отказов.
Снижение уровня сопротивляемости
объекта
внезапным отказам вследствие
процесса старения материалов
Основные особенности исследования долговечности объектов. Схема потери объектом работоспособности
при эксплуатации с установленным периодом непрерывной
[11,12,14]
[11,12,13,
14]
[11,12,13,
14]
12
Надеж- Углубление
Выполнение
ность систем знаний
инд. зад.
по
данной теме
13 Статисти- Углубление
Выполнение
ческое моде- знаний
инд. зад.
по
лирование на
данной теме
ЭВМ
14 Оптимизационные задачи надежности
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
15
Методы
оценки
надежности
по результатам испытаний
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
работы.
Схема
потери объектом
работоспособности при эксплуатации с работой
до отказа
Системы
как
объект надежности и их основ- [11,12,13,
ные
свойств.
18]
Расчет надежности систем с расчлененной
структурой. Резервирование как
метод обеспечения надежности
технологических
систем на стадии
их создания
Методология
моделирования.
Моделирование
[11,12,13,
высоконадежных
16]
систем
Оптимальное резервирование.
Обеспечение
[11,12,13,
технических
17]
объектов запасными элементами. Оптимальное
управление запасами. Оптимальное обнаружение
и поиск отказов.
Модели технического обслуживания
Методы испыта- [11,12,13,
ний. Контроль
18]
16 Специальные математические методы расчета
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
17
Методы
сбора и обработки информации
о
надежности
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
18 Примеры
прикладных
задач надежности
Углубление
знаний по
данной теме
Выполнение
инд. зад.
Распределения с
монотонной
функцией интенсивности.
Надежность механических систем.
Методы
расчета надежности систем с восстановлением
Специальные системы исследования систем с
восстановлением. Системы из
элементов с многими состояниями.
Использование
диффузионных
процессов
Последовательность статистической обработки результатов
стойкостных испытаний. Расчет
показателей
надежности инструмента.
Надежность магистральных газо- и нефтепроводов.
Надежность гидромеханических сооружений.
[11,12,13,
14]
[11,12,13,
17]
[11,12,13,
14]
Темы контрольных заданий для СРМ
1 Прочностная надежность деталей машин. Методы оценки
2 Основные положения метода конечных элементов. Роль вычислительных
методов в расчетах на прочность. Основные этапы численного исследования
прочности конструкций. Построение физической модели. Построение матема-
тической модели. Метод исследования математической модели и анализ полученных результатов
3 Типы конечных элементов. Стержневой и балочный элементы.
4 Плоские задачи. Конечные элементы для плоских задач.
5 Практическое применение метода конечных элементов.
6 Решение статических прочностных задач.
7 Общие сведения о надежности
8 Показатели надежности
9 Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель
надежности объекта
10 Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели
безотказности
11 Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности
12 Надежность систем
13 Статистическое моделирование на ЭВМ
14 Оптимизационные задачи надежности
15 Методы оценки надежности по результатам испытаний
16 Специальные математические методы расчета
17 Методы сбора и обработки информации о надежности
18 Примеры прикладных задач надежности
Критерии оценки знаний магистрантов
Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамен) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.
Оценка по буквенной системе
А
АВ+
В
ВС+
С
СD+
DF
Цифровые эквиваленты буквенной оценки
4,0
3,67
3,33
3,0
2,67
2,33
2,0
1,67
1,33
1,0
0
Процентное содержание усвоенных знаний
95-100
90-94
85-89
80-84
75-79
70-74
65-69
60-64
55-59
50-54
0-49
Оценка по
традиционной
системе
Отлично
Хорошо
Удовлетворительно
Неудовлетворительно
Оценка «А» (отлично) выставляется в том случае, если магистрант в течение семестра показал отличные знания по всем программным вопросам дисциплины, а также по темам самостоятельной работы, регулярно сдавал рубежные
задания, проявлял самостоятельность в изучении теоретических и прикладных
вопросов по основной программе изучаемой дисциплины, а также по внепрограммным вопросам.
Оценка «А-» (отлично) предполагает отличное знание основных законов и
процессов, понятий, способность к обобщению теоретических вопросов дисциплины, регулярную сдачу рубежных заданий по аудиторной и самостоятельной
работе.
Оценка «В+» (хорошо) выставляется в том случае, если магистрант показал
хорошие и отличные знания по вопросам дисциплины, регулярно сдавал семестровые задания в основном на «отлично» и некоторые на «хорошо».
Оценка «В» (хорошо) выставляется в том случае, если магистрант показал
хорошие знания по вопросам, раскрывающим основное содержание конкретной
темы дисциплины, а также темы самостоятельной работы, регулярно сдавал семестровые задания на «хорошо» и «отлично».
Оценка «В-»(хорошо) выставляется магистранту в том случае, если он хорошо ориентируется в теоретических и прикладных вопросах дисциплины как
по аудиторным, так и по темам СРМ, но нерегулярно сдавал в семестре рубежные задания и имел случаи пересдачи семестровых заданий по дисциплине.
Оценка «С+» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае,
если он владеет вопросами понятийного характера по всем видам аудиторных
занятий и СРМ, может раскрыть содержание отдельных модулей дисциплины,
сдает на «хорошо» и «удовлетворительно» семестровые задания.
Оценка «С» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае,
если он владеет вопросами понятийного характера по всем видам аудиторных
занятий и СРМ, может раскрыть содержание отдельных модулей дисциплины,
сдает на «удовлетворительно» семестровые задания.
Оценка «С-» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае,
если студент в течение семестра регулярно сдавал семестровые задания, но по
вопросам аудиторных занятий и СРМ владеет только общими понятиями и может объяснить только отдельные закономерности и их понимание в рамках
конкретной темы.
Оценка «D+» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае,
если он нерегулярно сдавал семестровые задания, по вопросам аудиторных занятий и СРМ владеет только общими понятиями и может объяснить только отдельные закономерности и их понимание в рамках конкретной темы.
Оценка «D-» (удовлетворительно) выставляется магистранту в том случае,
если он нерегулярно сдавал семестровые задания, по вопросам аудиторных занятий и СРМ владеет минимальным объемом знаний, а также допускал пропуски занятий.
Оценка «F» (неудовлетворительно) выставляется тогда, когда магистрант
практически не владеет минимальным теоретическим и практическим материалом аудиторных занятий и СРМ по дисциплине, нерегулярно посещает занятия
и не сдает вовремя семестровые задания.
Рубежный контроль проводится на 7-й и 14-й неделях обучения и складывается исходя из следующих видов контроля:
%-ое содержание
5
Итого, %
Вид контроля
Тест
Выполнение
контрольной работы
Практические работы
Экзамен
Модули
Итого
Академический период обучения, неделя
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
*
5
*
10
*
*
*
*
*
*
*
20
5
30
20
60
100
30
Политика и процедуры
При изучении дисциплины «Оценка прочности и надежности объектов в
машиностроении на основе математического моделирования» прошу соблюдать следующие правила:
1. Не опаздывать на занятия.
2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни
прошу представлять справку, в других случаях – объяснительную записку.
3. Отрабатывать пропущенные занятия независимо от причины пропусков.
4. Активно участвовать в учебном процессе.
5. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.
Учебно-методическая обеспеченность дисциплины
Ф.И.О автора
Наименование учебнометодической литературы
Издательство, год
издания
Количество
экземпляров
в библиотеке
на кафедре
5
-
5
-
2
-
3
-
4
-
Основная литература
1. Зенкевич
Чанг И.
О., Метод конечных элементов
в теории сооружений и в
механике сплошных сред.
2. Сегерлинд Л.
Применение метода конечных элементов.
3. Зенкевич О.
Метод конечных элементов
в технике.
4. Зенкевич О..
Морган К. Конечные элементы и аппроксимация.
5. Стренг К., Фикс Теория метода конечных
Дж.
элементов.
М.: Мир, 1974. 239 с.
М.: Мир, 1979. 392 с.
М.: Мир, 1975. 541 с.
М.: Мир, 1986. 318с.
М.: Мир, 1977. 349 с.
6. Морозов Е. М, Метод конечных элементов
НикишковГ.П.
в механике разрушения.
7. Под ред. А. А. Сборник заданий для курЯблонского
совых работ по теоретической механике
8. Наседкин А. В. Конечно-элементное моделирование на основе ANSYS
М.: Наука, 1980.254с.
М.: Высшая школа,
1985. 367 с.
В сб.: ANSYS 5.5/ED
(Московское представительство CADFEM GmbH), (Ansys_edding_russian/
Education/ Structural/
Beams&Shells, 1999).
9.
Сметанников Статический анализ угол- В сб.: ANSYS 5.5/ED
О.Ю.
кового кронштейна
(Московское представительство CADFEM GmbH), (Ansys_edding_russian/
Education/ Structural/Bracket, 1999).
10. Каплун А. Б., ANSYS в руках инженера: М.:
Едиториал
Морозов Е. М., Практическое руководство. УРСС, 2003. - 272 с.
Олферьева М. А.
11 Под ред. И. А. Надежность технических М.: Радио и связь,
Ушакова.
систем: Справочник.
1985.— 608 с, ил.
12 Под ред. А.И. Надежность и эффектив- М.:
МашиностроеРембезы.
ность в технике: Справоч- ние, 1986. / - 224 с.
ник: В 10 т. Т.1: Методология. Организация. Терминология
13 Проников А.С. Надежность машин.
М.:
Машиностроение, 1978.- 592 с.
14 ГОСТ 27. 001- Система
стандартов.
95
Надежность в технике. Основные положения.
15
Голинкевич Прикладная теория надеж- М.: Высшая школа,
Т.А.
ности.
1977.- 159 с.
16 Под ред. В.Г. Справочник по надежно- М.: Мир, 1969-1970.
Иресона
сти: В 3 т.
17 Кубарев А.И., Надежность машин, обо- М.: ЛегпромбытизПанфилов
Е.А., рудования и приборов бы- дат, 1987.- 336 с.
Хохлов Б.И.
тового назначения.
18 ГОСТ 16504-81 Система государственных
испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные
термины и определения.
19 Кацев П.Г.
Статистические
методы М.:
Машиностроеисследования
режущего ние,1996.
инструмента.
5
3
-
4
-
4
-
4
-
10
-
11
-
12
-
10
-
8
-
7
-
9
-
10
-
10
-
Вопросы для самоконтроля
1. Основные этапы численного исследования прочности конструкций. Построение физической модели.
2. Построение математической модели.
3. Метод исследования математической модели и анализ полученных результатов.
4. Матричная форма записи основных соотношений теории упругости.
5. Плоские (двумерные) задачи.
6. Основные соотношения между напряжениями, деформациями и температурой.
7. Соотношения между деформациями и смещениями.
8. Уравнения равновесия. Граничные условия
9. Идея и область применения метода конечных элементов. Основные этапы
практической реализации. Основные понятия. Основные этапы практической реализации. Конечные элементы. Построение сетки конечных элементов. Граничные условия. Точность результатов. Линейная задача.
10.Типы конечных элементов. Линейный упругий элемент. Матрица жесткости. Система упругих элементов. Матрица жесткости системы элементов.
11.Стержневой элемент. Матрица жесткости стержневого элемента. Построение матрицы жесткости. Учет распределенной нагрузки. Произвольное
расположение элементов на плоскости. Преобразование смещений. Матрица жесткости. Напряжения. Произвольное расположение элементов в
пространстве
12.Балочный элемент. Матрица жесткости. Функции формы конечных элементов и матрица жесткости. Линейный плоский треугольный элемент.
Квадратичный треугольный элемент. Линейный четырехугольный элемент. Квадратичный четырехугольный элемент. Преобразование нагрузки.
13. Пластины и оболочки. Основные соотношения теории пластин и оболочек. Основные положения теории тонких пластин. Основные положения
теории толстых пластин. Конечные элементы для пластин и оболочек.
Тонкий четырехугольный элемент с четырьмя узлами. Толстостенный четырехугольный элемент.
14.Предмет, цели и задачи науки о надежности.
15.Основные исходные понятия и определения
16.Предмет науки о надежности
17.Цели и задачи дисциплины "надежность станочных и инструментальных
систем"
18.Показатели надежности
19.Система стандартов "Надежность в технике"
20.Основные понятия, термины и определения состояний объектов и свойств
надежности
21.Физические причины повреждений и отказов. Математическая модель
надежности объекта.
22.Источники и причины изменения выходных параметров объектов
23.Классификация отказов
24.Математическая модель надежности объекта
25.Надежность работы объектов до первого отказа. Математические модели
безотказности.
26.Формирование закона изменения выходного параметра объекта во времени
27.Общая схема формирования отказа объекта
28.Модели постепенных отказов
29.Моделирование внезапных отказов на основе экспоненциального закона
надежности
30.Одновременное проявление внезапных и постепенных отказов
31.Снижение уровня сопротивляемости объекта внезапным отказам вследствие процесса старения материалов
32.Надежность восстанавливаемых объектов. Математические модели долговечности.
33.Основные особенности исследования долговечности объектов
34.Схема потери объектом работоспособности при эксплуатации с установленным периодом непрерывной работы
35.Схема потери объектом работоспособности при эксплуатации с работой
до отказа
36.Надежность систем.
37.Системы как объект надежности и их основные свойств
38.Расчет надежности систем с расчлененной структурой
39.Резервирование как метод обеспечения надежности технологических систем на стадии их создания
40.Испытания на надежность.
41.Методы сбора и обработки информации о надежности режущих инструментов.
42.Последовательность статистической обработки результатов стойкостных
испытаний
43.Расчет показателей надежности инструмента
Гос. изд. лиц. № 50 от 31.03.2004 г. Подписано в печать
г.
Формат 60х90/16
Усл.печ.л.
п.л. Тираж
экз.
Заказ
Цена
договорная
__________________________________________________________________
Издательство Карагандинского государственного технического университета
100027, Караганда, б.Мира, 56