Надежность и долговечность машин

Рабочая программа учебной
дисциплины
Ф ТПУ 7.1 – 21/01
УТВЕРЖДАЮ
Проректор директор ИПР
А.К. Мазуров
« »
2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН»
НАПРАВЛЕНИЕ ООП 131000 «Нефтегазовое дело»
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) бакалавр техники и технологии
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА 2011 г.
КУРС 4
СЕМЕСТР 8
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ 4
ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б2.Б1.3 «Математика 3», Б3.Б2 «Теоретическая и прикладная механика», Б2.Б5 «Информатика»
КОРЕКВИЗИТЫ Б3. В.1.8 «Технологическое оборудование и ремонт нефтегазопроводов», Б3. В.1.1 «Строительные конструкции».
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
Лекции_
26 час.
Лабораторные работы
19,5 час.
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ 58,5 час.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 52 час.
ИТОГО 110,5 час.
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ тестирование, контрольные работы, рефераты
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИПР, кафедра транспорта и хранения нефти и газа
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ А.В. Рудаченко
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
Н.Г. Квеско
ПРЕПОДАВАТЕЛИ
А.Л. Саруев, С.В.Поварницын
2011 г.
1
1.ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В соответствии с целями ООП 131000 «Нефтегазовое дело»
Код
цели
Формулировка цели
Ц1
Готовность выпускников к производственно-технологической и
проектной деятельности, обеспечивающей модернизацию, внедрение и эксплуатацию оборудования для добычи, транспорта и
хранения нефти и газа
Ц2
Готовность выпускников к междисциплинарной экспериментально-исследовательской деятельности для решения задач, связанных с разработкой инновационных эффективных методов бурения нефтяных и газовых скважин, разработкой и эксплуатацией месторождений углеводородов,
их транспорта и хранения
Требования ФГОС
и заинтересованных
работодателей
Требования ФГОС, критерии
АИОР, соответствие международным стандартам EUR–ACE и
FEANI. Потребности научноисследовательских центров ОАО
«ТомскНИПИнефть» и предприятий нефтегазовой промышленности, предприятия ООО «Газпром», АК «Транснефть»
Требования ФГОС, критерии
АИОР, соответствие международным стандартам EUR–ACE и
FEANI. Потребности научноисследовательских центров Институт химии нефти СО РАН и
предприятий нефтегазовой промышленности, предприятия ООО
«Газпром», АК «Транснефть»
целью изучения дисциплины является формирование у студентов
базовых знаний по анализу надежности и долговечности оборудования
газонефтепроводов и газонефтехранилищ, выбору основных направлений
по повышению показателей надежности на стадии проектирования
оборудования и его эксплуатации.
При изучении дисциплины обеспечивается подготовка по
исследованию основных причин снижения надежности оборудования и
определению путей их повышения. Исследуются основные элементы
механики разрушения, условия малоцикловой и многоцикловой усталости,
причины и условия образования и роста трещин. Основные показатели
надежности определяются с учетом вероятностного характера внешних
воздействий и характеристик материалов.
2
2.МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП
Дисциплина Б3.В.2.6 «Надежность и долговечность машин» входит в
перечень дисциплин профессионального цикла (вариативная часть, дисциплины по выбору студента) ООП направления подготовки бакалавров
131000 «Нефтегазовое дело».
Взаимосвязь дисциплины Б3.В.2.6 «Надежность и долговечность машин» с другими составляющими ООП следующая:

пререквизиты – Б2.Б1.3 «Математика 3», Б3.Б2 «Теоретическая и
прикладная механика», Б2.Б5 «Информатика»;

корреквизиты – Б3. В.1.8 «Технологическое оборудование и ремонт
нефтегазопроводов», Б3. В.1.1 «Строительные конструкции».







Задачами изучения дисциплины являются:
ознакомление студентов с основными показателями надежности оборудования;
получения навыков решения теоретических задач по определению интенсивности изнашивания, элементов механики разрушения материалов и
влияния их на показатели надежности;
формирование навыков использования математических моделей накопления повреждений в теории надежности, исследование причин и характер образования и развития трещин;
исследование функциональной надежности магистральных трубопроводных транспортных систем;
применение полученных знаний, навыков и умений в последующей профессиональной деятельности.
Студент обеспечивается:
учебными пособиями и методическими указаниями по выполнению
практических работ;
компьютеризированными заданиями для выполнения индивидуальных практических работ.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В соответствии с ООП направления подготовки бакалавров 131000
«Нефтегазовое дело» результаты освоения дисциплины следующие:
3
В соответствии с профессиональными компетенциями
В соответствии с общекультурными компетенциями
Требования ФГОС
Способность приобретать, совершенВПО (ОК-1, 2, 3,
ствовать и использовать математичеОК-7, ОК-8, ОК-9,
ские, естественнонаучные, социальноОК-10, ОК-11,
Р1
экономические и инженерные знания в
ОК-12, ОК-13,
междисциплинарном контексте инноОК-20, ОК-21),
вационной профессиональной дея(EAC-4.2a)
тельности
(ABET-3A)
Умение анализировать основные тенденции правовых, социальных и куль- Требования ФГОС
турных аспектов инновационной про- ВПО (ОК-4, ОК-5,
ОК-6, ОК-14, ОКфессиональной деятельности, демонР2
стрировать компетентность в вопросах 15, ОК-16, ОК-17,
ОК-18, ОК-19,
здоровья и безопасности жизнедеятельности и понимание экологических ОК-22)
последствий профессиональной деятельности
Уметь самостоятельно учиться и
Требования ФГОС
непрерывно повышать квалификацию ВПО (ПК-1)
Р3
в течение всего периода профессио(ABET-3i).
нальной деятельности
В соответствии с ООП направления подготовки бакалавров 131000
«Нефтегазовое дело» взаимное соответствие целей ООП и результатов
обучения следующее
Результаты
обучения
Р1
Р2
Р3
Ц1
+
+
+
Цели ООП
Ц3
Ц2
+
Ц4
Ц5
+
+
+
В результате освоения дисциплины студент должен продемонстрировать результаты образования, в соответствии с данными ООП
направления подготовки бакалавров 131000 «Нефтегазовое дело»: знания – З2.10, З2.11, З2.23, З3.2; умения – У1.1, У2.10, У2.12,У2.23, У3.1
владение опытом – В2.9, В2.11,В2.23, В3.1.
4
В развернутом виде представлены результаты образования применительно с дисциплине «Надежность и долговечность машин», в результате освоения этой дисциплины студент должен будет:
знать:
 основные показатели надежности оборудования
(ОК-1)
 исходные преставления теории надежности
(ОК-1)
(ПК-1)
(ПК-2)
 элементы механики разрушения
 математические модели накопления повреждений
(ПК- 6) (ПК- 9)
(ОК-7)
(ПК-2)
(ПК-19)
 факторы, определяющие вид и интенсивность изнашивания (ОК-1)
(ПК-6)
 закономерности снижения надежности машин в зависимости (ОК-7)
от факторов механического воздействия
(ПК-6)
(ПК-18)
(ПК-19)
 причины и характер образования и развития трещин
(ОК-1)
( ПК-9)
(ПК-18)
(ПК-19)
 показатели и причины снижения надежности
оборудования, мероприятия повышения надежности
(ПК-1)
(ПК-2)
(ПК-9)
 влияние разброса механических свойств материала
на показатели надежности
(ОК-1)
(ПК-2)
(ПК-18)
уметь:
проводить анализ показателей надежности в зависимости (ПК-6)
от условий эксплуатации
(ПК-18)
(ПК-19)
 исследовать основные элементы механики разрушения,
условия малоцикловой и многоцикловой усталости,
5
(ОК-1)
(ПК-2)
причины и условия образования и роста трещин
 использовать структурные модели накопления
повреждений
определять условия предотвращающие образование и
развитие трещин
(ПК-9)
(ПК-18)
(ПК-2)
(ПК-19)
(ПК-9)
оценивать эффективность мероприятий направленных на
(ПК-18)

повышение надежности на стадии проектирования и эксплуатации
владеть:
– методами проведения оценки долговечности или остаточного
ресурса конструкций
(ПК-2)
(ПК-9)
– прогнозировать эксплуатационную надежность трубопроводов
(ПК-18)
(ПК-19)
– прочностными характеристиками металла труб и сварного
соединения
– методикой определения показателей с учетом вероятностного
характера внешних воздействий и характеристик материалов
(ПК-1)
(ПК-2)
(ПК-2)
(ПК-6)
(ПК-19)
(ОК-1)
(ПК-1)
(ПК-19)
– теорией надежности строительных конструкций
– моделями надежности и оценкой показателей надежности
различных блоков, прогнозирование остаточного ресурса на
основе диагностических данных
(ПК-2)
(ПК-9)
(ПК-18)
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует следующие общекультурные и профессиональные компетенции:
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ (ОБЩЕКУЛЬТУРНЫЕ)
способность:
– обобщать, анализировать, воспринимать информацию, ставить цели
и выбирать пути ее достижения (ОК-1)
– использовать нормативные правовые документы в своей деятельности (ОК-7)
1.
6
2.
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ (ПК)
Общепрофессиональные способности:
–
–
–
–
–
–
самостоятельно приобретать новые знания, используя современные
образовательные и информационные технологии (ПК-1)
использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в
профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ПК-2)
производственно-технологическая деятельность
способность:
применять процессный подход в практической деятельности, сочетать теорию и практику (ПК-6)
оценивать риски и определять меры по обеспечению безопасности технологических процессов в нефтегазовом производстве
(ПК-9)
экспериментально-исследовательская деятельность
способность:
планировать и проводить необходимые эксперименты, обрабатывать, в т.ч. с использованием прикладных программных продуктов, интерпретировать результаты и делать выводы (ПК-18)
использовать физико-математический аппарат для решения расчетно-аналитических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности (ПК-19)
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1. Содержание теоретического и практического разделов
Содержание теоретического раздела включает темы лекционных занятий, представленных в виде 9 модулей, общей трудоемкостью 26 часов (табл. 1). В результате освоения теоретического раздела дисциплины «Надежность и долговечность машин» студент
овладевает следующими компетенциями: ОК-1, ОК-7, ПК-1, ПК-2,
ПК-6, ПК-9, ПК-18, ПК-19.
7
Таблица 1
Темы лекционных занятий
№ п./п
1
2
3
4
5
6
Название лекционного модуля дисциплины
Введение в предмет. Основные показатели надежности и долговечности. Исходные представления
теории надежности
Постановка задач и математические модели теории надежности. Модель-схема надежности линейной части
Модели накопления повреждений
Классификация нагрузок и воздействий
Построение полуэмпирических моделей по данным
ресурсных испытаний
Многоцикловая и малоцикловая усталость
7
Элементы механики разрушения
8
Рост усталостных трещин
9
Структурные модели накопления повреждений
Всего, часов
Объем, ч.
2
6
4
4
2
2
2
2
2
26
Содержание модулей дисциплины
Модуль 1. Введение в предмет. Основные показатели надежности и долговечности. Исходные представления теории надежности.
Основные понятия и определения. Надежность машин и конструкций. Вероятность безотказной работы. Параметр потока отказов. Средняя наработка на отказ. Интенсивность отказов. Простые и сложные системы в теории надежности. Функциональная надежность магистральных трубопроводных транспортных систем (2 часа).
Модуль 2. Постановка задач и математические модели теории
надежности. Модель-схема надежности линейной части.
Математические модели теории надежности. Соотношения между
показателями надежности. Математические модели показателей надежности. Модель-схема надежности линейной части магистрального трубопровода. Математические модели надежности на основе экспоненциального закона распределения и распределении Вейбула. Простейшие
задачи теории надежности. Постановка задач теории надежности. Элементарные модели отказов. Классификация отказов. Постановка задач
теории надежности машин конструкций. Формирование математической модели трубопроводной транспортной сети. (6 часов.).
Модуль 3. Модели накопления повреждений.
8
Скалярная мера накопления повреждений. Линейное суммирование повреждений. Автомодельный процесс накопления повреждений. Модель
накопления повреждений В.В. Болотина. Многостадийная модель
накопления повреждений. Теоретические основы надежности ремонтируемых объектов. Стержневая модель трещины. (4 часа).
Модуль 4. Классификация нагрузок и воздействий.
Основные виды отказов в оборудовании, подверженным механическим
нагрузкам. Постоянные, временные и случайные нагрузки. Влияние характера
нагрузок и закона их изменения на показатели надежности оборудования.
Влияние разброса механических свойств на показатели надежности. Особенности магистральных трубопроводных транспортных систем и способы повышения их функциональной надёжности. Классификация отказов и модель-схема надежности линейной части (4часа.).
Модуль 5. Построение полуэмпирических моделей по данным
ресурсных испытаний. Построение полуэмпирических моделей по
данным ресурсных испытаний. На основании кривых регрессии
подбирается аналитическая зависимость между характеристиками
нагружения и характеристиками ресурса. На основе результатов
статистической обработки базовых ресурсных испытаний проводится выбор подходящих аналитических выражений для функций
распределения случайных параметров.(2 часа.).
Модуль 6. Многоцикловая и малоцикловая усталость. Классическая многоцикловая усталость. Малоцикловая усталость. Механическое изнашивание. Период зарождения усталостных трещин. Стадия
циклической микротекучести. Стадии распространения усталостных
трещин. (2 часа.).
Модуль 7. Элементы механики разрушения. Линейная и нелинейная механика разрушений. Критерии линейной механики разрушения. Энергетический подход Гриффитса. Силовой подход Ирвина. Моды разрушений. Экспериментальная механика разрушения. Трещиностойкость материала. Концевая зона трещины и раскрытие фронта трещины. Особенности эксплуатационного разрушения трубопровода. (2
часа.).
Модуль 8. Рост усталостных трещин. Скорость роста усталостных трещин. Уравнение Формана. Модель зарождения макроскопических трещин. (2 часа.).
9
Модуль 9. Структурные модели накопления повреждений. Скорость роста усталостных трещин. Уравнение Формана. Модель зарождения макроскопических трещин. Модели пластического типа.(2 часа.).
Содержание практического раздела включает 13 занятий (6 лаборатоных работ), общей трудоемкостью 27 часов (табл. 2). В результате освоения практического раздела дисциплины студент овладевает следующими
компетенциями: ОК-1, ОК-7, ПК-1, ПК-2, ПК-6, ПК-9, ПК-18, ПК-19.
Таблица 2
Темы лабораторных занятий
№ п./п.
Название практического занятия
Объём, ч.
1
Теория вероятности. Законы распределения случайных величин
2
Сложное сопротивление материалов. Расчеты на
усталость
4
3
Неразъемные соединения деталей. Прочностной расчет
2
4
Прочность при динамических нагрузках
4
5
Расчет валов на жесткость и усталость
3
6
Расчет на долговечность подшипников качения
4
Всего, часов
2,5
19,5
Практические работы не предусмотрены по учебному плану.
4.2. Структура дисциплины
Структура дисциплины по разделам (модулям) и видам учебной
деятельности (лекции и практические занятия) с указанием временного
ресурса представлена в табл. 3
10
Таблица 3
Структура дисциплины по разделам и формам организации обучения
Аудиторная
работа (час)
лекпракт.
ции занятия
Название раздела/темы
1. Введение в предмет. Основные показатели надежности и долговечности.
Исходные
представления
теории
надежности
2. Постановка задач и математические модели теории надежности. Модель-схема надежности линейной части
3. Модели накопления повреждений
4. Классификация нагрузок и воздействий
5. Построение полуэмпирических моделей по данным ресурсных испытаний
6. Многоцикловая и малоцикловая усталость
7. Элементы механики разрушения
8. Рост усталостных трещин
9. Структурные модели накопления
повреждений
ИТОГО
11
2
2
6
2
4
2
4
2
2
1
2
2
2
2
26
СРС
(час)
Колл,
Контр.Р.
Итого
1
1
1
1
13
52
91
4.3. Распределение компетенций по разделам дисциплины
Распределение по модулям дисциплины планируемых результатов
обучения, согласно ООП подготовки бакалавров по направлению
131000 «Нефтегазовое дело» представлено в табл. 4.
Таблица 4
Распределение по разделам дисциплины планируемых результатов
обучения
№ Формируемые
компетенции
1.
З.2.10
2.
З.2.11
3.
З.2.23
4.
З.3.2
5.
У.1.1
6. У.2.10
7. У.2.12
8. У.2.23
9.
У.3.1
10. В.2.9
11. В.2.11
12. В.2.23
13. В.3.1
1
+
2
+
+
+
Модули дисциплины
3
4
5
6
+
7
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице (табл. 5).
Таблица 5
Методы и формы организации обучения
ФОО
Лекции
Методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы проблемного обучения
Обучение на основе опыта
Опережающая самостоятельная работа
+
+
Лабораторные
занятия
+
+
СРС
+
+
+
+
12
+
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
+
+
+
+
+
+
6. ОРГАНИЗАЦИЯ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
6.1. Текущая самостоятельная работа студента
Текущая самостоятельная работа студента направлена на
углубление и закрепление знаний студента, развитие практических
умений:
 поиск, анализ, структурирование и презентация информации,
 выполнение расчетных работ;
 исследовательская работа и участие в научных студенческих
конференциях, семинарах и олимпиадах;
 анализ научных публикаций по заранее определенной
преподавателем теме.
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная
работа
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
ориентированая на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов. В результате самостоятельной подготовки студент овладевает следующими компетенциями:
ОК-1, ОК-7, ПК-1, ПК-2, ПК-6, ПК-9, ПК-18, ПК-19.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
Самостоятельная работа в объеме 52 ч. по освоению теоретических
и практических основ дисциплины «Надежность и долговечность машин» заключается в следующем:

работа с конспектом лекций, методической и учебной литературой
в соответствии с учебным планом – 22 часов;

подготовка к защите шести лабораторных работ – 15 часов;

подготовка к входному контролю (тестированию), текущему контролю (три контрольные работы) и итоговому контролю – 15 часов.
Пример вопросов для самостоятельной работы
1.
2.
Вероятность безотказной работы объектов;
Наработка на отказ;
13
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
интенсивность отказов;
Характеристика отказов;
Способы резервирования элементов системы;
Мера накопления повреждений;
Малоцикловая усталость;
Вероятность отказа;
Линейная модель накопления повреждений;
Срок службы;
Параметр потока отказов;
Средняя наработка на отказ;
Экспоненциальный закон надежности;
Вероятность безотказной работы системы при параллельном
соединении элементов;
Вероятность безотказной работы системы при последовательном соединении элементов;
Кумулятивные модели отказов;
Критические и ресурсные отказы;
Линейное суммирование повреждений;
Автомодельный процесс накопления повреждений;
Многостадийная модель накопления повреждений;
Постоянные и переменные нагрузки;
Классическая усталость;
Интенсивность изнашивания;
Коэффициент интенсивности напряжений;
Линейная механика разрушения.
6.4. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как
единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны
преподавателей.
6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Образовательные ресурсы, рекомендуемые для использования при
самостоятельной работе студентов, том числе программное обеспечение, Internet- и Intranet-ресурсы (электронные учебники, компьютерные
модели и др.), учебные и методические пособия:
1. рабочая программа дисциплины «Надежность и долговечность
машин»;
2. Лекции;
14
компьютеризированный демонстрационный материал для проведения лекционных занятий, выполненных в программе Power Poit.;
4. компьютеризированные методические указания к выполнению лабораторных работ в компьютерном классе;
5. комплект тестовых материалов;
6. лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием, компьютерный класс для проведения практических работ.
3.
7. СРЕДСТВА ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Контроль успеваемости студентов осуществляется в виде:

вопросами входного контроля;

вопросами текущего контроля;

итогового контроля (экзамен в седьмом семестре).
Контроль служит эффективным стимулирующим фактором для организации самостоятельной и систематической работы студентов, усиливает глубину и долговременность полученных знаний. Контроль
осуществляется на аудиторных занятиях, в том числе и на консультациях, чем создаются условия, при которых студент вынужден ритмично
работать над изучением данного курса.
Организация контроля строится на оценке знаний студентов по
принятой в Национальном исследовательском Томском политехническом университете рейтинговой системе. Максимальное количество
баллов по данной дисциплине, которое может набрать студент, составляет 100 баллов (табл. 6).
Таблица 6
Оценка видов занятий дисциплины
«Надежность и долговечность машин» по рейтинговой системе
№ п./п.
Вид занятий
1
Посещение лекций
2
Входной контроль
3
Текущий контроль (тестирование)
Выполнение и защита лабораторных работ, из них:
4
4.1.Теория вероятности. Законы распределения случайных величин
4.2.Сложное сопротивление материалов. Расчеты на
усталость
4.3.Неразъемные соединения деталей. Прочностной расчет
15
Баллы
10
10
30
35
2
3
5
4.4.Прочность при динамических нагрузках
4.5.Расчет валов на жесткость и усталость
4.6.Расчет на долговечность подшипников качения
Максимальное количество баллов, всего
Примеры входного контроля по дисциплине
«Надежность и долговечность машин»
Модуль 2
Вопросы
1. Общие понятия надежности.
2. Состояние объектов конструкций машин.
3. Дефекты, повреждения, отказы объектов.
4. Временные понятия продолжительности работы объекта.
Модуль 3
Вопросы
1. Техническое обслуживание и ремонт объектов.
2. Показатели надежности.
3. Показатели долговечности
4. Показатели ремонтопригодности.
Модуль 4
Вопросы
1. Показатели сохраняемости.
2. Комплексные показатели надежности.
3. Резервирование.
4. Нормирование надежности.
Модуль 5
Вопросы
1. Обеспечение, определение и контроль надежности.
2. Испытания на надежность.
3. Показатели безотказности.
16
5
15
10
100
Примеры текущего контроля (тестирование) по дисциплине
«Надежность и долговечность машин»
Тема 1. Основные показатели и математические модели теории
надежности
Тест 1
Укажите соотношение, которое определяет статистическую оценку вероятности безотказной работы для массовых объектов:
 
1N



t
1
 

t
t ;
1. P
k
N
k

1

t;
t exp
2. P


t


t




t

1

P
t

1
 e
3. P
;
0
n
n
N
4.   L  t .
Поясните почему вы выбрали данный ответ и укажите, что указывают все остальные формулы.
Тест 2
Укажите верное соотношение определяющее параметр потока отказов:
1.






E

t

t


t



t

lim
;

t

t

0
t 


E


t1

t 2
2. 
t2
t1
;
T;
3. FT1P



N
t

n
t
 .
4. P
N
1
Поясните почему вы выбрали данный ответ и укажите, что указывают все остальные соотношения.
Тест 3
Укажите определение соответствующее комплексному показателю
надежности:
1. Показатель надежности, характеризующий несколько свойств, составляющих надежность объекта.
17
2. Показатель надежности, точечная или интервальная оценка которого
определяется по данным испытания.
3. Показатель надежности, значение которого определяется расчетным
методом.
4. Количественная характеристика одного или нескольких свойств, составляющих надежность объекта.
Тема 2. Показатели надежности
ТЕСТ 1
Указать верные соотношения позволяющие определить вероятность безотказной работы через интенсивность потока отказов:
1.  t  =  dt Pt ;
d
2.  t  = dt Qt  ;
d
t
3. dt Qt  = 1etd ;
4. Qt  =1  Pt  .
d
0
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают
все остальные соотношения.
ТЕСТ 2
При каком соединении элементов объекта, вероятность его безотказной работы выше:
18
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают
все остальные соединения в тесте.
ТЕСТ 3
Указать область безотказной работы объекта в целом с учетом
возможности нескольких типов отказов отдельного объекта:
где Г1,Г2, …, Г** - границы областей безотказной работы при возможных отказах отдельного объекта; V1,V2 – значения двухмерного вектора качества.
Тема 3. Математические модели теории надежности
ТЕСТ 1
На каком из рисунков указанная траектория отражает изменение вектора качества с учетом принятых ранее обозначений:
1. q(t);
2. u(t);
3. v(t)
19
4. w(t)
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что показывают
все остальные рисунки.
ТЕСТ 2
Указать верное соотношение, позволяющее определить полный
риск для объекта со случайными свойствами при воздействии случайных нагрузок:









t
|
r,
s

P
v
|
r,
s


r,
s
;
t
,
t
1. P
0


2.





P
t

P
t
|r,
s
p
r,
s

d
r

d
s

3.







H
t

H
t
|
r,
s

p
r

p
s,
t

d
r

d
s
r
s

D

r,
s

D

r,
s
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают
все остальные соотношения в тесте.
ТЕСТ 3
По отношению к какой группе отказов относится эксплуатационная надежность:
1.
Отказы второстепенных и относительно легко восстанавливаемых элементов;
2.
Отказы, лимитирующие ресурс объекта в целом;
3.
Отказы, приводящие к аварии.
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают
все остальные определения.
Тема 4. Постановка задач теории надежности
ТЕСТ 1
Отметить основные недостатки скалярных мер повреждений:
А. Выбор крайних значений меры повреждений произволен;
В. Невозможность описать сложные явления, сопровождающие накопление повреждений;
С. Скалярная мера повреждений допускает интерпретацию, не связанную непосредственно с физической картиной повреждений;
Д. Функция меры повреждения не учитывает историю предшествующего нагружения.
20
Выбрать правильный или правильные ответы. Объяснить
почему или привести пример.
ТЕСТ 2
Какое минимально возможное число объектов необходимо для
экспериментальной проверки правила линейного суммирования:
А. Один;
В. Два;
С. Три;
Д. Девять.
Выбрать правильный или правильные ответы. Написать, что
означают другие числа объектов.
ТЕСТ 3
Что лежит в основе гипотезы автомодельности процесса
накопления повреждений:
1. Введение независимой переменной процесса;
2. Введение безразмерной переменной;
3. Замена нескольких переменных одной переменной;
4. Замена одной переменной несколькими переменными.
Выбрать правильный или правильные ответы. Написать,
объяснить, почему остальные варианты ответов не являются правильными.
Тема 5. Модели накопления повреждений
ТЕСТ 1
Отметить какое из приведенных соотношений служит для определения скорости накопления повреждений:
t
А.



t
d
;
fq
0
В.
С.
d
f
,q;
dt




,
q
n
n

1
n

1
n



21


n

1
,
2
,....
;
d
 1


T
q

b
0
T
Д.
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают
все остальные формулы.
ТЕСТ 2
Какое максимальное значение может принять скалярная мера
накопления повреждений:
А. 0;
В. 0.5;
С. 1,0;
Д. 2,0.
Выбрать правильный или правильные ответы. Написать, что
означают другие значения.
ТЕСТ 3
Какое выражение относится к методу распределения надежности системы при задании одинаковой надежности всех последовательно соединенных
подсистем:
1n
А. Pi Ps  ;
t e(t)t ;
Б. Pi

i ni , i
1
,2
,...,
n
В.
;


i
i
1
1 N
T


ti .
Г.
N i1
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают
все остальные соотношения.
Тема 6. Построение полуэмпирических моделей по данным ресурсных испытаний
ТЕСТ 1
Какие значения используются для оценки динамических нагрузок,
действующих в машинах и оборудовании:
А.Математическое ожидание;
22
В.Среднеквадратическое значение;
С.Частотный спектр;
Д. Спектр мощности.
Выбрать правильный или правильные ответы. Написать,
объяснить, почему остальные варианты ответов не являются правильными.
ТЕСТ 2
На какие виды подразделяются случайные нагрузки исходя из
анализа их зависимости от аргумента:
А. Стационарные;
В. Одномерные
С. Нестационарные;
Д. Многомерные
Е. Скалярные
Выбрать правильный или правильные ответы. Написать,
объяснить, почему остальные варианты ответов не являются правильными.
ТЕСТ 3
Какое из ниже приведенных соотношений отражает модель многоцикловой усталости при разбросе механических свойств материала и
отсутствии ярко выраженного предела усталости:
1.
rm
 
s
c 
T
s|rt
b
d
 1


T
q
b
0
T
2.

r
s|rN
N
b
c s
m
3.
Ответ:
Выберите правильный ответ и укажите, напишите, что указывают все остальные формулы.
ТЕСТ 4
Какая вероятностная модель является наиболее удобной для однопараметрического семейства кривых усталости:
23
1. Однопараметрическое распределение Вейбулла;
2. Экспоненциальное распределение;
3. Двухпараметрическое распределение Вейбулла;
Выбрать правильный или правильные ответы. Написать,
объяснить, почему остальные варианты ответов не являются правильными.
Примеры итогового контроля по дисциплине
«Надежность и долговечность машин»
Формой итогового контроля является экзамен. Используются зачетные билеты. Приведем пример.
Национальный исследоИнститут
вательский Томский
природных ресурсов
политехнический университет
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1_
по дисциплине «Надежность и долговечность машин»
кафедра ТХНГ
курс IV
1. Исходные представления теории надежности. Безотказность.
2. Механика разрушения. Энергетический подход Гриффитса.
3. Задача. Система состоит из трех блоков, средняя наработка до первого отказа которых равна Т1=160 час, Т2=320 час, Т3=600 час. Для блоков справедлив экспоненциальный закон надежности. Требуется определить среднюю наработку до первого отказа системы.
Составил: _________________________ доцент, к.т.н., А.Л. Саруев
Утверждаю: зав. кафедрой _____________ доцент, к.т.н., А.В. Рудаченко
« 1 » сентября 2011 г
24
Национальный исследовательский Томский
политехнический университет
Институт
природных ресурсов
ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2_
по дисциплине «Надежность и долговечность машин»
кафедра ТХНГ
курс IV
1. Формула для определения безотказной работы элементов. Модели
схемы надежности работы систем.
2. Малоцикловая усталость. Понятие надежности.
3. Задача. Система состоит из двух устройств. Вероятности безотказной
работы каждого из них в течении времени t=100 час. Равны: p1(100) =
0.95, p2(100)=0.97.Справедлив экспоненциальный закон надежности.
Необходимо найти среднюю наработку до первого отказа системы.
Составил: _________________________ доцент, к.т.н., А.Л. Саруев
Утверждаю: зав. кафедрой _____________ доцент, к.т.н., А.В. Рудаченко
«1 » сентября 2011 г
8. ФОРМИРУЕМЫЕ КОМПЕТЕНЦИИ
Результаты формируемых компетенций в зависимости от вида полученных знаний по дисциплине «Надежность и долговечность машин»
представлены в табл. 7.
Таблица 7
Формируемые компетенции в зависимости от вида полученных
знаний по дисциплине
«Надежность и долговечность машин»
Совокупность оценочных заданий
Компетенции,
по дисциплине
совокупный ожидаемый ре- «Надежность и долговечность машин»
Коды
зультат по завершении обучелабораторные самостоятельная
ния
лекции
работы
работа
Общекультурные (ОК)
обобщать, анализировать, воспринимать информацию, стаОК-1



вить цели и выбирать пути ее
достижения
25
ОК-7
ПК-1
ПК-2
ПК-6
ПК-9
ПК18
ПК19
использовать нормативные
правовые документы


в своей деятельности
Профессиональные(ПК)
общепрофессиональные
самостоятельно приобретать
новые знания, используя совре

менные образовательные и информационные технологии
использовать основные законы
естественнонаучных дисциплин
в профессиональной деятельности, применять методы матема
тического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования
производственно-технологическая деятельность
применять процессный подход
в практической деятельности,


сочетать теорию и практику
оценивать риски и определять
меры по обеспечению безопасности технологических про


цессов в нефтегазовом производстве
экспериментально-исследовательская деятельность
способность
планировать и проводить необходимые эксперименты, обрабатывать, в т.ч. с использованием прикладных программ


ных продуктов, интерпретировать результаты и делать выводы
использовать физикоматематический аппарат для
решения расчетно


аналитических задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности
26
9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
9.1. Перечень рекомендуемой литературы
Основная
1. В. В. Болотин. Ресурс машин и конструкций. – М.: Машиностроение,
1990.
2. В. В. Болотин. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. – М.:
Машиностроение, 1984.
3. И. В. Крагельский, М. Н. Добычин, В. С. Камбалов. Основы расчетов
на трение и износ. – М.: Машиностроение, 1977.
4. В.П. Когаев, Н.А. Махутов, А.П. Гусенков. Расчеты деталей машин
на прочность в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1985.
5. В.П. Когаев. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во
времени / В. П. Когаев ; Под ред. А. П. Гусенкова. — 2-е изд., пере
раб. и доп.— М. : Машиностроение, 1993. — 364 с.
5. Надежность технических систем: Справочник/Под редакцией И. А.
Ушакова.– М:. Радио и связь, 1985.
6. В. Н. Фомин. Нормирование показателей надежности. – М:. Издательство стандартов, 1986.
8. Обеспечение надежности магистральных трубопроводов / А.А.
Коршак, Г.Е. Коробков, В.А. Душин, Р.Р. Набиев- Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2000.- 170 с..
9. ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия.
Термины и определения»
10.Н.И. Самойленко, Т.С. Сенчук. Функциональная надежность магистральных трубопроводных систем: Монаграфия. – Харьков: Изд-во
НТМТ.ХНАГХ. – 2009. – 276 с.
11. Фомин В.Н. Радиографический контроль качества в сварочном
производстве. — Ростов-на-Дону : Изд-во ДГТУ, 2008. — 100 с.
Дополнительная литература
11.Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. (Ред.
совет: В. С. Авдуевский (пред.) и др. Т. 1. Методология.
Организация. Терминология)Под ред. А. И. Рембезы.-М.:
Машиностроение, 1989.-224 с.
12.Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 т. / Ред.
совет:В. С. Авдуевский (пред.) и др. Т. 2.
13.Математические методы в теории надежности и эффективности/Под
ред. Б. В. Гнеденко.-М.: Машиностроение, 1987.-280 с.
14.Надежность и эффективность в технике : Справочник: В 10-ти
27
томах / В. С. Авдуевский, А. М. Андронов, М. А. Арустамов, Е. Ю.
Барзилович; Под ред.
В. И. Кузнецова. Т. 8: Эксплуатация и ремонт. — 1990. — 320 с.
15. Надежность технических систем. Справочник/Ю. К. Беляев, В. А.
Богатырев, В. В. Болотин и др./Под ред. И. А. Ушакова-М.: Радио и
связь, 1985-608 с.
15.Data Processing Vocabulary. Section 14. Reliability, Maintenance and
Availability. - Geneva: ISO 2382, 1976. - 16 p.
16.International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 191. Reliability,
Maintainability and Quality of Service (draft).-Geneva: International
Electrotechnical Commission, 1987.-75 p.
18. EOQC Glossary.-Bern: EOQC. 1988.-24 p.
19. Гнеденко Б. В., Беляев Ю. К., Соловьев А. Д. Математические
методы в теории надежности.-М.: Наука, 1987.-280 с.
20. Хазов Б. Ф., Дидусев Б. А. Справочник по расчету надежности
машин на стадии проектирования.-М.: Машиностроение, 1986.-224 с.
10. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
В проведении лекционных и практических занятий используются следующие аудитории:
 305 ауд. 20 кор. (94 посад. места, используется персональный РС
Core 2 Duo 1.8. с программным обеспечением: Microsoft Office
PowerPoint 2003);
 123 ауд. 20 кор. (30 посад. мест, персональный РС Core 2 Duo 1.8,
Интерактивная доска StarBoard FX-82W, с программным обеспечением: Microsoft Office PowerPoint 2003; Система интерактивного опроса и голосования VERDICT на 30 участников; Беспроводной графический планшет.
 107 ауд. 20 корп.(12 посад. мест, Компьютеры моделей, Core 2
Duo; Мультимедийный комплекс; Плазменная панель NEC Plasma
Sync; ПО: Inventor, MathCad, Microsoft Office PowerPoint 2003,
Виртуальные лабораторные работы.)
Программа одобрена на заседании учебно-методического кафедры
ТХНГ (протокол № 32 от «1» июля 2011 г.).
Автор(ы) к.т.н., доцент каф. ТХНГ А.Л. Саруев, а
ассистент каф. ТХНГ А.В. Поварницын
Рецензент(ы) к.т.н., зав. Каф. ТХНГ А.В. Рудаченко
28
Учебное издание
НАДЕЖНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ МАШИН
Рабочая программа для подготовки бакалавров по направлению
131000 «Нефтегазовое дело»,
профиль
«Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти,
газа и продуктов переработки»
Разработчики
Саруев Алексей Львович
Поварницын Сергей Викторович
Подписано к печати 05.11.2010. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
Печать XЕROX. Усл. печ. л. . Уч.-изд. л. .
Заказ . Тираж 30 экз.
Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Томского политехнического университета сертифицирована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO
9001:2000
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.
Тел. / факс: 8(3822) 56-35-35. www.tpu.ru
29