Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли

УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИПР
___________А. Ю. Дмитриев
«___»_____________2014г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли
НАПРАВЛЕНИЕ ООП: 241000 Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической
технологии, нефтехимии и биотехнологии
ПРОФИЛЬ ПОДГОТОВКИ: Машины и аппараты химических производств
КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ): ____________бакалавр______________
БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ____2014 г.___
КУРС__4__ СЕМЕСТР __7_
КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __6__
Код дисциплины _ДИСЦ.В_
ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС:
ЛЕКЦИИ
32
часа (ауд.)
ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
ИТОГО
64
0
96
120
216
час (ауд.)
часов (ауд.)
часов
часов
часов
ФОРМА ОБУЧЕНИЯ
очная
ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ___ЭКЗАМЕН (6, 7)
ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра ОХТ __
ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ
РУКОВОДИТЕЛЬ ООП
ОТВ. ЗА ПРОФИЛЬ МАХП
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ
_______________ к.т.н., доцент В. В. Тихонов
_______________ к.т.н, доцент Н.В.Ушева
_______________ к.т.н, доцент В. М. Беляев
_______________ к.т.н, доцент В. М. Беляев
2014 г.
21
1. Цели освоения дисциплины и их соответствие целям ООП
Код цели
Ц1
Ц2
Ц3
Цели освоения дисциплины
«Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли»
Формирование способности выполнения расчетов элементов оборудования химических производств
на механическую надежность с использованием современных прикладных программ
Развитие навыков разработки
прикладных программ расчета нового или нестандартного оборудования химических производств на
механическую надежность с последующим анализом результатов.
Цели ООП
Подготовка выпускников к проектно-конструкторской деятельности
в области химических технологий,
конкурентоспособных на мировом
рынке химических технологий.
Подготовка
выпускников
к
научным исследованиям для решения задач, связанных с разработкой
инновационных методов создания
химико-технологических
процессов, веществ и материалов
Формирование навыков самостояПодготовка выпускников к самотельного освоения норм расчета эле- обучению и непрерывному профессиоментов оборудования химических нальному самосовершенствованию
производств с использованием современных компьютерных технологий
2. Место дисциплины в структуре ООП
Согласно ФГОС и ООП «Энерго- и ресурсосбеоегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» дисциплина «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли» является вариативной профильной дисциплиной и относится к профессиональный
модулю.
Код дисциплины
ООП
Наименование дисциплины
Кредиты
Форма контроля
7
Экзамен
Модуль СД (Специальные дисциплины)
Федеральный компонент
ДИСЦ.В
Конструирование и расчет элементов
оборудования отрасли
До освоения дисциплины «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли» должны
быть изучены следующие дисциплины (пререквизиты):
Код дисциНаименование дисциплин
Кредиты Форма контроля
плины ООП
(пререквизиты)
Модуль ЕН. (Общие математические и естественно-научные дисциплины)
ДИСЦ.Б9
Информатика 1.1
3
Зачет
ДИСЦ.В11
Углубленный курс информатики
3
Экзамен
Профессиональный цикл (вариативная часть)
ДИСЦ.В.2.1
Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии
6
Экзамен
ДИСЦ.Б13.0
Механика
6
ДифЗачет
При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные» знания,
умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли».
В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен:
Знать:
 основные понятия и методы математического анализа, теории дифференциальных уравнений;
 технические и программные средства реализации информационных технологий, основы
работы в локальных и глобальных сетях, типовые численные методы решения математических
задач и алгоритмы их реализации, один из языков программирования высокого уровня;
 цели и задачи проектирования, условия равновесия тела и системы тел, поведение материалов при различных воздействиях, условия прочности и жесткости;
 коррозионную стойкость основных конструкционных материалов, новые химически
стойкие конструкционные материалы, современные методы защиты оборудования от коррозии.
Уметь:
 создавать и использовать базы данных, решать уравнения и системы дифференциальных уравнений;
 работать в качестве пользователя персонального компьютера, использовать численные
методы для решения математических задач, использовать языки и системы программирования для
решения профессиональных задач;
 использовать возможности персональных компьютеров при проектных и конструкторских разработках;
 использовать средства Microsoft Office при расчете и оформлении проектов;
 использовать для расчета и конструирования современные программные средства, такие как MathCAD, Autodesk Inventor и т.п.;
 определять внутренние силы, напряжения, геометрические изменения деформируемых элементов;
 обоснованно выбирать конструкционные материалы;
 использовать методики расчётов элементарных конструктивных систем, проводить кинематическое, силовое и динамическое исследование механизмов;
 подбирать необходимую справочную литературу, стандарты и другие нормативные материалы, а также необходимые графические материалы, например, аналоги (прототипы) разрабатываемых конструкций;
 обоснованно выбирать для разрабатываемых устройств конструкционные материалы и рационально их использовать;
 учитывать при конструировании требования экономичности, технологичности,
ремонтопригодности, стандартизации, унификации, технической эстетики, безопасности и
экологии;
 оценивать стойкость материалов к возможным коррозионным разрушениям;
 выбирать методы защиты от коррозии в зависимости от условий эксплуатации
аппаратов.
Владеть
 методами построения математической модели типовых профессиональных задач и интерпретации полученных результатов;
 методами поиска и обмена информацией в компьютерных сетях, техническими и программными средствами защиты информации, включая приемы антивирусной защиты;
 опытом проектирования элементов нового энерго-и ресурсосберегающего оборудования химической технологии, нефтехимии и биотехнологии;
 методами расчета и конструирования с использованием современных программных средств, таких как MathCAD, Autodesk Inventor и т.п.;
 определения реакций связей, кинематического и динамического анализа механизмов;
 проектных и проверочных расчётов элементов конструкций
 чтения схем, чертежей, графиков, а также основных видов конструкторской документации;
 оформлять графическую и текстовую конструкторскую документацию в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД.
Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Конструирование и расчет элементов
оборудования отрасли» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты):
Код дисциплины
ООП
ДИСЦ.В4
ДИСЦ.В15
Наименование дисциплин
Кредиты
кореквизиты
Модуль Б.3.В.3 (профессиональный)
Процессы и аппараты защиты окру3
жающей среды
Процессы и аппараты химической
13
технологии
Форма
контроля
Зачет
Экзамен,
ДифЗачет
3. Результаты освоения дисциплины
Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов
обучения (Р1, Р2, Р4, Р8), сформулированных в основной образовательной программе
241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии
и биотехнологии», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение
дисциплины «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли».
Планируемые результаты обучения согласно ООП
Код
результата
Р1
Р2
Р4
Р8
Результат обучения (выпускник должен быть готов)
Профессиональные компетенции
Применять естественнонаучные знания в профессиональной деятельности
Применять знания в области энерго-и ресурсосберегающего оборудования для
решения производственных задач
Проектировать и использовать энерго-и ресурсосберегающее оборудование химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
Использовать современные компьютерные методы вычисления, основанные на
применении современных эффективных программных продуктов характерных
для профессиональной области деятельности; находить необходимую литературу, использовать компьютерные базы данных и другие источники информации
Планируемые результаты освоения дисциплины «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли»
№ п/п
Результат
1.
Освоить методологию расчета и конструирования элементов оборудования с
использованием современных программных средств и баз данных
2.
Самостоятельно выполнять компьютерные расчеты при проектировании элементов оборудования.
3.
Освоить методологию оформления проектно-конструкторской документации.
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать:
 основные требования, предъявляемые к конструкциям машин и аппаратов, и факторов,
определяющих конструкцию основных деталей и сборочных единиц;
 основные принципы выбора конструкционных материалов в зависимости от параметров
работы оборудования;
 теоретические основы инженерных методик расчета типовых элементов конструкций
машин и аппаратов;
 современные методы конструктивного и прочностного расчета химического оборудования, обеспечивающих высокую техническую надежность его элементов и их конструктивное совершенство.
Уметь:
 правильно оценивать характер нагрузок, действующих на элемент машины или аппарата, и грамотно изображать его расчетную схему;
 обоснованно выбирать наиболее дешевый и доступный конструкционный материал,
расчетную нагрузку и допускаемое напряжение;
 проводить на ЭВМ все необходимые конструктивные и механические расчеты элементов разрабатываемого оборудования с учетом требований нормативно-технической документации.
Владеть:
 методами расчета и конструирования элементов машин и аппаратов отрасли;
 пакетами прикладных программ для расчета и конструирования элементов оборудования;
 опытом оформления проектно-конструкторской документации.
В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:
1. Универсальные (общекультурные):
 способность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, приобретению новых знаний в области естественных и технических наук;
 способность эффективно работать индивидуально и в коллективе, демонстрировать ответственность за результаты работы.
2. Профессиональные:
общепрофессиональные:
 способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин
в профессиональной деятельности;
 способность применять знания в области энерго-и ресурсосберегающих процессов и оборудования химической технологии для решения производственных задач;
производственно-технологическая деятельность:
 способность проектировать новое энерго-и ресурсосберегающее оборудование химической технологии;
 способность выполнять проектные расчеты элементов оборудования с использованием
современных компьютерных программ;
 способность выполнять все необходимые конструктивные и механические расчеты элементов разрабатываемого оборудования с учетом требований нормативно-технической документации;
 способность разрабатывать оптимальные конструкции энерго-и ресурсосберегающего
оборудования химической технологии.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1. Аннотированное содержание разделов дисциплины (48 часов)
4.1.1. Общие принципы и методология конструирования машин и аппаратов отрасли (4
час.):
Развитие химического машино- и аппаратостроения в России и за рубежом. Основные
направления научно-технического прогресса в химическом машиностроении.
Проектирование и конструирование как основные этапы разработки химического оборудования. Классификация основных деталей и сборочных единиц химического оборудования по
функциональному и конструктивному признакам.
Основные требования, предъявляемые к конструкциям машин и аппаратов: экономическая
эффективность, высокая механическая надежность, конструктивное совершенство, транспортабельность. Требования эргономики и защиты окружающей среды. Эстетические требования к разрабатываемому оборудованию.
Система нормативной документации при разработке химического оборудования: ГОСТы,
СТ СЭВ, ОСТ, СТП, РТМ, ТУ, ЕСКД, ЕСТПП, ЕСЗКС, СПКП, ССБТ, нормы и требования
Госгортехнадзора. Роль нормативной документации в конструкторской деятельности.
Основные стадии разработки нестандартного химического оборудования: ТЗ, ТП, ЭП, КД.
Виды расчетов, основные цели технологического, конструктивного и механического расчетов химического оборудования.
Основные методологии конструирования. Организация конструкторского труда Понятие о
разработке оптимальных конструкций с помощью САПР.
4.1.2. Влияние конструкционного материала и технологии изготовления на конструкцию
машин и аппаратов (4 час.):
Основные конструкционные материалы, используемые в химическом машиностроении, их
классификация и область применения. Новые и перспективные материалы. Критерии выбора
конструкционных материалов для химической аппаратуры.
Влияние конструкционного материала и технология изготовления на конструкции машин и
аппаратов. Особенности конструирования литой, стальной, сварной, эмалированной, биметаллической, гуммированной, пластмассовой, керамической, углеграфитовой, стеклянной
аппаратуры и аппаратуры из цветных металлов и сплавов. Экономия дорогостоящих материалов при конструировании химического оборудования.
4.1.3. Расчет и конструирование тонкостенных сосудов:
4.1.3.1
Общие положения (4 час.): Основные сведения по устройству, расчету и испытанию аппаратов. Нормативные параметры. Рабочее, расчетное и пробное давления. Рабочая и
расчетная температуры. Допускаемые напряжения с учетом свойств материала и коррозийного воздействия обрабатываемой среды. Коэффициент прочности сварных и паяных соединений. Прибавки к расчетным толщинам стенки аппарата.
4.1.3.2 Тонкостенные оболочки, нагруженные внутренним давлением (4 час.): Общие сведения об оболочках. Основные понятия и определения. Напряженное состояние материала
упругих осесимметричных оболочек. Условие прочности. Вывод формул для расчета толщины стенки цилиндрических, конических и сферических оболочек. Вывод формул для расчета эллиптических днищ и крышек. Особенности расчета отбортованных конических и
сферических оболочек. Расчет оболочек, нагруженных гидростатическим давлением.
4.1.3.3 Тонкостенные оболочки, нагруженные наружным давлением, изгибающим моментом, осевыми и поперечными усилиями (4 час.): Понятия об устойчивости тонкостенных
оболочек. Причины потери устойчивости. Способы повышения устойчивости оболочек.
Расчет колец жесткости. Расчет оболочек на устойчивость от совместного или раздельного
действия нагрузок. Условие устойчивости.
4.1.3.4 Пластинки и плоские днища (4 час.): Общие сведения о пластинках. Основные понятия и определения. Общие уравнения круглых пластинок, нагруженных симметрично.
Расчет круглых и кольцевых пластинок. Прямоугольные пластинки: различные способы
нагружения и методы расчета. Расчет плоских крышек, подкрепленных ребрами жесткости.
4.1.3.5. Неразъемные соединения оболочек и пластин (6 час.): Виды неразъемных соединений. Основные моменты моментной теории расчета тонкостенных оболочек. Понятие о краевой задаче. Причины появления краевых нагрузок. Изгиб цилиндрической оболочки краевыми нагрузками. Определение краевых сил и моментов. Методика расчета на прочность
аппаратов с учетом краевых сил и моментов. Основы конструирования цельносварной аппаратуры.
4.1.3.6. Укрепление отверстий (4 час.): Укрепление отверстий в оболочках. Расчетные методики и конструкции укрепления вырезов. Границы применения различных расчетных методик. Основные виды оптимальных конструктивных решений укрепления отверстий.
4.1.4. Расчет и конструирование плотно-прочных разъемных соединений (4 час.):
Конструкции разъемных соединений и область их применения. Фланцевые соединения.
Конструкция фланцев. Герметичность соединения и расчет его конструктивных элементов
на прочность. Термические напряжения в болтах и шпильках фланцевых соединений. Критерии выбора оптимальных конструктивных решений. Влияние свойств материала и обрабатываемой среды на выбор разъемных соединений.
4.1.5. Расчет быстровращающихся оболочек и дисков (4 час.):
Конструкция быстровращающихся дисков. Основные понятия и определения. Расчет дисков
простейших профилей: постоянной толщины, конического, гиперболического. Анализ
напряженного состояния дисков сложного профиля методом двух расчетов. Цилиндрические и конические оболочки центрифуг. Вывод формул для расчета толщины и допускаемой
частоты вращения.
4.1.6. Расчет оборудования, работающего в условиях динамических колебаний (4 час.):
Механические колебания элементов химического оборудования. Поперечные свободные и
вынужденные колебания стержней с одной степенью свободы. Поперечные колебания
стержней, имеющих две и более степени свободы. Приближенные методы определения частоты собственных колебаний конструкции. Критические скорости вращающихся валов. Резонансный характер критических явлений. Самоцентрирование валов. «Жесткие» и «гибкие»
валы. Условие виброустойчивости. Влияние различных факторов (осевые силы, гироскопического эффекта, упругости опор) на критическую скорость вала. Способы учета собственной массы вала при определении его критических скоростей с несколькими закрепленными
на нем массами. Методика расчета быстровращающихся валов с учетом их главных критериев работоспособности: прочности, жесткости и виброустойчивости.
4.1.7. Расчет и конструирование аппаратов высокого давления (6 час.):
4.1.4.1 Особенности устройств толстостенных аппаратов, область их применения: Нормативные параметры: расчетное давление, расчетная температура, коэффициент прочности
сварных соединений. Допускаемые напряжения с учетом длительной прочности материала и
конструктивного исполнения корпуса. Особенности выбора материала для изготовления аппарата в зависимости от коррозийного и теплового воздействия среды.
4.1.4.2 Составные части корпусов аппаратов высокого давления: обечайки, днища, флан-
цы. Цилиндрические обечайки различной конструкции. Конструкции крышек.
Напряженное состояние толстостенной оболочки. Определение кольцевых, радиальных и
меридиональных напряжений в случае действия внутреннего и наружного давлений. Эпюры
напряжений. Расчет толщины стенки корпуса аппарата высокого давления по методу максимальных напряжений. Недостатки метода.
4.1.4.2 Расчет корпусов по методу предельных нагрузок. Температурные напряжения в
толстостенном цилиндре. Расчет толстостенных цилиндрических оболочек при одновременном воздействии давления и тепловых нагрузок. Составные оболочки высокого давления.
Особенности расчета толстостенных пластин. Расчет выпуклых и плоских днищ и крышек.
Расчет затворов.
4.2. Содержание практического раздела дисциплины (112 часов)
4.2.1. Тематика практических занятий (32 часов)
Целью практических занятий является закрепление знаний по общим принципам и этапам
расчета и конструирования, получение навыков использования стандартов, реализация теоретического материала путем разработки алгоритма решения конкретной задачи.
Основные темы практических занятий:
1)
2)
3)
4)
5)
6)
7)
8)
9)
4.2.2.
Конструирование и расчет на прочность тонкостенных оболочек.
Конструирование и расчет на прочность и устойчивость тонкостенных оболочек.
Конструирование и расчет на прочность плоских крышек и днищ.
Конструирование и расчет укреплений отверстий.
Конструирование и расчет на прочность неразъемных соединений.
Расчет и конструирование аппаратов высокого давления.
Конструирование и расчет на прочность фланцевых соединений.
Расчет быстровращающихся оболочек и дисков.
Расчет валов, работающих в условиях динамических колебаний.
Тематика лабораторных работ (80 час)
Целью лабораторных работ является реализация на ЭВМ алгоритмов решения конкретных
задач, разработанных на практических занятиях, с использованием MathCAD и Autodesk Inventor.
Темы лабораторных работ:
1) Расчет на прочность оболочек, нагруженных внутренним давлением.
2) Расчет на прочность и устойчивость оболочек, нагруженных наружным давлением,
осевым сжимающим усилием, изгибающим моментом и поперечным усилием.
3) Расчет сопряжения тонкостенных оболочек
4) Поверочный расчет укрепления взаимовлияющих отверстий.
5) Расчет на прочность укрепления отверстий.
6) Расчет фланцевых соединений аппаратов.
7) Расчет валов на прочность, жесткость и виброустойчивость..
8) Расчет на прочность элементов аппарата высокого давления
9) Расчет быстровращающихся дисков методом прогонки.
4.3. Структура дисциплины
Структура дисциплины «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли» по
разделам и видам учебной деятельности с указанием временного ресурса в часах представлена в
табл.1.
Таблица 1
Структура дисциплины
по разделам и формам организации обучения
Название раздела
Аудиторная работа (час)
СРС
Итого
(час)
(час)
Лекции
Практ.
Лабор.
занятия
занятия
6 семестр
1. Общие принципы и методо2
4
4
10
логия конструирования машин
и аппаратов отрасли
2. Влияние конструкционного
2
4
8
14
материала и технологии изготовления на конструкцию машин и аппаратов
3. Основные сведения по
2
4
8
14
устройству, расчету и испытанию аппаратов
4. Тонкостенные оболочки,
2
4
8
14
нагруженные внутренним давлением
4
8
16
28
5.Расчет тонкостенных оболочек на устойчивость от совместного или раздельного действия нагрузок
6. Пластинки и плоские днища
2
4
8
14
(крышки)
7. Неразъемные соединения
2
4
8
14
оболочек и пластин
8. Укрепление отверстий в
2
8
16
26
оболочках
9. Расчет и конструирование
4
4
8
16
плотно-прочных разъемных
соединений
10. Расчет быстровращающих2
4
8
14
ся оболочек и дисков
11. Расчет оборудования, рабо4
8
16
28
тающего в условиях динамических колебаний
12. Расчет и конструирование
4
8
12
24
аппаратов высокого давления
Итого формам обучения
32
64
120
216
5. Образовательные технологии
Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Конструирование и
расчет элементов оборудования отрасли» используются различные образовательные технологии:
1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование системы
знаний, запоминание и свободное оперирование ими.
Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение литературы, при-
менение новых информационных технологий для самостоятельного пополнения знаний, включая
использование технических и электронных средств информации.
2. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе учебного
процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых условий для развития
их индивидуальных способностей, развитие активности личности в учебном процессе. Личностноориентированные технологии обучения реализуются в результате индивидуального общения преподавателя и студента при защите лабораторных работ, при выполнении домашних индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных отчетов по лабораторным работам, решении задач повышенной сложности, на консультациях.
Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных компетенций у
обучающихся выбраны следующие сочетания форм организации учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в табл. 2.
Таблица 2
Методы и формы организации обучения (ФОО)
Методы
ФОО
Лекции Лаб. раб.
Практ.
Сем.,
СРС
занятия
колл.
IT-методы
+
+
+
+
+
Работа в команде
+
+
Case-study
Методы проблемного обучения
+
+
+
Обучение на основе опыта
+
Опережающая самостоятельная ра+
бота
Проектный метод
Поисковый метод
Исследовательский метод
Как видно из табл. 2, при изучении дисциплины «Конструирование и расчет элементов
оборудования отрасли» предусмотрены следующие формы организации учебного процесса: лекции, практические занятия, лабораторные работы, домашние задания, самостоятельная работа студентов, индивидуальные и групповые консультации.
Использование информационно-коммуникационных технологий (IT-методов) предусматривает доступ к Интранет и Интернет-ресурсам:

материалы для проведения занятий (презентации лекций, опорные конспекты и
др. материалы);
 материалы для организации самостоятельной работы (электронные книги, описания практических и лабораторных работ, нормативная документация, карточки-задания, раздаточные материалы, и т. п.);
 материалы для мониторинга результатов обучения (тесты, индивидуальные домашние задания, средства рейтинговой оценки знаний);
 статьи из журналов, материалы выступлений на конференциях;
 материалы, представляющие опыт коллег.
Для воспитания активной, творческой личности студента, умеющего видеть и решать нестандартные профессиональные проблемы, используются следующие методы проблемного обучения:
1) Проблемное изложение (преподаватель ставит проблемы и сам их решает).
2) Частично-поисковая деятельность (постепенное приобщение к решению проблем).
3) Самостоятельная исследовательская деятельность (студенты самостоятельно формулируют проблему и решают её под контролем преподавателя).
Для организации работы в команде:

Учебная группа разбивается на команды от 3 до 6 человек.




Все группы получают одинаковые либо дифференцированные задания.
Внутри группы между её участниками распределяются роли.
Процесс выполнения задания осуществляется путем обмена опытом, мнениями, оценками.
Контроль выполнения задания осуществляется при защите выполненной работы.
Обучение на основе опыта осуществляется в результате приобретения практического
опыта при выполнении лабораторных работ, его анализа и оценки на основе полученных теоретических знаний.
Опережающая самостоятельная работа используется в заданиях как теоретического,
так и практического характера. Студенты самостоятельно изучают отдельные темы, отдельные
вопросы, дополнительную литературу до выполнения лабораторных работ и изучения теоретического материала. Например, анализ документальных источников по теме, подготовка сообщений о
практическом опыте в изучаемой области, изучение методических разработок и рекомендаций,
знакомящих студентов с предстоящей профессиональной деятельностью и другое.
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС)
Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Конструирование и расчет элементов
оборудования отрасли», направленная на углубление и закрепление знаний студента, на развитие
практических умений, включает в себя следующие виды работ:
 работа с лекционным материалом;
 изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку;
 выполнение домашних индивидуальных заданий,
 подготовка к лабораторным работам и защитам лабораторных работ;
 подготовка к самостоятельным и контрольным работам;
6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР)
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли», направленная на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у студентов, включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса:
 поиск, анализ, структурирование информации;
 выполнение расчетных работ, обработка и анализ данных;
 анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме.
6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине
№ п/п
1
2
3
4
5
Темы индивидуальных домашних заданий (6 семестр)
Тема
Конструирование и расчет тонкостенных оболочек, нагруженных внутренним
давлением
Конструирование и расчет тонкостенных оболочек на устойчивость от совместного или раздельного действия нагрузок
Градиентный метод оптимизации
Конструирование и расчет плоских днищ (крышек)
Конструирование и расчет укрепления отверстий в оболочках
Темы индивидуальных домашних заданий (7 семестр)
№ п/п
1
2
3
4
Тема
Конструирование и расчет плотно-прочных разъемных соединений
Конструирование и расчет быстровращающихся оболочек и дисков
Конструирование и расчет элементов оборудования, работающего в условиях
динамических колебаний
Конструирование и расчет аппаратов высокого давления
6.4. Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя.
Самоконтроль зависит от определенных качеств личности, ответственности за результаты
своего обучения, заинтересованности в положительной оценке своего труда, материальных и моральных стимулов, от того насколько обучаемый мотивирован в достижении наилучших результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать условия для выполнения самостоятельной
работы (учебно-методическое обеспечение), правильно использовать различные стимулы для реализации этой работы (рейтинговая система), повышать её значимость, и грамотно осуществлять
контроль самостоятельной деятельности студента (фонд оценочных средств).
Контроль за текущей СРС осуществляется на лабораторных занятиях во время защиты лабораторной работы.
Контроль проработки лекционного материала и самостоятельного изучения отдельных тем
осуществляется во время рубежного контроля (контрольные работы) и также во время защиты лабораторных работ.
6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для самостоятельной работы используются электронные учебники, учебные и методические пособия, справочники, ГОСТы и примеры решения задач, расположенные на Intranet сервере
Y:/student/Literatura/КиРЕО. Для выполнения индивидуальных заданий и курсовых работ используются установленные на ПК программы Autodesk Inventor Professional 2011, AutoCAD 2011,
MathCAD, Microsoft Office и другие.
7. СРЕДСТВА (ФОС) ТЕКУЩЕЙ И ИТОГОВОЙ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА
ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов:
Входной контроль. Представляет собой перечень из 10-20 основных вопросов, ответы на
которые студент должен знать в результате изучения предыдущих дисциплин. Поставленные вопросы требуют точных и коротких ответов. Входной контроль проводится в письменном виде на
первой лекции в течение 15 минут. Проверяются входные знания к текущему семестру.
Контрольная работа № 1 по следующим разделам:
 Общие принципы и методология конструирования машин и аппаратов отрасли
 Влияние конструкционного материала и технологии изготовления на конструкцию
машин и аппаратов
 Практические задания содержат вопросы вычисления параметров модели по методу
наименьших квадратов.
Контрольная работа № 2 по следующим разделам:
 Основные сведения по устройству, расчету и испытанию аппаратов
 Тонкостенные оболочки, нагруженные внутренним давлением
 практические задания, охватывающие данные темы, при решении которых студент
должен показать знание теоретического материала и умение его применять для решения практических задач.
Контрольная работа №3 по следующим разделам:
 Расчет тонкостенных оболочек на устойчивость от совместного или раздельного дей-
ствия нагрузок
Пластинки и плоские днища (крышки)
практические задания, охватывающие данные темы, при решении которых студент
должен показать знание теоретического материала и умение его применять для решения практических задач.
Итоговая текущая аттестация по следующим разделам:
 Неразъемные соединения оболочек и пластин
 Укрепление отверстий в оболочках
 практические задания, охватывающие данные темы, при решении которых студент
должен показать знание теоретического материала и умение его применять для решения практических задач.


Итог изучения курса - экзамен проводится в период экзаменационной сессии. Экзамен
проводится в устном виде по экзаменационным билетам, куда включены теоретические
вопросы и задачи по курсу.
Примеры контролирующих материалов.
Входной контроль знаний
Входной контроль знаний основан на остаточных знаниях студентов по следующим дисциплинам:
-
Информатика.
Основы автоматизированного проектирования;
Механика деформируемого твердого тела;
Химическое сопротивление материалов и защита от коррозии;
Материаловедение;
Пример вопросов входного контроля
1. Как определяют допускаемое напряжение?
2. Характеристика и основные свойства конструкционного материала
3. Назовите современные системы компьютерного конструирования
4. Какие алгоритмические языки программирования используются в технических
расчетах?
5. Какие виды защиты конструкционного материала Вы знаете?
Вопросы текущего и итогового контроля
Целью текущего контроля является проверка результатов самостоятельной работы студентов, по которой они отчитываются на практических занятиях, получая при этом допуск к техническим средствам, и результатов практических занятий по мере их выполнения.
Целью итогового контроля (экзамена) является проверка теоретических знаний по вопросам механического расчета элементов оборудования химических и смежных с ними производств.
Состав, периодичность, формы и способы контроля и оценки уровня знаний и умений,
приобретаемых и усваиваемых каждым студентом при изучении дисциплины в целом, определены
прилагаемым к программе рейтинг-листом.
Тестовые задания включают в себя набор из трех вопросов следующего списка:
1. Требования, предъявляемые к МАХП.
2. Стадии подготовки конструкторской документации.
3. Виды расчетов химического оборудования и их основные цели.
4. Основные элементы МАХП, их классификация.
5. Понятия: стандартизация, нормализация, унификация.
6. Рабочая и расчетная температура.
7. Рабочее, расчетное, условное и пробное давление.
8. Допускаемое напряжение: определение и свойства материалов, необходимые для его
расчета.
9. Расчетная и исполнительная толщина стенки.
10. Виды прибавок к расчетной толщине стенки.
11. Условие применения безмоментной (мембранной) теории.
12. Основные геометрические понятия оболочек вращения.
13. Основные уравнения безмоментной теории, их названия, физический смысл и практическое применение.
14. Причины появления краевых эффектов и распорной силы в моментной теории оболочек.
15. Что называют критическим давлением? Где оно используется.
16. Чему равны коэффициенты запаса устойчивости для рабочих условий и условий испытания.
17. Какие оболочки считают короткими, а какие длинными? Как находят границу раздела?
18. Какие нагрузки приводят к потере устойчивости оболочек. Как повышают устойчивость оболочек?
19. Каков характер изменения краевых напряжений? Изобразить эпюру.
20. Как составляют уравнение совместности деформаций при расчете сопряжений оболочек.
21. Условные прочности и допускаемое напряжение для краевой зоны.
22. Типы фланцев и область их применения.
23. По каким критериям проверяют надежность фланцевых соединений.
24. Типы уплотнений и прокладок, применяемых во фланцевых соединениях.
25. На чем основан вывод условия укрепления отверстий в оболочках?
26. Устойчивость оболочек и причины потери устойчивости. Условие устойчивости оболочек.
27. Способы укрепления отверстий в стенках оболочек.
28. Классификация пластинок.
29. Деформации и напряжения, возникающие в пластинках.
30. Порядок расчета круглых пластинок, нагруженных симметрично.
31. Особенности устройства толстостенных аппаратов. Области их применения.
32. Основные расчетные параметры толстостенных аппаратов и их определение.
33. Особенность расчета многослойных корпусов аппаратов высокого давления.
34. Дифференциальные уравнения для толстостенных аппаратов. Как их получают, какие
напряжения они связывают?
35. На чем основан вывод формулы для расчета меридионального напряжения в корпусе
толстостенного аппарата.
36. Влияние разности температур на напряжения в стенках толстостенных аппаратов.
37. Классификация механических колебаний.
38. Свободные колебания: графическое представление, основные параметры.
39. Вынужденные колебания: основные параметры, амплитудно-частотная характеристика.
40. Колебания валов: сущность явления самоцентрирования, условия виброустойчивости.
41. Критическая скорость вращающихся валов. Параметры, влияющие на критическую
скорость.
42. Быстро вращающиеся оболочки: классификация, способ расчета.
43. Особенности расчета перфорированного ротора центрифуги.
44. Расчет каркасных роторов центрифуг.
45. Способ вычисления напряжений в быстровращающихся дисках. Примерные эпюры
напряжений.
ОБРАЗЕЦ ЭКЗАМЕНАЦИОННОГО БИЛЕТА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт природных ресурсов
Кафедра Общей химической технологии
Утверждаю
Зав.кафедрой ОХТ ИПР
__________В.В.Коробочкин
"___"____________20__ г.
Экзаменационный билет № 9
по дисциплине:
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ ОТРАСЛИ
1. Расчетная и исполнительная толщина стенки.
2. По каким критериям проверяют надежность фланцевых соединений.
3. Вынужденные колебания: основные параметры, амплитудно-частотная характеристика.
4. Задача к билету №9
Составил
В.М. Беляев
Индивидуальные домашние задания
Для освоения теоретического материала программой дисциплины предусматривается решение 11 индивидуальных задач, охватывающих все разделы дисциплины. На решение каждой из
индивидуальных задач отводится в среднем по 8 часов самостоятельной работы студента. Планируемое время расходуется на практическое изучение теоретического материала с целью составления алгоритма и подготовки исходных данных для расчета. Непосредственное выполнение индивидуальных заданий (составление и отладка программ расчета на ЭВМ, распечатка программ и
результатов расчета) проводится при совместной работе с преподавателем во время практических
и лабораторных занятий.
Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на репродуктивном
уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на
вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение
проблем).
Промежуточная аттестация (экзамен) проводится в конце семестра также путем балльной
оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в течение недели,
месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются ниже, чем это установлено в
рейтинг-плане дисциплины.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Основная литература:



Беляев В. М., Миронов В. М. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли. Ч. I: Тонкостенные сосуды и аппараты химических производств: Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2011. – 168 с.
Беляев В.М., Миронов В.М. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли. Ч.2: Толстостенные сосуды и вращающиеся детали: Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск, 2012. - 168 с.
Беляев, Василий Михайлович Расчет и конструирование основного оборудования отрасли: учебное пособие / В. М. Беляев, В. М. Миронов; Томский политехнический университет (ТПУ), Институт дистанционного образования. —
Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 288 с.: ил.— Библиогр.: с. 280-282.
Дополнительная литература:
 Михалев М.Ф., Третьяков Н.П., Зобнин В.В. Расчет и конструирование машин и
аппаратов химических производств. Учебное пособие - М.: Машиностроение, 1984.
302 с.
 Лащинский А.А Конструирование сварных химических аппаратов. Справочник М.: Машиностроение, 1981. 382 с.
 Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. Учебник - М.: Машиностроение, 1973 328с.
 Кольман-Иванов Э.Э. Конструирование и расчет машин химических производств.
Учебник - М.: Машиностроение, 1985 406 с.
 Смирнов Г.Г. и др. Конструирование безопасных аппаратов для химических
нефтехимических производств - М.: Машиностроение, 1988. 303 с.
 Хисматулин Е.Р. и др. Сосуды и трубопроводы высокого давления. Справочник М.: Машиностроение, 1990. 384 с.
 Орлов П.И. Основы конструирования В 2-х книгах Справ. пособие - М.: Машиностроение, 1988. 554 с.
Программное обеспечение и Internet-ресурсы
Для организации самостоятельной работы студентов (выполнения индивидуальных домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки по лекционному материалу; подготовки к лабораторным занятиям, контрольным работам) преподавателями
кафедры (при участии студентов) разработаны следующие компьютерные программы и учебнометодические пособия:



Расчет фланцевых соединений аппаратов. Программа для ПЭВМ в среде MathCAD.
Расчет сопряжения тонкостенных оболочек. Программа для ПЭВМ в среде MathCAD.
Беляев В.М., Беляев М.В. Расчет на прочность оболочек, нагруженных внутренним
давлением. Программа для ПЭВМ в среде MathCAD.









Поверочный расчет укрепления взаимовлияющих отверстий. Программа для ПЭВМ в
среде MathCAD.
Расчет на прочность укрепления отверстий. Программа для ПЭВМ в среде MathCAD.
Расчет на прочность и устойчивость оболочек, нагруженных наружным давлением,
осевым сжимающим усилием, изгибающим моментом и поперечным усилием. Программа для ПЭВМ в среде MathCAD.
Расчет валов на прочность, жесткость и виброустойчивость. Программа для ПЭВМ в
среде MathCAD..
Расчет критических скоростей вращающегося вала. Программа для ПЭВМ в среде
MathCAD.
Расчет на прочность элементов аппарата высокого давления. Программа для ПЭВМ в
среде MathCAD.
Расчет быстровращающихся дисков методом прогонки. Программа для ПЭВМ в среде
MathCAD.
Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли. Ч. I: Тонкостенные сосуды и аппараты химических производств: Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск,
2010. – 168 с.
Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли. Ч.2: Толстостенные сосуды и вращающиеся детали: Учеб. пособие / Том. политех. ун-т. – Томск,, 2004. - 108
с.
Разработано около 25 вариантов индивидуальных домашних заданий. Каждый студент
имеет свой вариант домашнего задания
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№
п/п
1.
Наименование (компьютерные классы,
учебные лаборатории, оборудование)
Компьютерный класс (12 шт.)
Аудитория, количество установок
2 корпус, 127 ауд,
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями
ФГОС по направлению и профилю подготовки 241000 Энерго- и ресурсосберегающие процессы
в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии
Программа одобрена на заседании каф.ОХТ
(протокол №_8/14_от «_29_»_08_2014 г.)
Автор к.т.н, доцент В. М. Беляев_________________
Рецензент ____________________________