Главная
страница 1


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Механико-математический факультет

Кафедра математического моделирования в механике




УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе

______________ В.П. Гарькин

«____» ______________2010 г.



РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Механика хрупкого разрушения

Программа курса основной образовательной программы магистратуры 010900.68 Механика деформируемого твердого тела направления механика 010900 - Механика

Самара

2010 г.


Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования специальности 010900 – Механика (номер государственной регистрации 199ЕН/СП)
Составитель рабочей программы: к.ф.-м.н., доцент Степанова Лариса Валентиновна.

_________________________________________ к.ф.-м.н. Степанова Л.В.

Рецензент: _________________д.ф.-м.н., проф. Астафьев В.И.
Рабочая программа утверждена на заседании кафедры математического моделирования в механике (протокол № ___ от «__» ____________2010 г.)
Заведующий кафедрой

«____» _______________2010 г. ________________Н.И. Клюев


СОГЛАСОВАНО
Декан факультета

«____»_______________2010 г. _______________С.Я. Новиков


СОГЛАСОВАНО
Начальник методического отдела

«____»_______________2010 г. _________________Н.В. Соловова


ОДОБРЕНО
Председатель методической комиссии факультета

«____»_______________2010 г. ________________Е.Я. Горелова


1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины
1.1. Цели и задачи изучения дисциплины

Цель дисциплины – изучение фундаментальных понятий, концепций, моделей и методов механики хрупкого разрушения, знакомство с современными представлениями теории разрушения и теории магистральных трещин.

Задачи дисциплины:

  • ознакомить слушателей с ключевыми положениями, методами и результатами теорий прочности и разрушения твердых тел, с закономерностями процессов разрушения;

  • ознакомить слушателей с важнейшими понятиями математической теории механики разрушения;

  • ввести основные гипотезы линейной механики разрушения;

  • продемонстрировать основные методы и приемы решения прикладных задач;

  • ознакомить слушателей с экспериментальными методами в механике разрушения;

  • научить студентов умению самостоятельно работать со специальной математической литературой по механике трещин, добывать и осознанно применять полученные знания;

  • выработать у студентов навыки математического исследования прикладных задач механик хрупкого разрушения, интерпретации результатов исследования, доведения решения до практически приемлемого результата с применением вычислительной техники.


1.2. Требования к уровню подготовки студента, завершившего изучение данной дисциплины

В результате изучения дисциплины слушатели должны


Иметь представление:

  • о разрушении как о комплексной проблеме, лежащей на стыке физики твердого тела, механики сплошных сред и материаловедения;

  • о прочности материалов, о критериях разрушения материалов, о критериях длительной и усталостной прочности;

  • о накоплении повреждений при квазихрупком разрушении;

  • о хрупком разрушении и механике трещин, о простейших задачах о напряженном состоянии упругого тела с разрезами;

  • о теории Гриффитса;

  • о практическом применении механики трещин.

Знать:

  • основные результаты математической теории механики разрушения;

  • основные методы исследования задач механики разрушения;

  • основные результаты решений краевых задач теории трещин.

Уметь:

  • показать в "работе" математические методы их решения;

  • привести краткий анализ полученных результатов.


1.3. Связь с предшествующими дисциплинами
Дисциплина основывается на знаниях, полученных слушателями при изучении дисциплин «Механика сплошных сред», «Теория упругости», «Теория пластичности», «Численные методы», «Уравнения математической физики».
1.4. Связь с последующими дисциплинами
Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины «Механика хрупкого разрушения», используются слушателями при изучении обязательных и специальных дисциплин, при подготовке магистерской диссертации.

2. Содержание дисциплины
2.1. Объём дисциплины
Дневная форма обучения, 9-й семестр - экзамен.


Вид учебных занятий

Количество часов

Всего часов аудиторных занятий

28

Лекции

18

Практические занятия (семинары)

10

Всего часов самостоятельной работы

82

Подготовка к практическим занятиям

60

Подготовка к экзамену

22

Всего часов по дисциплине

110


2.2. Разделы дисциплины и виды занятий


п/п

Название раздела дисциплины

Количество часов

Лекции

Практические занятия

1

Теории прочности. Понятие о концентрации напряжений.

2

1

2

Линейная механика разрушения. Коэффициент интенсивности напряжений. Решение Уильямса. Простейшие задачи о напряженном состоянии упругого тела с трещиной.

4

1

3

Энергетический критерий разрушения. Силовой критерий разрушения. Эквивалентность силового и энергетического критериев разрушения. Поток энергии в вершину трещины.

2

1

4

Пространственные задачи механики разрушения. Напряженно-деформированное состояние окрестности вершины трещины. Эллиптическая трещина в бесконечном теле, нагруженном одноосным растяжением.

2

1

5

Узкая зона локализации пластических деформаций у вершины трещины нормального отрыва в условиях плоского напряженного состояния. Модель трещины Леонова – Панасюка – Дагдейла.

2

1

6

Инвариантный J-интеграл Эшелби-Черепанова-Райса.

2

1

7

Усталостное нагружение. Асимптотический анализ усталостного роста трещины в среде с поврежденностью.

2

1

8

Динамический рост трещины.

2

2


2.3. Лекционный курс

Тема 1. Введение. Теории прочности. Понятие о концентрации напряжений.

1.1. Предмет механики разрушения. Возникновение механики разрушения: причины и истоки. Теоретическая и реальная прочность твердых тел. Первая модель тела с трещиной. Катастрофические разрушения твердых тел 40 – 50 годов прошлого века.

1.2. Понятие о прочности твердых тел. Общие закономерности и основные типы разрушения. Виды дефектов в кристаллической решетке. Механизмы образования дислокационных микротрещин. Микромеханика. Феноменологические теории прочности. Критерии разрушения: деформационные, энергетические, энтропийный.

1.3. Всесторонне растяжение пластины с круговым отверстием. Одноосное растяжение пластины с круговым отверстием. Растяжение плоскости с эллиптическим отверстием. Концентрация напряжений в области сферической полости в поле чистого сдвига. Концентрация напряжений в области сферической полости в поле одноосного растяжения.

Тема 2. Линейная механика разрушения.

2.1. Полубесконечная трещина. Решение методом разложения по собственным функциям – решение Уильямса. Простейшие задачи о напряженном состоянии упругого тела с трещиной. Метод комплексных потенциалов. Метод конформных отображений для получения точных решений задач о трещине в линейно упругом материале. Три независимых типа трещин. Коэффициенты интенсивности напряжений. Коэффициент интенсивности напряжений и методы его расчета.

2.2. Энергетический критерий разрушения. Силовой критерий разрушения. Эквивалентность силового и энергетического критериев разрушения. Поток энергии в вершину трещины.

2.3. Концепция квазихрупкого разрушения. Поправка Ирвина на пластическую деформацию. Область применимости линейной механики разрушения.

2.4. Пространственные задачи механики разрушения. Напряженно-деформированное состояние окрестности вершины трещины. Эллиптическая трещина в бесконечном теле, нагруженном одноосным растяжением. Эллиптическая трещина в бесконечном теле при чистом изгибе. Метод объемных сил Эшелби в трехмерных задачах.

Тема 3.Разрушение упругопластических тел.

3.1. Влияние физической нелинейности (Сингулярное решение Хатчинсона-Райса-Розенгрена). Пластическая область в вершине трещины в упругопластическом материале.

3.2. Инвариантный J-интеграл Эшелби-Черепанова-Райса.

3.3.Локализованная пластичность. Трещина антиплоского сдвига в идеальнопластическом теле. Напряжения в окрестности вершины трещины нормального отрыва в условиях плоского деформированного и плоского напряженного состояния в идеально пластическом материале.

3.4. Узкая зона локализации пластических деформаций у вершины трещины нормального отрыва в условиях плоского напряженного состояния. Модель трещины Леонова – Панасюка – Дагдейла. Модификации модели Дагдейла. Разгрузка трещины Дагдейла. Повторное нагружение трещины Дагдейла.

Тема 4. Усталостное разрушение.

4.1. Особенности усталостного разрушения. Эксперименты Велера. Многоцикловая и малоцикловая усталость. Виды циклического нагружения при лабораторных испытаниях. Исследование скорости распространения усталостных трещин. Формула Париса. Усталостная долговечность. Пластические зоны у вершины трещины при перегрузке.

4.2. Асимптотический анализ усталостного роста трещины в среде с поврежденностью в связанной постановке (в связке упругость – поврежденность).

Тема 5.Динамический рост трещины.

5.1. Основные соотношения динамической теории упругости. Лавинное распространение трещин. Уравнение энергетического баланса. Поле в окрестности вершины распространяющейся трещины. Динамические коэффициенты интенсивности напряжений. Релеевская скорость как верхняя граница для скорости самопроизвольного распространения трещины.

5.2. Вычислительные методы в динамике разрушения. Вариационные методы, применяемые при исследовании развития трещины. Численное моделирование развития трещины. Применение интегралов, не зависящих от пути интегрирования.

2.4. Практические (семинарские) занятия



Номер раздела

Кол-во часов

Тема практического занятия

1

2

2

Простейшие задачи о напряженном состоянии упругого тела с трещиной. Метод комплексных потенциалов.

2

2

2

Метод конформных отображений для получения точных решений задач о трещине в линейно упругом материале.

3

2

2

Пространственные задачи механики разрушения. Напряженно-деформированное состояние окрестности вершины трещины. Эллиптическая трещина в бесконечном теле, нагруженном одноосным растяжением.

4

3

2

Влияние физической нелинейности (Сингулярное решение Хатчинсона-Райса-Розенгрена). Пластическая область в вершине трещины в упругопластическом материале.

5

3

2

Модель трещины Леонова – Панасюка – Дагдейла. Модификации модели Дагдейла. Разгрузка трещины Дагдейла. Повторное нагружение трещины Дагдейла.


2.5. Лабораторный практикум
Не предусмотрен.
3. Организация текущего и промежуточного контроля знаний
3.1. Контрольные работы


Тематика контрольной работы

Сроки проведения

Разделы и темы дисциплины

Итоговая контрольная работа

10-е занятие

1-5


3.2. Комплекты тестовых заданий
Тестирование по курсу не предусматривается.
3.3. Самостоятельная работа
3.3.1. Поддержка самостоятельной работы (сборники текстов, задач, упражнений и др.)
1. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения. М.: Физматлит, 2009. 336 с. (80 экз.).

2. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. Самара. Изд-во "Самарский университет". 2001. 632 с. (гриф. Минобразования).

3. Степанова Л.В., Федина М.Е. Связанные задачи теории ползучести и механики поврежденности. Самара. Изд-во "Самарский университет". 2006. 92 с. (60 экз.).

4. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Прикладные задачи механики Самара. Изд-во "Самарский университет". 1999. 195 с. (50 экз.).

5. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения. Самара: Издательство «Самарский университет», 2006. 232 с. (80 экз.).

3.3.2. Тематика рефератов

Теория разрушения Алана Гриффитса.

Критерии разрушения твердых тел.

Усталостное разрушение тел с трещинами. Малоцикловая и многоцикловая усталость.

Динамические задачи механики разрушения.

Трещины в дискретно-континуальной среде. Дискретные и гибридные модели механики разрушения.

Математическое представление трещины распределенными дислокациями.

Коэффициент интенсивности напряжений и методы его расчета.

Метод конечных элементов в механике разрушения.

Вычислительные методы в механике разрушения.

Вариационные принципы в механике разрушения.

Инвариантные интегралы механики разрушения.

Методы фотоупругости в приложении к задачам механики разрушения.

3.4. Курсовая работа, ее характеристика; примерная тематика
Курсовая работа по курсу не предусматривается.
Итоговый контроль проводится в виде экзамена в 9-ом семестре.
Экзамен ставится на основании владения лекционным курсом.
4.Технические средства обучения и контроля, использование ЭВМ
Для решения задач повышенной сложности используются ПЭВМ на базе процессора INTEL 586.
5. Активные методы обучения (деловые игры, научные проекты)
На практических занятиях часть решаемых задач носит проблемный характер и имеет научное значение.
6. Материальное обеспечение дисциплины
7. Литература

7.1. Основная литература



(Одновременно изучают дисциплину 10 человек)

1. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения. М.: Физматлит, 2009. 336 с. (80 экз).

2. Степанова Л.В., Федина М.Е. Связанные задачи теории ползучести и механики поврежденности. Самара: Изд-во «Самарский университет». 2006. 92 с. (60 экз.).

3. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения. Самара: Издательство «Самарский университет», 2006. 232 с. (80 экз.).

4. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. Самара.: Изд-во Самарский университет, 2001. 632 с. (гриф. Минобразования, 50 экз.)

5. Пестриков В.М., Морозов Е.М. Механика разрушения твердых тел. Санкт-Петербург. Изд-во «Профессия», 2002. 320 с. (25 экз.)

6. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения М.: Издательство ЛКИ, 2008. 456 с.

7. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Издательство ЛКИ, 2008. 256 c.



7.2. Дополнительная литература

1. Матвиенко Ю.Г., Модели и критерии механики разрушения. М.: Физматлит, 2006. 328 с.

2. Левин В.А., Морозов Е.М., Матвиенко Ю.Г. Избранные нелинейные задачи механики разрушения. М.: Физматлит, 2004. 408 с.

3. Аннин Б.Д., Черепанов Г.П. Упругопластическая задача. Новосибирск: Наука, 1983. 240 с.

4. Броек Д. Основы механики разрушения. М.: Высшая школа, 1980. 368 с.

5. Мирсалимов В.М. Неодномерные упругопластические задачи.М.: Наука, 1987. 256 с.

6. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения. М.: Металлургия, 1978. 256 с.

7. Плювинаж Г. Механика упругопластического разрушения. М.: Мир, 1993. 448 с.

8. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988. 712 с. (гриф. Минобразования)

9. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука, 1966. 752 с.

10. Работнов Ю.Н. Введение в механику разрушения. М.: Наука, 1987. 80 с.

12. Райс Дж. Математические методы в механике разрушения/Разрушение (под ред. Либовца Г.) Т.2. Математические основы теории разрушения. М.: Мир, 1975. С. 204-335.

12. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. II. М. Наука, 1994. 560 с. (гриф. Минобразования)

13. Сиратори М., Миеси Т., Мацусита Х. Вычислительная механика разрушения. М.: Мир, 1986. 334 с.

14. Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир, 1988. 364 с.

15. Слепян Л.И. Механика трещин. Л.: Судостроение, 1981. 296 с.

16. Албаут Г.Н. Нелинейная фотоупругость в приложении к задачам механики разрушения. Новосибирск: НГАСУ, 2002. 112 с.

17. Ботвина Л.Р. Разрушение. Кинетика, механизмы, общие закономерности. М.: Наука, 2008. 336 с.

18. Колесников Ю.В., Морозов Е.М. Механика контактного разрушения. М.: Издательство ЛКИ, 2007. 224 c.

19. Кукуджанов В.Н. Компьютерное моделирование деформирования, повреждаемости и разрушения неупругих материалов и конструкций. М.: МФТИ, 2008. 215 с.

20. Матвиенко Ю.Г. Физика и механика разрушения твердых тел. М.: Эдиториал УРСС, 2000. 76 с.

21. Миклашевич И.А. Микромеханика разрушения в обобщенных пространствах. Минск: Логвинов, 2003. 208 c.

22.Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Прикладные задачи механики разрушения. Самара: Изд-во Самарский университет, 1999. 195 с. (30 экз.)

23. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640 с. (1 экз.)

24. Керштейн И.М., Клюшников В.Д., Ломакин Е.В., Шестериков С.А. Основы экспериментальной механики разрушения. М.: Изд-во Московского университета, 1989. 140 с. (4 экз.)

25. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. М.: Наука, 1974. 312 с. (1 экз.)

26. Партон В.З., Морозов Е.М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1985. 504 с. (2 экз.)

7.3 Учебно-методические материалы по дисциплине

1. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения. М.: Физматлит, 2009. 336 с. (80 экз.).

2. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Нелинейная механика разрушения. Самара. Изд-во "Самарский университет". 2001. 632 с. (гриф. Минобразования).

3. Степанова Л.В., Федина М.Е. Связанные задачи теории ползучести и механики поврежденности. Самара. Изд-во "Самарский университет". 2006. 92 с. (60 экз.).

4. Астафьев В.И., Радаев Ю.Н., Степанова Л.В. Прикладные задачи механики Самара. Изд-во "Самарский университет". 1999. 195 с. (50 экз.).

5. Степанова Л.В. Математические методы механики разрушения. Самара: Издательство «Самарский университет», 2006. 232 с. (80 экз.).

ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ В РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

за _______/________ учебный год


В рабочую программу «Механика хрупкого разрушения» для специальности вносятся следующие дополнения и изменения:



Смотрите также:
Рабочая программа дисциплины механика хрупкого разрушения Программа курса основной образовательной программы магистратуры
134.71kb.
1 стр.
Рабочая программа дисциплины разрушение упруго-пластических тел Программа курса основной образовательной программы магистратуры
128.31kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины "механика контактного взаимодействия и разрушения" Цикл
107.74kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины "механика контактного взаимодействия и разрушения" Цикл
113.34kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины Литература Уровень основной образовательной программы базовый
421.15kb.
2 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины
140.3kb.
1 стр.
Рабочая программа дисциплины
643.49kb.
4 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины теоретическая механика Кафедра-разработчик Теоретическая механика
338.13kb.
4 стр.
Рабочая программа учебного предмета
581.58kb.
3 стр.
Программа по изобразительному искусству для 4 класса
193.73kb.
1 стр.
Рабочая программа учебной дисциплины " электрофизические основы техники высоких напряжений" Цикл
171.92kb.
1 стр.
Рабочая программа дисциплины «основы конструирования и надежности электронных средств» Направление подготовки специалиста
162.49kb.
1 стр.