МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ)
___________________________________________________________________________________________________________


Направление подготовки: 151600 Прикладная механика

Профиль(и) подготовки: Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"МЕХАНИКА КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РАЗРУШЕНИЯ"

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	вариативная
№ дисциплины по учебному плану:	М2.3
Часов (всего) по учебному плану:	108
Трудоемкость в зачетных единицах:	3	10 семестр
Лекции	36 час	10 семестр
Практические занятия	36 час	10 семестр
Лабораторные работы	Не предусмотрены
Расчетные задания, рефераты	Не предусмотрены
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего)	36 час	10 семестр
Экзамены		10 семестр
Курсовые проекты (работы)	Не предусмотрены

Москва - 2011

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью дисциплины является изучение основных положений, моделей и методов механики контактного взаимодействия и разрушения, необходимых в профессиональной деятельности по выбранному профилю.

По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:

• 
  правильно воспринимать, анализировать и обобщать исходную информацию, ставить цель и находить пути её достижения (ОК-1);
  
• 
  осознавать социальную значимость своей профессии (ОК-7);
  
• 
  анализировать и критически оценивать риски в своей предметной области, связанные с проблемами экологии и безопасности (ОК-12).
  

Задачами дисциплины являются

• 
  познакомить обучающихся с основными положениями механики контактного взаимодействия и разрушения;
  
• 
  научить обоснованно применять модели и методы механики контактного взаимодействия и разрушения к прикладным задачам статики и динамики;
  
• 
  познакомить обучающихся с методами численного решения задач механики контактного взаимодействия и разрушения, реализованными в современных математических программных комплексах.
  

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла M.2 основной образовательной программы подготовки магистров по профилю «Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры» направления 151600 Прикладная механика.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Информационные технологии», «Высшая математика», «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг», «Теория пластичности и ползучести».

Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

• 
  основные положения и методы механики контактного взаимодействия и разрушения, возможность применения этих знаний в профессиональной деятельности с привлечением необходимого физико-математического аппарата (ПК-1);
  
• 
  современные тенденции развития механики контактного взаимодействия и разрушения, новейшие математические модели и вычислительные методы решения нелинейных задач (ПК-2);
  

Уметь:

• 
  критически анализировать современные проблемы механики контактного взаимодействия и разрушения с учетом мировых тенденций развития вычислительных технологий, самостоятельно ставить цель исследования и определять пути её достижения (ПК-3);
  
• 
  использовать современные математические программные средства, в том числе компьютерной математики, для решения прикладных задач механики контактного взаимодействия и разрушения (ПК-4);
  
• 
  самостоятельно разрабатывать математические и компьютерные модели технических объектов и процессов (ПК-5).
  

Владеть:

• 
  навыками программирования на языке программного комплекса MathLab, MathCad, Visio для проведения расчетов и визуализации получаемых результатов. (ПК-6).
  

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)				Формы текущего контроля успеваемости (по разделам)
				лк	пр	лаб	сам.
1	2	3	4	5	6	7	8	9
1	Введение в механику контактного взаимодействия и разрушения.	20	10	8	8		4	Устный опрос
2	Основы теории квазихрупкого разрушения.	34	10	14	14		6	Устный опрос
3	Экспериментальные методы в механике разрушения	34	10	14	14		6	Контрольная работа
	Зачет	2	10	--	--	--	2	Защита реферата
	Экзамен	18	10	--	--	--	18	Устный
	Итого:	108		36	36		36

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции
1. Введение в механику контактного взаимодействия и разрушения. (8)

1.1. Связь механики разрушения с физикой твёрдого тела. Особенности подхода к проблемам разрушения с точки зрения механики.

1.2. . Место эксперимента в механике разрушения. Обзор основных проблем механики разрушения. Квазихрупкое разрушение. Вязкое разрушение. Длительная прочность и разрушение при повышенных температурах. Разрушение при циклических нагрузках. Влияние окружающей среды на прочность и характер разрушения.

1.3. Феноменологические теории прочности. Предельные поверхности в пространстве напряжений и их свойства.

1.4. Связь с критериями текучести в теории пластичности. Предельные поверхности для анизотропных материалов. Планирование экспериментов по построению предельных поверхностей.

1.5. Оценка минимального количества опытов. Выбор образцов и схем нагружения. Интерпритация опытных данных.

2. Основы теории квазихрупкого разрушения. (14)

2.1. Концепция Гриффитса-Ирвина в теории разрушения. Энергетическое условие устойчивости равновесной трещины. Поверхностная энергия твёрдого тела. Условие Гриффитса.

2.2. Задачи теории упругости, связанные с теорией квазихрупкого разрушения. Распределение напряжений в окресности трещин. Изотропное упругое тело, плоская задача. 2.3. Распределение трещин при кручении, изгибе и сдвиге. Распределение напряжений около дисковой щели. Коэффициенты интенсивности напряжений.

2.4. Численные методы определения коэффициентов интенсивности напряжений. Особенности решения задач линейной механики разрушения по методу конечных элементов. Алгоритмизация расчётов для определения коэффициентов интенсивности напряжений на ЭВМ.

2.5. Развитие и обобщение теории Гриффитса-Ирвина. Модель Леонова-Панасюка-Дагдейла. Учёт пластических деформаций у края трещины.

2.6. Приложение теории квазихрупкого разрушения для оценки сопротивления конструкционных материалов при наличии трещин.

3. Экспериментальные методы в механике разрушения. (14)

3.1. Масштабный эффект прочности и физическая природа его происхождения. Проблема переноса результатов испытаний малых образцов и моделей на натуральные изделия.

3.2. Планирование экспериментов по определению характеристик трещиностойкости материала при статическом и динамическом нагружении. Прямые и косвенные методы испытаний. Выбор образцов и схем нагружения.

3.3. Технические нормы на проведение испытаний. Неразрушающие методы дефектоскопии. Дефектоскопия как способ повышения безопасности инженерных систем. Экспериментальные методы динамической механики разрушения.

4.2.2. Практические занятия

Критерии разрушения при квазистатическом нагружении. Предельное равновесие трещин при сложном напряженном состоянии. Уравнения роста трещин при циклических и длительно действующих нагрузках. Экспериментальная проверка формулы Гриффитса.

Определение направления роста косой трещины в пластине при одноосном растяжении.

Исследование поля напряжений вблизи вершины трещины поляризационно-оптическим методом. Стандартный метод определения критических значений коэффициентов интенсивности напряжений конструкционных материалов. Определение интенсивности высвобождения энергии методом измерения податливостей. Определение критических значений J-интеграла. Определение удельной работы разрушения слоистых композитов.

Определение параметров энергетического критерия разрушения композитов при сложном нагружении. Разрушение конструкций с применением локальных критериев разрушения.

Предельное равновесие трещин при сложном напряженном состоянии. Рост трещин при циклических и длительно действующих нагрузках в конструкциях. Оценка ресурса конструкций. Исследование разрушения конструкций с применением МКЭ.

4.3. Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены
4.4. Расчетные задания учебным планом не предусмотрены
4.5. Курсовые проекты учебным планом не предусмотрены
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме.

Практические занятия проводятся в традиционной форме.

Самостоятельная работа включает подготовку к контрольным работам, зачету и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются контрольные работы и устный опрос.

Аттестация по дисциплине – экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как среднеарифметическая оценка по контрольным работам, выполненным в течение семестра и оценки за экзамен.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература

а) основная литература:

1. 
   Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. М.: Мир, 1970. 444 с.
   
2. 
   Нарисава И. Прочность полимерных материалов. М: Химия, 1987, 399 с.
   
3. 
   Хеллан К. Введение в механику разрушения. М.: Мир,1988, 364 с.
   
4. 
   Плювинаж Г. Механика упруго-пластического разрушения. М.: Мир, 1993,448 с.
   
5. 
   Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989,510 с.
   

а) дополнительная литература:

1. 
   Кауш Г. Разрушение полимеров. М.: Мир, 1981. 440 с.
   
2. 
   Вычислительные методы в механике разрушения. /Под ред. С. Атлури. М.: Мир, 1990, 392 с.
   
3. 
   Кузнецов С.Ф., Мурзаханов Г.Х. Математическое моделирование процессов разрушения. М.: Моск. энерг. ин-т, 1989, 100 с.
   
4. 
   Мурзаханов Г.Х., Щугорев В.Н. Экспериментальная механика. М.: Моск. энерг. ин-т, 2001, 49 с.
   

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Учебные версии программных комплексов ANSYS, MATHCAD, MAPLE.

Профессиональные версии программных комплексов MATLAB, MICROFE, GRAPHER, SURFER. FORTRAN

www.matworks.com; www.exponenta.ru.
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо выделить часы для работы студентов в компьютерном классе.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 151600 «Прикладная механика» и профилю Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры.

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Щугорев В.Н.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой

к.т.н., доцент Кузнецов С.Ф.