МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

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


Направление подготовки: 221000 – Мехатроника и робототехника

Магистерская программа: Разработка компьютерных технологий управления и математического моделирования в робототехнике и мехатронике

Квалификация (степень) выпускника: магистр

Форма обучения: очная


РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

"МЕХАНИКА КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И РАЗРУШЕНИЯ"

Цикл:	профессиональный
Часть цикла:	по выбору
№ дисциплины по учебному плану:	М 2.8.2
Часов (всего) по учебному плану:	180
Трудоёмкость в зачётных единицах:	5	10 семестр
Лекции	36 час	10 семестр
Практические занятия	36 час	10 семестр
Лабораторные работы	Не предусмотрены
Расчётные задания, рефераты	Не предусмотрены
Объём самостоятельной работы по учебному плану (всего)	108 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 основной образовательной программы подготовки магистров по магистерской программе “Разработка ком­пью­тер­ных технологий управления и математического моделирования в робототехнике и мехатронике” направления 221000 “Ме­ха­троника и робототехника” и является дисциплиной по выбору студента.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах, изучаемых в бакалавриате: “Высшая математика”, “Сопротивление материалов”, “Вычислительная механика”, “Вычис­лительные методы компьютерного моделирования в механике”, а также на изучаемой в магистратуре дисциплине “Математические модели локомоционных и манипуляционных роботов”.

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

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 трудоёмкость дисциплины составляет 5 зачётных единиц, 180 часов.

№ п/п	Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации (по семестрам)	Всего часов на раздел	Семестр	Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоёмкость (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	36	10	8	8		20	Устный опрос
2	Основы теории квази- ­хрупкого разрушения	64	10	14	14		36	Устный опрос
3	Экспериментальные методы в механике разрушения	60	10	14	14		32	Контрольная работа
	Зачёт	2	10	--	--	--	2	Защита реферата
	Экзамен	18	10	--	--	--	18	Устный
	Итого:	180		36	36		108

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. Интерпретация 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 окрестности 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 для 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. Расчётные 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, зачёту 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 – зачёт, экзамен.

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

В приложение к диплому выносится оценка экзамена за второй семестр.

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.
   

б) 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 наличие учебных аудиторий для проведения лекций и практических занятий, а также компьютерного класса.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по направлению подготовки 221000 “Мехатроника и робототехника”.
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к.т.н., доцент Щугорев В.Н.


"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой динамики и прочности машин

к.т.н., доцент Кузнецов С.Ф.