М2_В_ДВ_3_1_УМКД_Проблемы устойчивости оболочек

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный Контрольный экземпляр находится на кафедре
Антоненко С.В. номер
механики и математического моделирования
Лист
1 из 14
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
Инженерная школа
«СОГЛАСОВАНО»
Инженерная школа ДВФУ
(название Школы ДВФУ)
Руководитель ОП
Антоненко С.В..
(подпись)
(Ф.И.О. рук. ОП)
«02_»____09__________2012 г.
«02»___09_____________2012 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Проблемы устойчивости оболочек
151600.68 - Прикладная механика
Форма подготовки очная
Название Школы: Инженерная школа ДВФУ
Название кафедры: механики и математического моделирования
курс
1
семестр
1
лекции 14 (час.)
практические занятия 40 час.
лабораторные работы
час.
всего часов аудиторной нагрузки 54 час.
самостоятельная работа 54 час.
контрольные работы – не предусмотрены
зачет
1 семестр
экзамен - семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования № 540 от 9 ноября 2009 г.
Рабочая программа дисциплины обсуждена
моделирования «02» __09_________2012 г.
Заведующая кафедрой
Бочарова А.А
Составитель: Антоненко С.В.
на заседании кафедры механики и математического
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
I. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(и.о. фамилия)
II. Рабочая учебная программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20__ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __________________
(подпись)
(и.о. фамилия)
Лист
2 из 14
АННОТАЦИЯ
Учебная дисциплина «Проблемы устойчивости оболочек» разработана
для студентов 1 курса магистратуры по направлению 151600.68 «Прикладная
механика» в соответствии с требованиями ФГОС ВПО по данному
направлению. Она относится к вариативной части профессионального цикла.
Для изучения дисциплины необходимы знания в области высшей
математики, сопротивления материалов, теории упругости, механики
деформируемого твёрдого тела в объёме программы бакалавриата. При
изучении также требуются знания соответствующих разделов физики и
материаловедения.
Данная
учебная
дисциплина
может
изучаться
параллельно с «Механикой стержневых конструкций», однако последнюю
более рационально прослушать предварительно.
Дисциплина формирует общекультурные и общепрофессиональные
компетенции, необходимые для прохождения научно-исследовательской и
научно-производственной
практик,
освоения
других
модулей
профессионального цикла.
Целью освоения дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
является
ознакомление
студентов
с
теоретическими
основами
и
практическими методами решения инженерных и научно-исследовательских
задач расчёта и проектирования сложных инженерных сооружений.
Задачи:
1. Формирование и развитие представлений о соотношениях между
реальными объектами (инженерными сооружениями), их физическими и
математическими моделями.
2. Формирование и развитие представлений о погрешностях решения
математической задачи на компьютере и погрешностях расчёта реальной
конструкции.
3. Изучение методов расчёта пластин.
4. Изучение теории и методов расчёта оболочек.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
4 из 14
5. Овладение навыками решения задач статики пластин и оболочек и
анализа получаемых результатов.
В
результате
освоения
дисциплины
«Проблемы
устойчивости
оболочек» обучающийся должен:
Знать:
- основные термины теории оболочек;
- гипотезы Кирхгофа-Тимошенко, их суть и значение для разработки
инженерной теории оболочек;
- структуру и принципы составления системы уравнений механики
оболочек.
Освоить следующие компетенции:
- владеть основными знаниями и методами защиты производственного
персонала и населения от возможных последствий аварий, катастроф,
стихийных бедствий (ОК-9)
- уметь использовать полученные знания для аргументированного
обоснования своих решений с точки зрения безопасности (ОК-13)
- самостоятельно осваивать и применять современные теории, физикоматематические и вычислительные методы, новые системы компьютерной
математики и системы компьютерного проектирования и компьютерного
инжиниринга
(CAD/CAE-системы)
для
эффективного
решения
профессиональных задач (ПК-4)
-
самостоятельно
овладевать
современными
языками
программирования и разрабатывать оригинальные пакеты прикладных
программ и проводить с их помощью расчеты машин и приборов на
динамику и прочность, устойчивость, надежность, трение и износ для
специализированных задач прикладной механики (ПК-6)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
овладевать
-
новыми
современными
методами
и
Лист
5 из 14
средствами
проведения экспериментальных исследований по динамике и прочности,
устойчивости,
надежности,
трению
и
износу
машин
и
приборов;
обрабатывать, анализировать и обобщать результаты экспериментов (ПК-7)
принимать непосредственное
-
участие
в учебной
и
учебно-
методической работе кафедр и других учебных подразделений по профилю
направления, участвовать в разработке программ учебных дисциплин и
курсов (ПК-8)
разрабатывать
-
и
оптимизировать
современные
наукоемкие
технологии в различных областях приложения прикладной механики с
учетом экономических и экологических требований (ПК-10)
- самостоятельно адаптировать и внедрять современные наукоемкие
компьютерные
технологии
прикладной
механики
с
элементами
мультидисциплинарного анализа для решения сложных научно-технических
задач
создания
техники
нового
поколения:
машин,
конструкций,
композитных структур, сооружений, установок, агрегатов, оборудования,
приборов и аппаратуры (ПК-11)
- формулировать технические задания и применять программные
системы
компьютерного
проектирования
(CAD-системы)
в
процессе
конструирования деталей машин и элементов конструкций с учетом
обеспечения их прочности, жесткости, устойчивости, долговечности,
надежности
и
износостойкости,
готовить
необходимый
комплект
технической документации в соответствии с ЕСКД (ПК-12)
- разрабатывать технико-экономические обоснования проектируемых
машин и конструкций, составлять техническую документацию на проекты,
их элементы и сборочные единицы (ПК-14)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
6 из 14
- находить рациональные решения при создании конкурентоспособной
продукции с учетом требований прочности, жесткости, устойчивости,
долговечности, износостойкости, качества, стоимости, сроков исполнения и
безопасности жизнедеятельности (ПК-16)
- быть готовым к постоянному совершенствованию профессиональной
деятельности,
принимаемых
решений
и
разработок
в
направлении
повышения безопасности (ПК-17)
- владеть полным комплексом правовых и нормативных актов в сфере
безопасности,
относящихся
к
виду
и
объекту
профессиональной
деятельности (ПК-18)
- разрабатывать и реализовывать проекты по интеграции вузовской,
академической и отраслевой науки с целью коммерциализации и внедрения
инновационных
разработок
на
высокотехнологичных
промышленных
предприятиях, в НИИ и КБ (ПК-21)
-
участвовать
в
организации
и
проведении
инновационного
образовательного процесса (ПК-22)
- консультировать инженеров-расчетчиков, конструкторов, технологов
и других работников промышленных и научно-производственных фирм по
современным достижениям прикладной механики, по вопросам внедрения
наукоемких компьютерных технологий (CAD/CAE-систем) (ПК-23)
-
проводить
научно-технические
экспертизы
расчетных
и
экспериментальных работ в области прикладной механики, выполненных в
сторонних организациях (ПК-24)
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
7 из 14
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
I.
КУРСА (14 часов)
МОДУЛЬ 1. ТЕОРИЯ УСТОЙЧИВОСТИ ОБОЛОЧЕК (8 часов)
Раздел 1. Современное состояние теории устойчивости оболочек (4
часа)
Тема 1. Явление потери устойчивости конструктивных элементов
инженерных сооружений и машин (2 часа)
Основные
конструктивные
элементы
инженерных
сооружений.
Явление потери устойчивости. Разрушение инженерных сооружений и
машин из-за потери устойчивости. Потребность в теории устойчивости
оболочек в современное время.
Тема 2. Основные этапы развития теории устойчивости оболочек
(2 часа)
Первые исследования явления потери устойчивости оболочек. Работы
А. Маллока, М. Бресса, Р. Лоренца, С.П. Тимошенко. Исследования Т.
Картмана. Проблемы экспериментального подтверждения теории оболочек.
Раздел
2.
Высвобождение
потенциальной
энергии
деформированных элементов оболочки в процессе потери устойчивости
(4 часа)
Тема 1.
Механизм высвобождения и воздействия на оболочку
высвобождаемой
потенциальной
энергии
её
деформированных
элементов (2 часа)
Отличия процессов потери устойчивости у цилиндрических и
сферических оболочек. Особенности сжатия цилиндрических и сферических
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
оболочек.
Высвобождение
потенциальной
энергии
у
Лист
8 из 14
изотропных
и
ортотропных оболочек.
Тема 2. Уравнения теории устойчивости оболочек (2 часа)
Нелинейная теория оболочек. Критерий Эйлера. Основная и смежная
формы равновесия. Вывод уравнений устойчивости оболочек. Уравнения
равновесия, уравнения состояния и геометрические уравнения.
МОДУЛЬ
2.
КРАЕВЫЕ
УСЛОВИЯ
В
ЗАДАЧАХ
УСТОЙЧИВОСТИ ОБОЛОЧЕК ( 6 часов)
Раздел
1.
Пределы
применимости
уравнений
устойчивости
оболочек (2 часа)
Тема 1. Неизбежность высвобождения потенциальной энергии при
потере устойчивости оболочек (2 часа)
Интегрирование
дифференциальных
уравнений
устойчивости
оболочек. Условия механического взаимодействия оболочки с окружающей
средой. Краевые условия прикладной теории устойчивости. Высвобождение
потенциальной энергии в момент потери устойчивости оболочки
Раздел 2. Примеры решения задач устойчивости оболочек (4 часа)
Тема 1. Устойчивость пологих изотропных оболочек (2 часа)
Главная цель решения задач устойчивости оболочек. Определение
критической нагрузки. Решения уравнений устойчивости. Методы решения
уравнений устойчивости оболочек. Сопоставление полученных решений с
известными решениями классической теории устойчивости.
Тема 2. Устойчивость круговой цилиндрической оболочки (2 часа)
Цилиндрическая оболочка, сжатая боковым давлением. Критическая
величина осевого сжатия цилиндрической оболочки. Устойчивость круговой
цилиндрической оболочки при всестороннем давлении. Устойчивость
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
9 из 14
круговой конической оболочки. Устойчивость сферической оболочки при
всестороннем давлении.
II. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Практические занятия (40 час.)
Занятие 1. Расчёт цилиндрической и сферической оболочки по
безмоментной теории (4 часа)
Определение предельной глубины погружения оболочки типа корпуса
подводной лодки, выполненной из трёх материалов: высокопрочной
конструкционной стали, свариваемого алюминиево-магниевого сплава и
титанового сплава при заданном соотношении массы оболочки и силы её
плавучести; обсуждение результатов.
Расчёт напряжений и деформаций в стальной сферической оболочке
заданных
размеров
при
заданной
глубине
погружения;
обсуждение
результатов.
Занятие 2. Расчёт цилиндрической и сферической оболочки по
формулам теории упругости (Ламе) (4 часа) (групповая консультация)
Расчёт напряжений и деформаций в толстой цилиндрической и
сферической оболочке при действии наружного и внутреннего давления по
точным формулам теории упругости при различных относительных
толщинах; обсуждение результатов.
Занятие 3. Цилиндрический изгиб пластины (4 часа) (групповая
консультация)
Расчёт цилиндрического изгиба тонкой пластины, загруженной
равномерно
распределённой
поперечной
нагрузкой,
при
шарнирном
опирании вдоль продольных кромок. То же при жёсткой заделке кромок.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
10 из 14
Занятие 4. Цилиндрический изгиб пластины (4 часа) (групповая
консультация)
Расчёт цилиндрического изгиба тонкой пластины, загруженной
равномерно распределённой поперечной нагрузкой, при упругой заделке
кромок. То же при малом смещении кромки. Расчёт пластины, имеющей
малую начальную кривизну.
Занятие 5. Расчёт жёстких пластин (4 часа)
Расчёт напряжений в короткой жёсткой пластине, загруженной
поперечной нагрузкой, с использованием известных решений.
Занятие
6.
Устойчивость
пластин
(6
часов)
(групповая
консультация)
Расчёт эйлеровых напряжений для пластины, свободно опёртой по
контуру и загруженной сжимающими усилиями вдоль короткой стороны. То
же вдоль длинной стороны. То же при сдвиге.
Занятие 7. Расчёт пластин после потери устойчивости (4 часа)
Расчёт предельного изгибающего момента для тонкостенной балки,
подкреплённой набором (типа поперечного сечения корпуса судна) с учётом
редуцирования пластин, теряющих устойчивость.
Занятие
8.
Расчёт
конической
оболочки
на
действие
распределённой нагрузки и сосредоточенной силы (6 часов)
Расчёт конической оболочки на внутреннее давление, на действие
силы, направленной вдоль оси, перпендикулярно оси, вдоль образующей и
произвольно направленной.
Занятие 9. Заключительное занятие (4 часа)
Рассмотрение и обсуждение результатов индивидуальных заданий.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
11 из 14
III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Вопросы к зачёту
1. Основные положения и допущения теории изгиба пластин.
Классификация пластин.
2. Проблема моделирования в науке.
3. Дифференциальное уравнение цилиндрического изгиба пластины.
Цилиндрическая жёсткость пластины.
4. Появление усилий распора при поперечном изгибе гибких пластин.
Влияние условий закрепления.
5. Особенности цилиндрического изгиба пластин при наличии малого
смещения кромки, малой начальной кривизны, упругого основания.
6. Геометрия слабо изогнутой пластины; основные понятия и
определения.
7. Усилия и напряжения в изогнутой пластине, их связь с
деформациями пластины.
8. Принципы определения энергии деформации изогнутой пластины.
9. Принципы расчёта жёстких пластин.
10. Устойчивость пластин. Влияние направления нагрузки и условий
закрепления. Принципы подкрепления пластин балками набора.
11. Особенности работы пластин после потери ими устойчивости.
Принципы расчёта конструкций с такими пластинами. Понятие о жёстких
поясках пластин и редуцировании пластин.
12. Основные определения и положения теории оболочек.
13. Общие понятия о геометрии оболочек.
14. Физические основы теории оболочек.
15. Гипотезы технической теории оболочек.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
12 из 14
16. Состав и структура уравнений механики деформируемого твёрдого
тела.
17. Анизотропные
и
изотропные
материалы
и
конструкции,
особенности их свойств.
IV. ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
Курсовые работы и рефераты учебным планом не предусмотрены.
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Пикуль В.В. Механика оболочек. - Владивосток: Дальнаука, 2009. –
536 с.
2. Пикуль В.В. Современные проблемы науки в области прикладной
механики: Учебник: В 2 ч. Ч. 2. Механика оболочек. - Владивосток: Изд-во
ДВГТУ, 2005. – 524 с.
3. Пикуль В.В. Современные проблемы науки в области прикладной
механики: Учебник: В 2 ч. Ч. 1. Механика деформируемого твёрдого тела. Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2003. – 263 с.
4. Жилин П. А. Прикладная механика. Основы теории оболочек. Уч.
пособие. СПб: Политехнический университет – 2006 г. - 167 с.
5. Тарануха Н.А., Журбин О.В. Математическое моделирование
колебаний
сложных
оболочек.
Гидроупругая
постановка
с
учётом
сопротивления. – Владивосток: Дальнаука, 2008. – 253 с.
6. Еремеев В.А. Механика упругих оболочек. Издательство: Наука-М –
2008 г. - 280 с.
7. Голушко С.К. Прямые и обратные задачи механики упругих
композитных пластин и оболочек. Издательство: Физматлит – 2008 г. - 432 с.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
13 из 14
Дополнительная литература
1.
Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин. М.:
Машиностроение, 1973. – 456 с.
2. Горбачёв К.П. Техническая теория тонких пластин и пологих
оболочек. Владивосток: Изд-во ДВГУ, 1985. – 164 с.
3. Искрицкий Д.Е. Строительная механика элементов машин. Л.:
Судостроение, 1970. – 448 с.
4. Ионов В.Н., Огибалов П.М. Прочность пространственных элементов
конструкций. М.: Высшая школа, 1972. – 752 с.
5. Короткин Я.И., Локшин А.З., Сиверс Н.Л. Изгиб и устойчивость
пластин и цилиндрических оболочек. Л.: Судпромгиз, 1955. – 308 с.
6.
Новожилов
В.В.
Вопросы
механики
сплошной
среды.
Л.:
Судостроение, 1989. – 400 с.
7. Строительная механика корабля и теория упругости: Учеб. для
вузов: В 2 т. – Л.: Судостроение,. Т. 2: Постнов В.А., Ростовцев Д.М., Суслов
В.П., Кочанов Ю.П. Изгиб и устойчивость стержней, стержневых систем,
пластин и оболочек. 1987. – 416 с.
8. Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. М.:
Физматгиз, 1963. – 636 с.
9. Чувиковский В.С., Палий О.М., Спиро В.Е. Оболочки судовых
конструкций (Новые методы решения линейных и нелинейных задач). Л.:
Судостроение, 1966. – 184 с.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Проблемы устойчивости оболочек»
Разработал:
Идентификационный
Контрольный экземпляр находится на
Антоненко С.В. номер УМКД_21(54)_
кафедре механики и математического
151600.68_М2.В.ДВ.3-2012 моделирования
Лист
14 из 14
Интернет-ресурсы
1. Карпов В.В., Баранова Д.А., Беркалиев Р.Т. Программный комплекс
исследования устойчивости оболочек. - СПб.: СПбГАСУ, 2009. - 104 с.
http://window.edu.ru/resource/221/67221
2. Карпов
В.В.,
Сальников
А.Ю.
Вариационные
методы
и
вариационные принципы механики при расчете строительных конструкций:
учебное
пособие.
-
СПб.:
СПбГАСУ,
2009.
75
-
с.
http://window.edu.ru/resource/222/67222
3. Егодуров Г.С., Бохоева Л.А., Зангеев Б.И., Бальжанов Д.Ц.
Руководство к решению задач по механике материалов и конструкций.
Учебное
пособие.
-
Улан-Удэ:
http://window.edu.ru/resource/754/18754
Изд-во
ВСГТУ,
2005.
-
299
с.