Рабочая программа учебной дисциплины "Теоретическая механика. Дополнительные главы "

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ) ___________________________________________________________________________________________________________

·  использовать основные законы механики в профессиональной деятельности, применять методы математического и компьютерного моделирования в теоретических расчетно-экспериментальных исследованиях (ОК-10);

·  уметь использовать фундаментальные законы природы, законы естественнонаучных дисциплин и механики в процессе профессиональной деятельности (ОК-15);

·  самостоятельно пополнять свои знания, совершенствовать умения и навыки, самостоятельно приобретать и применять знания, развивать компетенции (ОК-16);

·  быть способным выявлять сущность научно-технических проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, и привлекать их для решения соответствующий физико-математический аппарат (ПК-1);

·  применять физико-математический аппарат, теоретические и экспериментальные методы исследований, методы математического и компьютерного моделирования в процессе профессиональной деятельности (ПК-2);

·  выполнять расчетно-экспериментальные работы и решать научно-технические задачи в области прикладной механики на основе достижений техники и технологий, классических и технических теорий и методов, физико-механических, математических и компьютерных моделей, обладающих высокой степенью адекватности реальным процессам, машинам и конструкциям (ПК-3).

Задачами дисциплины являются:

·  развитие у студентов навыков формирования расчетных моделей механических систем;

·  развитие у студентов навыков составления и исследования уравнений кинематики, статики и динамики механических систем;

·  развитие у студентов навыков исследования и анализа механических моделей реальных объектов в условиях широкого применения ЭВМ.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО

Дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла Б.3 основной образовательной программы подготовки бакалавров по профилю "Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры " направления 151600 «Прикладная механика». Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Высшая математика", "Информационные технологии". Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при изучении дисциплин "Сопротивление материалов", "Аналитическая динамика и теория колебаний", "Основы механики жидкости и газа", "Теория упругости", "Строительная механика машин" и «Динамика машин», а также при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

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

Знать:

·  основные источники научно-технической информации (книги, журналы, сайты Интернет) по общей и теоретической механике (ОК-12, ПК-3);

·  основные положения и методы теории управления и возможность применения этих знаний в профессиональной деятельности (ПК-1);

·  необходимый математический аппарат механики и современные методы компьютерного моделирования (ПК-2).

Уметь:

·  самостоятельно ставить цель исследования и определять пути её достижения (ОК-1);

·  использовать современные математические программные средства для решения фундаментальных и прикладных задач теоретической механики (ПК-16, ПК-17);

·  осуществлять поиск, анализировать научно-техническую информацию, выполнять научно-исследовательскую работу (ПК-3, ПК-4);

·  понимать и оценивать риски, связанные с профессиональной деятельностью (ОК-22).

Владеть:

·  навыками дискуссии по профессиональной тематике и терминологией в области теоретической механики (ОК-2);

·  современными методами численного моделирования в области механики (ПК-3, ПК-4);

·  навыками практического применения полученных знаний в профессиональной деятельности (ПК-12).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

4.1 Структура дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единицы, 180 часов.

4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения

4.2.1. Лекции:

1. Основы динамики

Аксиомы классической механики. Исходные положения динамики. Уравнения динамики свободной системы материальных точек. Связи и их классификация. Уравнения динамики несвободной системы материальных точек. Понятие о равновесии. Необходимые и достаточные условия равновесия системы материальных точек. Связь между понятиями равновесия и покоя. Работа сил. Виртуальные перемещения и виртуальная работа. Понятие об идеальных связях. Принцип виртуальных перемещений. Доказательство необходимости. Доказательство достаточности. Шесть необходимых условий равновесия системы материальных точек. Виртуальные перемещения абсолютно твердого тела. Внутренние связи в абсолютно твердом теле.

2. Статика

Необходимые и достаточные условия равновесия абсолютно твердого тела. Частные случаи равновесия абсолютно твердого тела (силы, сходящиеся в одной точке; система параллельных сил; плоская система сил). Равновесие абсолютно твердого тела под действием плоской системы сил. Частные случаи. Эквивалентные условия равновесия. Системы абсолютно твердых тел. Связи в системах твердых тел. Классификация систем абсолютно твердых тел. Типичные постановки задач статики. Методика определения реакций в системах абсолютно твердых тел. Балки и рамы. Определение реакций в балочных системах. Арки и определение реакций в арках. Фермы. Методы определения усилий в стержнях ферм. Методы вырезания узлов, проекций и моментных точек для определения усилий в стержнях ферм.

3. Аналитическая статика

Предмет аналитической механики. Число степеней свободы. Обобщенные координаты. Принцип виртуальных перемещений в обобщенных координатах. Обобщенные силы. Применение принципа виртуальных перемещений к простейшим механизмам. Применение принципа виртуальных перемещений к определению реакций и внутренних усилий в конструкциях.

4. Консервативные системы

Поле сил и силовая функция. Потенциальные (консервативные) силы. Работа и энергия потенциальных сил. Консервативные механические системы и условия их равновесия. Понятие об устойчивых и неустойчивых состояниях равновесия. Теорема Лагранжа-Дирихле об устойчивости состояний равновесия консервативных систем. Равновесие в однородном поле сил тяготения. Принцип Торричелли и его связь с теоремой Лагранжа-Дирихле.

5. Динамика систем материальных точек

Классификация задач динамики. Математическая постановка основной задачи динамики. Теорема Коши. Простейшие случаи интегрирования уравнений движения систем материальных точек. Силы, явно зависящие от времени. Понятие о первых интегралах движения и общих теоремах динамики. Обзор общих теорем динамики. Теорема о движении центра масс. Теорема об изменении количества движения (импульса) системы. Теорема о сохранении количества движения (импульса) системы. Теорема об изменении момента количества движения (кинетического момента, момента импульса) системы. Теорема о сохранении момента количества движения (кинетического момента, момента импульса) системы. Теорема об изменении кинетической энергии системы. Теорема о сохранении полной механической энергии системы (интеграл энергии). Принцип Даламбера. Применение принципа Даламбера к составлению уравнений движения. Примеры. Вариационный принцип Даламбера-Лагранжа. Общее уравнение динамики.

6. Динамика относительного движения

Уравнения динамики относительного движения. Принцип Даламбера для относительного движения. Эйлеровы силы инерции. Силы инерции Кориолиса. Действительная работа этих сил. Основные теоремы динамики относительного движения. Теоремы об изменении кинетического момента в движении относительно центра масс (первая и вторая теоремы Кенига). Теоремы о кинетической энергии в движении относительно центра масс (третья и четвертая теоремы Кенига).

7. Динамика твердого тела

Уравнения движения абсолютно твердого тела. Их вывод из вариационного принципа Даламбера-Лагранжа. Поступательное движение абсолютно твердого тела. Уравне­ния динамики поступательного движения абсолютно твердого тела. Плоско-параллельное движение абсолютно твердого тела. Уравнения динамики плоско-параллельного движения абсолютно твердого тела. Общие теоремы динамики в случае плоско-параллельного движения абсолютно твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения абсолютно твердого тела относительно неподвижной оси и его интегрирование. Полная система уравнений динамики вращательного движения абсолютно твердого тела относительно неподвижной оси. Определение динамических опорных реакций. Уравновешивание (балансировка) роторов. Условия стати­ческой балансировки роторов. Условие динамической балансировки. Движения абсолютно твердого тела с неподвижной точкой. Углы Эйлера в кинематике абсолютно твердого тела. Кинематические уравнения Эйлера. Кинетический момент абсолютно твердого тела с неподвижной точкой. Кинетическая энергия абсолютно твердого тела с неподвижной точкой. Динамические уравнения Эйлера. Полная система уравнений динамики абсолютно твердого тела с неподвижной точкой. Обзор интегрируемых случаев в динамике абсолютно твердого тела с неподвижной точкой (случаи Эйлера-Пуансо, Лагранжа-Пуансона, Софьи Ковалевской).

8. Теория гироскопов

Гироскопы и их свойства. Применение гироскопов в технике. Карданов шарнир (карданов подвес). Гироскоп Сперри. Приближенная формула для скорости круговой прецессии тяжелого гироскопа.

4.2.2. Практические занятия:

Равновесие твердого тела и систем твердых тел под действием плоской системы сил.

Определение усилия в стержнях плоских ферм.

Равновесие тел с учетом сил трения.

Равновесие твердого тела под действием пространственной системы сил.

Общие теоремы динамики.

Принцип Даламбера.

Общее уравнение динамики.

Динамика плоскопараллельного движения твердого тела

Теория гироскопов.

4.3. Лабораторные работы

Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетное задание

Расчетные задания учебным планом не предусмотрены.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы

Курсовой проект состоит из двух частей:

Часть 1. «Статика твердого тела и систем твердых тел»

Часть 2. «Динамика твердого тела»

Лекционные занятия проводятся в традиционной форме, а также с использованием презентаций.

Практические занятия проводятся в традиционной форме, а также в компьютерном классе, где студенты осваивают алгоритмизацию численных методов анализа статики и динамики механических систем.

Самостоятельная работа включает подготовку к тестам и контрольным работам, выполнение задания по курсовому проекту, подготовку к защите проекта, зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, устный опрос, контрольные работы.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как оценка на экзамене

В приложение к диплому вносится оценка за 2 семестр

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

7.1. Литература:

а) основная литература:

1.  , , Меркин теоретической механики. М.: Наука,

т.1, 19с.; т. 2, 19с.

2.  , Лурье теоретической механики. В 2-х томах. М.: Наука, т.1, 19с.; т. 2, 19с.

3.  Мещерский задач по теоретической механике. М.:Наука, 19с.

б) дополнительная литература:

1. , , Кельзон механика в примерах и задачах. М.: Наука, т.1, 19с.; т. 2, 19с.

2. Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. /Ред. совет: (пред.).

М.: Машиностроение. Колебания линейных систем. Т.1. /Под ред. . 19с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Программный комплекс «МАТЛАБ 2009», (Договор с №TY034154-M87 от 01.01.01 г.).

www. ; www. *****.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций лекций и показа учебных фильмов.

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

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой ДПМ им.

к. т.н., доцент