Особенности проведения проверочных расчетов на прочность элементов конструкций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности проведения проверочных расчетов на прочность элементов конструкций

Киселев Вячеслав Валерьевич, доцент

Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

В докладе приведены некоторые особенности организации и проведения занятий по Сопротивлению материалов на тему, касающуюся методики определения прочностных свойств элементов конструкций при простых видах деформирования. Даны рекомендации для объяснения данного учебного вопроса для обучающихся.

Согласно действующим образовательным программам высшего образования в образовательных организациях высшего образования технического профиля предусмотрено изучение различных общепрофессиональных дисциплин, в том числе и таких дисциплин, как «Механика», «Прикладная механика». Одним из изучаемых разделов этих дисциплин является «Сопротивление материалов». Сопротивление материалов является наукой о прочности элементов конструкций и деталей машин. Именно поэтому одним из основных типов расчетов в Сопротивление материалов является проверочный расчет на прочность.

При объяснении этого термина следует обратить особое внимание обучающихся, поскольку, не усвоив его, велика вероятность того, что и весь раздел «Сопротивление материалов» не отложится в памяти обучающегося, таким образом, это отложит свой негативный отпечаток на неполное формирование некоторых профессиональных компетенций, связанных с данной дисциплиной.

При объяснении понятия прочностных расчетов следует четко разграничить виды деформаций, в условиях которых осуществляется расчет. Как известно оценка прочности элемента конструкции или детали при растяжении несколько отличается от расчета на прочность при кручении и при изгибе.

Методически оправданной будет, если преподаватель первым в тематическом плане предусмотрит изучение вопросов прочности при растяжении и сжатии. Эти две деформации схожи между собой. И в случае растяжения и в случае сжатия детали в ее поперечном сечении образуются нормальные напряжения, которые прямо пропорциональны величине внутренней продольной силы (растягивающей или сжимающей) и обратно пропорциональны площади поперечного сечения детали. Здесь наиболее важным является объяснения обучающемуся понятия внутренней продольной силы. Целесообразно в ходе объяснения привести какие-либо примеры. Например, взять трос и подвесить на нем два груза в различных местах. Обучающиеся очень быстро разберутся, где создается наибольшее напряжении и вследствие чего оно создается. Таким образом, должно отложиться понятие о том, что внутренняя продольная сила -- есть результат суммарного действия на объект исследования внешних сил. В практике объяснения этого понятия также не всегда удается донести до каждого студента вопрос о нахождении наиболее опасного участка исследуемого объекта. В случае, когда на объект действуют только растягивающие или только сжимающие силы, все просто, а когда силы разнонаправленные, то тут могут возникнуть сложности. В этих случаях каждый преподаватель выбирает ту методику объяснения, которая будет наилучшим образом понятная и доступна аудитории. Иногда можно отступить от научной терминологии при объяснении этого вопроса.

Следующей частой ошибкой при проведении проверочных расчетов на прочность является несоблюдении размерности рассчитываемых величин. Во многих учебных задачах значение нагрузок, действующих на объект расчета, задается в тоннах или килограммах, или в килоньютонах и так далее, а значение площади поперечного сечения детали может задаваться в квадратных сантиметрах, квадратных дециметрах. При объяснении этого вопроса обучающимся рекомендуется в практике проведения прочностных расчетов использовать в качестве единиц измерения силовых величин ньютоны, а площадей -- квадратные миллиметры. Таким образом, при соотношении этих размерностей величина нормального напряжения будет определяться в мега Паскалях. Данная размерность в лучшей степени будет характеризовать показатель прочности материала исследуемой детали или элемента конструкции, поскольку во многих справочниках приводится величина допускаемого нормального напряжения именно в мега Паскалях.

В некоторой степени, проще обстоят дела с проведением прочностных расчетов элементов конструкций круглого сечения на кручение. На наш взгляд, исходя из практики преподавания раздела «Сопротивление материалов», обучающиеся лучше усваивают методику определения наиболее опасного сечения элемента конструкции круглого сечения, нагруженного крутящими моментами. В случае действия на объект исследования нескольких разнонаправленных крутящих моментов, рекомендуется построить эпюру внутренних крутящих моментов, на которой сразу становится очевидным, какой участок в большей степени подвергнут нагружению. При объяснении деформации кручения обучающиеся недопонимают, почему здесь прочность оценивают по величине касательного напряжения, а не нормального как в случае с растяжением или сжатием детали. На этом моменте также следует преподавателю остановиться подробней и донести до каждого обучающегося отличие понятий нормальных и касательных напряжений.

Сложней всего обстоят дела с объяснением методики оценки прочности балок при изгибе. Как известно, при прямом изгибе в сечении балки возникают как нормальные, так и касательные напряжения. Учет их совместного влияния на прочность создает, иногда, трудности среди обучающихся. В практике проведения упрощенных расчетов на прочность при изгибе чаще всего величиной касательного напряжения пренебрегают. Расчет на прочность выполняют по нормальным напряжениям. Для определения наиболее опасного сечения балки в обязательном порядке должна объясняться методика построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов. Без графических построений этих внутренних силовых факторов часто становится невозможным быстро и правильно определить наиболее нагруженный участок балки.

В результате проведенных расчетов по определению величин напряжений в опасных участках исследуемых объектов при различных видах деформаций важно научить обучающегося правильно проанализировать полученные результаты.

Нужно довести до обучающегося, что одним из факторов, определяющих прочность объекта, является вид его материала. Для каждого вида материала соответствует свое напряжение.

Таким образом, учитывая все возможные факторы, влияющие на прочностные свойства объекта, и знание методики проведения расчета, обучающиеся смогут эффективно решать такую задачу, как оценка прочности элементов конструкций при различных видах деформаций.

конструкция прочностный кручение изгиб

Список литературы

1. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Высшая школа, 2001.

2. Яблонский А.А., Никифорова В.М. Курс теоретической механики. - СПб.: Лань, 2002.

3. Воронков И.М. Курс теоретической механики. - М.: Наука, 1966.

4. Гернет М.М. Курс теоретической механики. - М.: Высшая школа, 1987.

Размещено на Allbest.ru