Министерство образования и науки Донецкой Народной Республики
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«КОМСОМОЛЬСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА
открытого занятия по теме:
Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов
по дисциплине: Техническая механика
специальность: 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования»
2016
Методическая разработка открытого занятия по дисциплине «Техническая механика». Подготовил Винокурова Ю.Ю. – преподаватель квалификационной категории «специалист» Комсомольского индустриального техникума - 2016.
Методическая разработка представляет собой комплект материалов, содержащих организационно – плановую часть, позволяющую подготовить и провести занятие с использованием современных средств обучения. Информационные материалы, позволяющие получить необходимые знания на уровне заявленных компетенций и методика объективного оценивания уровня усвоения полученных студентами знаний.
Для преподавателей дисциплины «Техническая механика» техникумов.
Рецензенты:
1. Ларионов О.Ф. – преподаватель первой категории Комсомольского индустриального техникума
2. Винокуров Н.Н. –преподаватель второй категории Комсомольского индустриального техникума
Рассмотрено и рекомендовано на
заседании цикловой комиссии
горно-электромеханических дисциплин
Протокол № от
Председатель цикловой комиссии Г.М. Поляков
Содержание
1
Введение
4 стр.
2
План учебного занятия
5 стр.
3
Ход занятия
6 стр.
4
Заключение
26 стр.
5
Список использованной литературы
27 стр.
Приложение 1
28 стр.
Приложение 2.
29 стр.
Введение Выпускаемые в настоящее время изделия работают в очень тяжелых эксплуатационных условиях. Обслуживание и ремонт изделий требуют твёрдых знаний от специалистов в области определения нагрузок, пределов и запаса прочности материалов, правильного выбора деталей при их замене, что будет способствовать повышению качества обслуживания и ремонта и увеличения ресурса работы машин и механизмов.
Методическая разработка учебного занятия на тему «Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов» по дисциплине ОП. 04 «Техническая механика» предназначена для студентов 2 курса, специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования».
Актуальность выбранной темы обусловлена тем, что данные понятия и методы позволяют сформировать у студентов опорную базу для дальнейшего продуктивного изучения целого ряда технических дисциплин, таких как: Детали машин, Монтаж и ремонт горного оборудования, Эксплуатация стационарных установок.
В ходе учебного занятия предусматривается использование:
компьютерных и мультимедийных технологий;
мультимедийного проектора;
ноутбука;
объяснительно-иллюстративного, репродуктивного, частично-поискового методов обучения;
раздаточных материалов.
В ходе изучения темы «Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов» у обучающихся должны быть сформированы следующие компетенции:
профессиональные: прогнозирование отказов, определение ресурсов, обнаружение дефектов электробытовой техники;
общие:
умение принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность;
умение осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития;
использование информационно-коммуникационных технологий в профессиональной деятельности.
Данное занятие способствует формированию навыков работы в коллективе, работы со справочной литературой, развитию творческого и логического мышления, умению самостоятельно принимать решения, формированию практических навыков при выполнении расчетных заданий, воспитанию чувства ответственности к выполнению профессиональных обязанностей.
ПЛАН УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ
по дисциплине: ОП. 04 «Техническая механика»
для группы ТЭЭО-14 2 курса по специальности 13.02.11 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования».
Дата проведения: ________________.
Количество студентов: по списку_____, присутствовало _____.
Тема занятия: Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Цели:
методическая: Усовершенствование методики изучения нового материала.
дидактическая: Ознакомить студентов с основными понятиями и определениями, изучить методы расчета и проверки балок на прочность.
развивающая: развивать пространственное воображение студентов, способствовать развитию логического мышления при решении задач, развивать умения работы с книгой, ведения дискуссии, работать в заданном темпе.
воспитательная: Формировать умение принимать самостоятельные решения в различных ситуациях при решении проблемных задач.
Тип занятия: Урок совершенствования знаний и изучения нового материала
Вид занятия: лекция
Форма проведения занятия: фронтальная, индивидуальная.
Междисциплинарные связи: математика, детали машин, материаловедение, курсовое и дипломное проектирование.
Средства обучения: ноутбук; комплекс мультимедиа (ПК, проектор); презентация, видео; тестовые задания закрытой формы, учебники.
Литература:
основная:
1. Аркуша А.И. Техническая механика и сопротивление материалов: Учебник для машиностроительных специальностей техникумов / А. И. Аркуша. – 2-е изд., доп. – М.: Высшая школа, 1989. – 352 с. С. 281-292.
Сетков В.И.: Сборник задач для расчетно-графических работ по технической механике: Учеб. Пособие для техникумов. 2-е изд., доп. - М.: Стройиздат, 1989,-224 с. С.41-52.
дополнительная:
Олофинская В.П. Техническая механика курс лекций с вариантами практических работ и тестовых заданий. М. Форум - ИНФРА-М. 2003г. 348стр. (электронная версия).
Копнов В.А. Сопротивление материалов: Руководство для решения задач и выполнения лабораторных и расчетно-графических работ/В.А. Копнов, С.Н. Кривошапко. –М.: Высш. шк. 2003-351 стр. стр 123 задача 4.2.16; сир 150 задач 4.7.5.
Ход занятия
Организационный момент. (4 мин)
1.1 Приветствие студентов.
1.2 Подготовка аудитории к занятию, проверка присутствия студентов, проверка наличия конспектов, учебников.
1.3. Эпиграф занятия:
Однажды Сократ, окружённый учениками, поднимался к храму. Навстречу им спускалась известная афинская гетера.
— «Вот ты гордишься своими учениками, Сократ, — улыбнулась она ему, — но стоит мне только легонько поманить их, как они покинут тебя и пойдут вслед за мной».
Мудрец же ответил так: — «Да, но ты зовёшь их вниз, в тёплую весёлую долину, а я веду их вверх, к неприступным, чистым вершинам!»
Проверка знаний обучающихся. (8 мин) (Слайд 2)
[pic]
Фронтальный устный опрос (Слайд 3-9)
Что такое изгиб?
Предполагаемый ответ: Изгибом называется такой вид нагружения, при котором в поперечном сечении бруса возникает внутренний силовой фактор —изгибающий момент.
[pic]
Брус, работающий на изгиб, называют…
Предполагаемый ответ: балкой.
[pic]
Изгиб, при котором в поперечном сечении бруса возникает изгибающий момент и поперечная сила, называется…
Предполагаемый ответ: поперечный изгиб.
[pic]
Когда поперечная сила считается положительной?
Предполагаемый ответ: Поперечная сила в сечении считается положительной, если она стремится развернуть сечение по часовой стрелке.
[pic]
Когда изгибающий момент считается отрицательным?
Предполагаемый ответ: Если действующие на участке внешние силы стремятся изогнуть балку выпуклостью вверх, то изгибающий момент считается отрицательным.
[pic]
Какой вид изгиба представлен на рисунках?
Предполагаемый ответ: Прямой и косой изгибы.
[pic]
Назовите вид нагружения, изображенный на рисунках?
Предполагаемый ответ: сосредоточенная и распределенная нагрузки.
[pic]
Подведение итогов проверки знаний. (2 мин)
Оценивание комментариев ответов студентов.
Сообщение темы занятия, постановка целей и задач занятия (3 мин)
Тема: ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ПОСТРОЕНИЮ ЭПЮР ПОПЕРЕЧНЫХ СИЛ И ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ (Слайд 10)
[pic]
Девиз лекции: Я - образованный человек, стремящийся к разнообразному созидательному и, прежде всего, творческому и умственному совершенству.
План занятия (Слайд 11):
Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов;
Правила построения эпюр.
[pic]
Механика – одна из древнейших наук (от греческого mechanike (techne) - искусство построения машин).
Все, куда бы ни взглянул человек, связано с механикой. Без знаний законов механики, умения применять их на практике невозможно представить современного инженера.
Чтобы выполнить расчет на прочность изгибаемого элемента – валы, оси, балки, - следует знать и правильно применять правила построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов. Эти знания необходимы для проверки правильности построения эпюр, определения критических точек, что позволяет избежать аварийных ситуаций на производстве.
Изложение нового материала, применяемая методика (45 мин)
5.1 Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов;
В предыдущей лекции было установлено, что при прямом поперечном изгибе в поперечных сечениях бруса (балки) возникают два внутренних силовых фактора: поперечная сила Q и изгибающий момент М.
Поперечной силой Q называется равнодействующая внутренних касательных сил, возникающих в поперечных сечениях бруса.
Изгибающим моментом М называется результирующий момент внутренних нормальных сил, возникающих в поперечных сечениях бруса, взятый относительно нейтральной оси этого сечения.
Определяя поперечную силу [pic] и изгибающий момент [pic] в различных сечениях балки, мы видим, что их значения изменяются по длине балки в зависимости от вида нагрузок и места их приложения. При расчетах часто бывает важно знать изменение Q и Мz в сечениях по всей длине балки, а этого можно достичь построением графиков–эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Знание методики расчета конструкций на изгиб необходимо для организации качественной эксплуатации и эффективного проведения ремонтов горного оборудования в объёмах компетентности техника в его дальнейшей работе как специалиста.
Данный вид нагружения широко распространён на производстве. Вы, как специалисты, для обеспечения безаварийной работы предприятия, должны уметь определять пиковые нагрузки и при необходимости определить опасный участок нагружения и максимальную нагрузку на этом участке.
Предлагаю для наглядности посмотреть подборку видеосюжетов с оборудованием, для которого может возникнуть необходимость определения величины поперечных сил и изгибающих моментов.
Копровые шкивы (Видео слайд 12)
[pic]
Копровые шкивы служат для поддержания и направления канатов от подъемной машины в ствол шахты. Изготавливаются из высокопрочных сталей с литым или штампованным ободом. Устанавливаются на подшкивной площадке шахтного копра. (Слайд 13)
Конструкция копровых шкивов. (Слайд 13).
[pic]
Основным элементом, воспринимающим нагрузку, является ось, опирающаяся на два подшипника. Для правильного выбора материала и площади поперечного сечения, обеспечивающих жесткость, запас прочности, необходимо определение величины поперечной силы и изгибающего момента по длине оси. Для выбора необходимого типа подшипников и расчета их срока службы необходимо определить нагрузки в опорах.
Схема распределения нагрузок (Слайд 14).
[pic]
Насосы типа Д (Видео слайд 15)
[pic]
Насосы типа Д - с горизонтальным валом одноступенчатые - предназначены для перекачивания воды из карьеров за пределы влияния радиуса водоотлива. При работе насоса и движении жидкости через рабочее колесо создается распределенная сила, воздействующая на вал и направленная перпендикулярно оси вала. Опорами ротора служат подшипники качения, воспринимающие нагрузку от вала.
Схема распределения нагрузок (Слайд 16).
[pic]
Насосы типа Д представляют собой корпус с горизонтальным разъемом по оси вала, в котором располагается вращающийся ротор опирающийся на подшипники качения.
Грузоподъемные машины
Грузоподъемные машины предназначены для подъема и перемещения грузов на незначительные расстояния в пространстве, ограниченном зоной промышленного предприятия, обслуживаемого машиной. В современном производстве широко применяют различные грузоподъемные машины, однако наибольшее распространение получили грузоподъемные краны.
Козловые краны (Видео слайд 17).
[pic]
В зависимости от конструкции самого крана, данные подъемно-транспортные механизмы позволяют перемещать и складировать грузы разной массы и формы. Козловой кран используется только вне помещений. Рельсовый путь расположен на земле. Высота подъема груза колеблется от 7 до 38 метров, длина пролета между опорами от 10 до 80 метров.
Схема распределения нагрузок (Слайд 18).
[pic]
Кран-балка (Видео слайд19)
[pic]
Кран-балка — крановое оборудование мостового типа, используемое для осуществления разнообразных подъемно-транспортных и погрузочно-разгрузочных работ на крановых эстакадах, на складах и в промышленных цехах производственных предприятий.
Особенность работы данного оборудования является постоянно перемещающаяся по длине балки нагрузка в виде транспортируемого груза.
Схема распределения нагрузок (Слайд 20).
[pic]
Решение задачи
Решение задачи рассмотрим на примере кран-балки (Слайд 21).
Задача
[pic]
На двух опорную балку действует сосредоточенная сила F=30 Н. Построить эпюры поперечных сил и изгибающих моментов для балки, изображенной на рисунке. Допускаемое нормальное напряжение [σ]= 160 МПа.
[pic]
Рис. 1 Схема к расчету балки
Решение (Слайд 22).
[pic]
Последовательно по участкам нагружения рассматриваем внутренние силовые факторы в сечениях. Силовые факторы определяем из условий равновесия отсеченной части. Для каждого участка записываем уравнения внутренних силовых факторов.
Используем известные правила:
— поперечная сила численно равна алгебраической сумме проекций внешних сил на ось Оу;
— изгибающий момент численно равен алгебраической сумме
моментов внешних сил, действующих на отсеченную часть, относительно нейтральной оси, совпадающей с осью Ох;
— принятые знаки поперечных сил и изгибающих моментов.
Наносим оси координат;
Наносим реакции в опорах;
Определяем реакции в опорах из условия равновесия плоских сил.
[pic]
Рис. 2 Схема к расчету балки
МА=0
F*6 - RB*(6+4)=0
10 RB=6 F
RB= F*6 : 10=30*6:10=18 H
МВ=0
-F*4 + RA*10=0
RA= F*4 : 10=12 H
Проверка:
RA – F + RB =12-30+18=0
Следовательно, реакции в опорах RA и RB определены верно.
Строим эпюру поперечных сил Qу.
Напомним, что границы участков нагружения — это сечения, в которых приложены внешние нагрузки.
Составляем уравнение реакции для I участка:
Q1= RA=12 H
Составляем уравнение реакции для II участка:
Q2=RA – F =12-30= - 18 H
Строим эпюру поперечных сил.
[pic]
Рис. 3 Эпюра поперечных сил
Порядок построения эпюр остается прежним: масштабы эпюр выбираются отдельно, исходя из значений максимальных сил и моментов.
Графики обводятся толстой основной линией и заштриховываются поперек. На графиках указываются значения поперечных сил, изгибающих моментов и единицы измерения
Строим эпюру изгибающих моментов Ми.
Для построения эпюры балку необходимо разбить на участки.
I участок:
MA=0 Нм;
MC= RA * 6=12*6=72 Нм;
II участок:
MВ= RA * 10 – F * 4=12*10 – 30*4=0Нм;
Строим эпюру изгибающих моментов.
[pic]
[pic]
Рис. 4 Эпюра изгибающих моментов
Определяем размер двутавровой балки:
[pic]
[pic]
где: [pic] - нормальное напряжение, Нм;
[pic] -момент сопротивления, см3.
В соответствии с сортаментом принимаем размер двутавра: ГОСТ 8239-72
[pic]
5.2 Правила построения эпюр.
Сформулируем правила построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Правила построения эпюр:
[pic]
[pic]
[pic]
если на участках Qу>0, то изгибающий момент возрастает,
если на участках Qу=0, то изгибающий момент постоянен (Слайд 26).
[pic]
[pic]
Закрепление изученного материала (10 мин) (Слайд 27-36).
Тестирование по изученному материалу (Приложение 1).
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Подведение итогов проведенного занятия. Рефлексия (5 мин) (Слайд 37-39).
[pic]
[pic]
[pic]
Домашнее задание. (3 мин) (слайд 40)
- конспект лекций;
- Аркуша А.И. Техническая механика и сопротивление материалов: Учебник для машиностроительных специальностей техникумов / А. И. Аркуша. – 2-е изд., доп. – М.: Высшая школа, 1989. – 352 с. стр. 281-292.
- Копнов В.А. Сопротивление материалов: Руководство для решения задач и выполнения лабораторных и расчетно-графических работ/В.А. Копнов, С.Н. Кривошапко. –М.: Высш. шк., 2003-351 стр. стр. 123 задача 4.2.16; стр. 150 задач 4.7.5.
[pic]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В представленной методической разработке реализована задача усовершенствования методики изучения нового материала с применением современных средств предоставления информации, визуализации излагаемого материала, для освоения необходимых в дальнейшей профессиональной деятельности компетенций.
Для объективного анализа качества усвоения материала разработан перечень вопросов для актуализации опорных знаний студентов и предложена мотивация, для осознанного изучения нового материала.
Изложение нового материала проведено по плану, который позволяет студентам последовательно и подробно изучить область применения полученных ими знаний, изучить методику расчета усилий и построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Способ предоставления информации осуществляется с помощью презентации Microsoft PowerPoint, в которой предлагается фото и видеоматериал, позволяющий преподавателю излагать материал с практической направленностью в области горного производства.
В заключительной части разработана методика, направленная на объективный контроль полученных студентами знаний, путем выполнения индивидуальных заданий.
В результате работы над методической разработкой был применен комплексный подход в использовании современных методов предоставления информации, применения прогрессивных методов обучения, объективной оценке полученных знаний студентами, что подтверждает необходимость применения современных IT –технологий в сфере образования и способствует усовершенствованию методики изучения нового материала.
Список литературы:
Аркуша А.И. Техническая механика и сопротивление материалов: Учебник для машиностроительных специальностей техникумов / А. И. Аркуша. – 2-е изд., доп. . – М.: Высшая школа, 1989. – 352 с.
Сетков В.И.: Сборник задач для расчетно-графических работ по технической механике: Учеб. Пособие для техникумов. 2-е изд., доп. - М.: Стройиздат, 1989,-224 с.
Олофинская В.П. Техническая механика курс лекций с вариантами практических работ и тестовых заданий. М. Форум - ИНФРА-М. 2003г. 348стр. (электронная версия).
Копнов В.А. Сопротивление материалов: Руководство для решения задач и выполнения лабораторных и расчетно-графических работ/В.А. Копнов, С.Н. Кривошапко. –М.: Высш. шк., 2003-351 стр.
Приложение № 1
Тема: Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Поперечной силой Q называется:
вид нагружения, при котором в поперечном сечении бруса возникает внутренний силовой фактор — изгибающий момент.
равнодействующая внутренних касательных сил, возникающих в поперечных сечениях бруса.
изгиб, при котором в поперечном сечении бруса возникает только изгибающий момент.
При сосредоточенной нагрузке эпюра поперечных сил изображается:
прямой, параллельно оси балки;
наклонной прямой;
параболой.
При равномерно-распределенной нагрузке [pic] эпюра поперечных сил изображается:
прямой, параллельно оси балки;
наклонной прямой;
параболой.
Сосредоточенный внешний момент M на эпюре поперечных сил…
изображается наклонной прямой;
изображается параболой;
никак не отражается.
Размер балки определяется исходя из выражения:
[pic]
[pic]
[pic]
Д [pic] ля данного условия задачи выберите правильное значение равнодействующей сосредоточенной силы Q:
15 кН;
10 кН;
1 кН
Д [pic] ля данного условия задачи выберите правильный вариант расчета проверки:
a) RA –F1-F2+RB=0
b) RA +F1+F2-RB=0
c) RA+RB+F1-F2=0
Критерии оценивания теста
Тест состоит из 7 вопросов: необходимо выбрать один правильный ответ из трёх возможных.
Оценка 5 «отлично» выставляется при правильном ответе на 7 вопросов.
Оценка 4 «хорошо» выставляется при правильном ответе на 5-6 вопросов.
Оценка 3 «удовлетворительно» выставляется при правильном ответе на 3-4 вопроса.
Оценка 2 «неудовлетворительно» выставляется при ответе менее чем на 3 вопроса.
Приложение №2
Фамилия, Имя, Отчество __________________________________________
Группа ТЭЭО-14
Тема: Общие указания к построению эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.
Критерии оценивания теста
Тест состоит из 7 вопросов: необходимо выбрать один правильный ответ из трёх возможных.
Оценка 5 «отлично» выставляется при правильном ответе на 7 вопросов.
Оценка 4 «хорошо» выставляется при правильном ответе на 5-6 вопросов.
Оценка 3 «удовлетворительно» выставляется при правильном ответе на 3-4 вопроса.
Оценка 2 «неудовлетворительно» выставляется при ответе менее чем на 3 вопроса.
