Гражданской авиации (институт)

 

Н.Ф. Леденева

В.С. Юганов

 

 

Механика

 

 

Учебно-методический

Комплекс

 

Ульяновск 2009

ББК В2 я7

Л 39

 

Леденева, Н.Ф. Механика: учебно-метод. комплекс / Н.Ф. Леденева, В.С. Юганов. – Ульяновск: УВАУ ГА(и), 2009. – 394 с.

 

Содержит учебные, учебно-методические и справочные материалы, необходимые для организации учебного процесса по дисциплине «Механика».

Цели и задачи изучения дисциплины, содержание, объем, последовательность и методика подготовки по курсу «Механика» отражены в руководстве и методических указаниях по изучению дисциплины.

Теоретическая часть комплекса представлена учебным пособием по дисциплине, содержащим систематизированное изложение фундаментальных основ теоретической механики, рассмотрение базовых понятий сопротивления материалов, ключевых тем теории механизмов и машин, освещение основных вопросов деталей машин и основ конструирования. Для закрепления полученных знаний и самоконтроля каждый раздел теоретической части комплекса сопровождается контрольными вопросами.

Практический материал комплекса представлен набором типовых учебных задач и тестовых заданий по каждому разделу дисциплины с примерами решений и необходимыми объяснениями, способствующими более полному усвоению пройденного материала.

В комплексе приводится список литературы, рекомендуемой для самостоятельного изучения дисциплины, а также словарь терминов и список основных сокращений.

Предназначен для курсантов 1 и 2-го курсов специальности – Летная эксплуатация воздушных судов, 160506.65 – Аэронавигационное обслуживание и использование воздушного пространства, 280102.65. – Безопасность технологических процессов и производств (на воздушном транспорте), может быть полезен студентам заочной формы обучения.

Печатается по решению Редсовета училища.

 

 

©Ульяновск, УВАУ ГА(и), 2009

Оглавление

Введение. 7

1. Руководство по изучению дисциплины.. 9

1.1. Контроль знаний обучающихся. 9

1.2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.. 9

2. Методические указания. 11

2.1. Список основных обозначений. 11

2.2. Тематический словарь терминов. 12

2.3. Методические указания по изучению дисциплины.. 17

3. Учебное пособие. 20

3.1. Теоретическая механика. 20

Статика. 20

Тема 1. Основные понятия и аксиомы статики. 20

Тема 2. Система сходящихся сил. 25

Тема 3. Теория пар сил. 27

Тема 4. Система произвольно расположенных сил. 31

Тема 5. Центр параллельных сил и центр тяжести. 35

Тема 6. Понятие о трении. Виды трения. 38

Контрольные вопросы.. 40

Кинематика. 41

Тема 7. Основные понятия кинематики. Способы задания движения. 41

Тема 8. Простейшие виды движения твердого тела. 47

Тема 9. Плоскопараллельное (плоское) движение твердого тела. 51

Тема 10. Сферическое движение твердого тела. 57

Тема 11. Сложное движение точки. 59

Контрольные вопросы.. 64

Динамика. 65

Тема 12. Основные законы механики. Две задачи динамики. 65

Тема 13. Динамика относительного движения материальной точки. 70

Тема 14. Введение в динамику системы материальных точек. 73

Тема 15. Теорема о движении центра масс. 78

Тема 16. Теорема об изменении количества движения. 79

Тема 17. Теоpема об изменении момента количества

движения точки и механической системы.. 83

Тема 18. Теорема об изменении кинетической энергии. 86

Тема 19. Динамика твердого тела. Принцип Даламбера. 97

Тема 20. Принцип возможных перемещений. 106

Тема 21. Малые колебания системы.. 110

Тема 22. Явление удара. Ударная сила и ударный импульс. 112

Контрольные вопросы.. 116

3.2. Сопротивление материалов. 118

Тема 1. Центральное растяжение – сжатие. 118

Тема 2. Статически неопределимые задачи при растяжении или сжатии. 129

Тема 3. Напряженное состояние. 131

Тема 4. Сдвиг. 133

Тема 5. Кручение. 135

Тема 6. Изгиб. 140

Тема 7. Сложное сопротивление. Расчет по теориям прочности. 154

Тема 8. Устойчивость сжатых стержней. 154

Тема 9. Динамические нагрузки. 154

Тема 10. Усталость. 154

Контрольные вопросы.. 154

3.3. Теория механизмов и машин. 154

Тема 1. Основные понятия теории механизмов и машин. 154

Тема 2. Структурный анализ и синтез механизмов. 154

Тема 3. Кинематический анализ механизмов. 154

Тема 4. Силовой анализ и расчет механизмов. 154

Тема 5. Динамический анализ машин и механизмов. 154

Тема 6. Колебания в механизмах. 154

Тема 7. Динамика приводов. Выбор типа приводов. 154

Тема 8. Синтез механизмов. 154

Контрольные вопросы.. 154

3.4. Детали машин и основы конструирования. 154

Тема 1. Общие сведения о деталях машин. 154

Тема 2. Механические передачи. 154

Тема 3. Валы и оси. 154

Тема 4. Соединение деталей машин. 154

Тема 5. Упругие элементы.. 154

Тема 6. Муфты.. 154

Тема 7. Корпусные детали. 154

Контрольные вопросы.. 154

4. Практикум по дисциплине. 154

4.1. Теоретическая механика. 154

Практикум по теме «Система сходящихся сил». 154

Тестовые задания по теме «Система сходящихся сил». 154

Практикум по теме «Теория пар сил». 154

Тестовые задания по теме «Теория пар сил». 154

Практикум по теме «Система произвольно расположенных сил». 154

Тестовые задания по теме «Система произвольно расположенных сил». 154

Практикум по теме «Центр параллельных сил и центр тяжести». 154

Практикум по теме «Понятие о трении. Виды трения». 154

Практикум по теме «Основные понятия кинематики.

Способы задания движения». 154

Тестовые задания по теме «Основные понятия кинематики.

Способы задания движения». 154

Практикум по теме «Простейшие виды движения твердого тела». 154

Тестовые задания по теме «Простейшие виды движения твердого тела». 154

Практикум по теме «Плоскопараллельное

(плоское) движение твердого тела». 154

Практикум по теме «Сложное движение точки». 154

Практикум по теме «Динамика относительного

движения материальной точки». 154

Практикум по теме «Введение в динамику

системы материальных точек». 154

Практикум по теме «Теорема о движении центра масс». 154

Практикум по теме «Теорема об изменении количества движения». 154

Практикум по теме «Теорема об изменении момента

количества движения». 154

Практикум по теме «Теорема об изменении кинетической энергии». 154

Тестовые задания по теме «Теорема об изменении

кинетической энергии». 154

Практикум по темам «Динамика твердого тела. Принцип Даламбера». 154

Практикум по теме «Принцип возможных перемещений». 154

4.2. Сопротивление материалов. 154

Практикум по теме «Центральное растяжение – сжатие». 154

Тестовые задания по теме «Центральное растяжение – сжатие». 154

Практикум по теме «Сдвиг». 154

Практикум по теме «Кручение». 154

Тестовые задания по теме «Кручение». 154

Практикум по теме «Изгиб». 154

Тестовые задания по теме «Изгиб». 154

Практикум по теме «Сложное сопротивление». 154

Тестовые задания по теме «Сложное сопротивление». 154

Практикум по теме «Устойчивость стержней». 154

Тестовые задания по «Устойчивость сжатых стержней». 154

Практикум по темам «Динамические нагрузки. Усталость металлов». 154

4.3. Теория механизмов и машин. 154

Практикум по теме «Структурный анализ и синтез механизмов». 154

Практикум по теме «Кинематический анализ и синтез механизмов». 154

Практикум по теме «Силовой анализ и расчет механизмов». 154

Практикум по теме «Синтез механизмов». 154

Тестовые задания по разделу «Теория механизмов и машин». 154

4.4. Детали машин и основы конструирования. 154

Практикум по теме «Соединения деталей». 154

Практикум по теме «Муфты». 154

Тестовые задания по разделу «Детали машин и основы конструирования». 154

 

ВВЕДЕНИЕ

Механика (от греч. mēchanikē – «искусство построения машин») – наука о механическом движении материальных тел (т.е. изменении с течением времени взаимного положения тел или их частей в пространстве) и взаимодействиях между ними.

Методами механики изучаются движения любых материальных тел (кроме микрочастиц) со скоростями, малыми по сравнению со скоростью света, поэтому «Механика» является научной основой многих технических дисциплин и важнейших направлений развития современной техники.

Чтобы освоить современную авиационную технику, умело ее обслуживать и рационально эксплуатировать, надо сочетать практический опыт с теоретической подготовкой. При этом следует помнить, что успешное и сознательное овладение теоретическими основами авиационной техники невозможно без знания общих законов механики.

В сложившейся системе подготовки инженера-пилота «Механика» служит научной базой таких дисциплин, как «Аэродинамика», «Динамика полета», «Практическая аэродинамика», «Конструкция и летная эксплуатация воздушных судов», «Конструкция и летная эксплуатация авиадвигателей».

Дисциплина «Механика» содержит следующие разделы: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Детали машин и основы конструирования», являющихся базовыми для инженерной подготовки.

В разделе «Теоретическая механика» изучается простейшая форма движения материи – механическое движение, т. е. простая перемена места в пространстве с течением времени. Теоретическая механика, как одна из важнейших физико-математических наук, играет важную роль в подготовке инженеров. На законах теоретической механики базируются многие общеинженерные и специальные дисциплины, решаются различные инженерные задачи. Чтобы хорошо усвоить курс теоретической механики, нужно не только глубоко изучить теоретический материал, но и получить твердые навыки в решении задач.

«Сопротивление материалов» является базовой общеинженерной дисциплиной, цель изучения которой – усвоение приемов расчета типовых элементов конструкций на прочность, жесткость и устойчивость, в том числе деталей и узлов авиационной техники. Так, например, крыло воздушного судна воспринимает в полете аэродинамические нагрузки. Величина этих нагрузок зависит от типа воздушного судна и может составлять от одной до сотни и более тонн. Под действием таких нагрузок крыло не должно разрушаться – оно должно иметь достаточную прочность. Будучи достаточно прочным, крыло в полете может изгибаться, скручиваться, изменять заданную форму. Чтобы эти явления не приводили к изменению угла установки крыла, потере устойчивости или вибрации, крыло должно быть достаточно жестким. Кроме того, авиационная конструкция должна иметь, возможно, меньший вес, что необходимо для улучшения летных качеств воздушного судна и увеличения его полезной нагрузки.

Таким образом, сопротивление материалов – это наука о прочности, жесткости и устойчивости деталей машин и элементов сооружений с одновременным соблюдением требований экономичности, долговечности, а также рациональности и оптимальности проектируемых конструкций.

В разделе «Теория механизмов и машин» изучаются структура, кинематика и динамика машин и механизмов, а также общие методы их анализа и синтеза, с помощью которых исследуются кинематические и динамические характеристики заданного механизма или, наоборот, по заданным характеристикам определяются схема, основные размеры звеньев и другие параметры конструируемого механизма.

Цель изучения раздела «Детали машин и основы конструирования» заключается в том, чтобы, исходя из заданных условий работы деталей и узлов машин, усвоить методы, правила и нормы их проектирования, обеспечивающие выбор наиболее рациональных для них материалов, форм, размеров, степени точности, качества поверхности и технических условий изготовления. В этом разделе изучают детали и узлы общего назначения (болты, валы, муфты, механические передачи и т.п.); все другие детали (поршни, лопатки турбин, гребные и воздушные винты и т.п.) относятся к деталям специального назначения и изучают в специальных курсах.

Изучение «Механики» будет идти в соответствии с перечисленным порядком дисциплин и соответствует учебной программе каждой специальности.

РУКОВОДСТВО ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Контроль знаний обучающихся

Проверка (контроль, оценка и учет) знаний, умений и навыков (ЗУН) обучаемых – составная часть учебно-воспитательного процесса по дисциплине «Механика».

В учебно-воспитательном процессе используются следующие виды контроля ЗУН:

1.2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

Рекомендуемая литература

Основная:

1. Закревский, В.А. Сборник задач по теоретической механике: учеб. пособие для вузов / В.А. Закревский, В.А. Касьянов, Э.В. Лузик. – М.: Машиностроение, 1988. – 200 с.

2. Иванов, М.Н. Детали машин: учеб. для втузов / М.Н. Иванов, В.А.Феногенов. – 9-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2005. – 408 с.

3. Леденева, Н.Ф. Механика: учебное пособие для студ. вузов / Н.Ф. Леденева. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2003. – 138с.

4. Леденева, Н.Ф. Механика. Детали машин: учеб. пособие / Н.Ф. Леденева. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2005.– 128 с.

5. Леденева, Н.Ф. Механика. Теория механизмов и машин: учеб. пособие / Н.Ф. Леденева, И.Н. Карпунина. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2003.

6. Мещерский, И.В. Сборник задач по теоретической механике: учеб. пособие для втузов / И.В. Мещерский; под ред. Н.В. Бутенина, А.И. Лурье, Д.Р. Меркина и др. – 35-е изд., перераб. – М.: Наука, 1981. – 480 с

7. Степин, П.А. Сопротивление материалов: учеб. для немашиностр. спец. вузов/ П.А. Степин. – 8-е изд. – М.: Высш. школа, 1988. – 367 с.

8. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики: учеб. для втузов / С.М. Тарг. – 18-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2008. – 416 с.

9. Теория механизмов и механика машин: учеб. для втузов / К.В. Фролов и др.; под ред. К.В. Фролова. – 4-е изд., исправ. – М.: Высшая школа, 2003. – 496 с.

10. Феодосьев, В.И. Сопротивление материалов: учеб. для втузов/ В.И. Феодосьев. – 10-е изд., перераб. и доп. – М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 1999. – 592 с.

11. Яблонский, А.А. Курс теоретической механики: учеб. для втузов: в 2 ч. / А.А. Яблонский, В.М., Никифорова. – 6-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 1984.

Ч.1: Статика. Кинематика – 343 с.

Ч.2: Динамика. – 423 с

Дополнительная

1. Бутенин, Н.В. Курс теоретической механики: учеб. для втузов: 2 т. / Н.В. Бутенин, Я.Л. Лунц, Д.Р. Меркин. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979

Т.1: Статика и кинематика – 3-е изд., стер.. – 272 с.

Т.2: Динамика – 2-е изд., перераб и доп. – 544 с.

3. Добронравов В.В. и др. Курс теоретической механики: учеб. для втузов / В.В. Добронравов, Н.Н. Никитин, А.Л. Дворников. – 3-е изд., перераб. – М.: Высш. шк., 1974. – 528 с.

4. Решетов, Д.Н. Детали машин: учеб. для вузов / Д.Н. Решетов. – 3-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 1975. – 655 с.

Методические материалы

1. Леденева, Н.Ф. Сборник задач по сопротивлению материалов: учеб.-метод. пособие / Н.Ф. Леденева, И.Н. Карпунина. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2001. – -53 с.

2. Леденева, Н.Ф. Справочное пособие по сопротивлению материалов / Н.Ф. Леденева, И.Н. Карпунина. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2001. – 27 с.

3. Механика: альбом схем / сост. Н.Ф. Леденева. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2006. – 66 с.

4. Механика: рабочая тетрадь / сост.Н.Ф. Леденева. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2007. – 59 с.

5. Юганов, В.С. Механика: учебно-метод. пособие по выполнению расчетно-графических заданий / сост. В.С. Юганов. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2008. – 150 с.

6. Юганов, В.С. Сборник задач по динамике / В.С. Юганов. – Ульяновск: УВАУ ГА, 2008. – 43 с.