МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

(РУТ (МИИТ)

__________________________________________________________________

Факультет «Локомотивы»

Кафедра «Транспортные средства»

Курсовая работа

по дисциплине:

«Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Выполнила:

студент 2 курса

группы ЗПЛ 2922

Попело П.Е.

Шифр: 1910-ц/ПСс-2591

Проверил:

Доцент Пашков А.В.

Москва 2021

Содержание

Введение …………………………………………………………………....3

1. Теоретическая часть…………………………………………………….4

2. Практическая часть……………………………………………………20

Заключение ………………………………………………………………..29

Список использованной литературы……………………………………..30

Введение

Материаловедение – наука о материалах и основы знаний об их назначении и свойствах, необходимых в любых видах профессиональной деятельности, эксплуатирующих машины, механизмы, станки и т.д.

Технология конструкционных материалов – это та информация, которая даёт возможность самостоятельно проектировать из материалов какие-либо изделия и конструкции.

Объект данного исследования – дисциплина «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

Предмет данного исследования – приобретение и применение знаний по дисциплине для решения поставленных задач.

Целью данной работы является изучение дисциплины «Материаловедение и технология конструкционных материалов».

Исходя из цели, задачами исследования выступают:

1. Изучение теоретических основ дисциплины по темам, соответствующим варианту (теоретическая часть);

2. На основе полученных знаний решение задач на простейшие виды напряженно-деформированного состояния стержневых элементов – растяжение-сжатие и кручение (практическая часть).

Курсовая работа состоит из пяти разделов – введение, теоретическая часть, практическая часть, заключение, список использованной литературы.

1. Теоретическая часть

1.1. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

1.2. Бронзы.

1.3. Резина.

2. Практическая часть

Задача № 1.

Для стержня переменного сечения, находящегося в условиях центрального растяжения (сжатия) под действием трех заданных сил, выполнить расчеты на прочность и жесткость:

- определить внутренние силовые факторы (продольные силы и нормальные напряжения) по участкам и построить их эпюры;

- определить положение опасного сечения (учитывая, что для пластичных материалов знак напряжений роли не играет);

- из условия прочности подобрать размеры поперечных сечений;

- определить деформации каждого из участков в отдельности и построить эпюры перемещения сечений.

Дано:

- Вариант № 20;

- Е = 200 ГПа = 2*10¹¹ Па;

- марка стали: Ст6;

- σ_р=195 МПа;

- силы:

F₁ =30 кН;

F₂ =25 кН;

F₃=30 кН;

- длины участков:

A=1.5 м;

В=1,8 м;

С=2,3 м.

- схема № 10 (рис. 6).

Рисунок 6. Схема к задаче 1.

Решение:

I. Определение внутренних усилий и напряжений.

В защемлении возникает опорная реакция R (рис. 7, а), вычислять которую нет необходимости, поскольку внутренние усилия станем определять, рассматривая брус со свободного конца. Методом сечений находим внутренние усилия на каждом из участков, проецируя силы на продольную ось бруса. Строим эпюру внутренних усилий (рис. 7, б).

Рисунок 7. Схема нагружения стержня (а), эпюра внутренних усилий (б),

эпюра напряжений (в), эпюра перемещения сечений (г)

Проверка. Сечениям, к которым приложена сосредоточенная сила, на эпюре N соответствуют скачки на величину приложенной силы и в направлении ее действия:

Сечение g: (скачок в минус)

Сечение f: (скачок в минус)

Сечение e: (скачок в плюс)

Определив напряжения, приходим к выводу, что опасным является участок II. Знак напряжения в расчетах на прочность элементов из пластичных материалов роли не играет, поскольку они сопротивляются растягивающим и сжимающим нагрузкам одинаково.

II. Проектный расчет.

Из условия прочности при растяжении находим требуемое значение площади поперечного сечения.

Вычислив фактические напряжения на каждом из участков, строим эпюру напряжений (рис. 7, в).

III. Деформации бруса.

Удлинения каждого из участков определим, используя закон Гука при растяжении:

Для построения эпюры перемещения сечений начало отсчета выберем в сечении d, поскольку оно неподвижно (защемлено).

Строим эпюру перемещения сечений (рис. 7, г).

Вывод. Найдено положение опасного участка в ступенчатом брусе. Из условия прочности подобрана площадь поперечного сечения опасного участка. Исходя из заданного соотношения площадей, вычислены площади поперечных сечений остальных участков. Рассчитаны деформации каждого из участков, построена эпюра перемещений сечений; полная длина бруса уменьшилась на 0,744 мм.

Задача 2.

Для круглого стержня переменного сечения, на который действуют три заданных момента в плоскостях, перпендикулярных оси стержня, выполнить расчеты на прочность и жесткость:

- определить внутренние силовые факторы (крутящие моменты и максимальные касательные напряжения) по участкам и построить их эпюры;

- определить положение опасного сечения;

- из условия прочности подобрать диаметры поперечных сечений;

- определить деформации каждого из участков в отдельности и построить эпюры перемещения сечений.

Дано:

- Вариант № 20;

- Марка стали: Ст6;

- G = 80 ГПа = 8*10¹º Па;

- τ_кр=145 Мпа;

- Wp = πd³/16, где d – диаметр сечения вала;

- D/d = 2;

- моменты сил:

M₁=25 кНм;

M₂=15 кНм;

M₃=50 кНм;

- длины участков:

- а=1,5 м, b=1,8 м, c=2,3 м, d=2,9 м

- схема № 10 (рис. 8);

Рисунок 8. Схема к задаче 2.

Решение:

I. Определение внутренних усилий и напряжений.

В защемлении возникает опорный момент М (рис. 8, а), вычислять который нет необходимости, поскольку внутренние усилия станем определять, рассматривая брус со свободного конца. Методом сечений находим внутренние усилия на каждом из участков, составляя сумму моментов относительно продольной оси бруса. Строим эпюру внутренних усилий (рис. 8, б)

Рисунок 8. Схема нагружения ступенчатого вала (а), эпюра внутренних усилий (б), эпюра напряжений (в), эпюра углов закручивания сечений (г)

Проверка. Сечениям, к которым приложена пара сила, на эпюре Т соответствуют скачки на величину приложенного момента и в направлении его действия.

Сечение m:

Сечение h:

Сечение g:

Определив касательные напряжения, приходим к выводу, что опасным является участок II. Знак напряжения в расчетах на прочность элементов из пластичных материалов роли не играет.

II. Проектный расчет.

Из условия прочности при кручении находим требуемое значение полярного момента сопротивления сечения:

Поскольку , то

Принимаем полученное значение диаметра вала, округлив до стандартного значения: d = 95 мм, D = 190 мм.

Вычислив фактические напряжения на каждом из участков, строим эпюру напряжений (рис.8, в).

III. Деформации вала.

Угол закручивания каждого из участков определим, используя закон Гука при кручении, вычислив предварительно полярные моменты инерции.

Для построения эпюры перемещения сечений начало отсчета выберем в сечении f, поскольку оно неподвижно (защемлено):

Строим эпюру углов закручивания сечений (рис. 8, г).

Вывод.

Найдено положение опасного участка в ступенчатом вале. Из условия прочности подобран диаметр вала опасного сечения. Исходя из заданного соотношения диаметров, вычислены размеры поперечных сечений остальных участков. Рассчитаны деформации каждого из участков, построена эпюра углов закручивания сечений; крайнее левое сечение вала повернулось относительно защемления на угол 0.10773 радиана.

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были достигнуты поставленные цели:

1. Изучены теоретические основы дисциплины по темам, соответствующим варианту (теоретическая часть);

2. На основе полученных знаний выполнено решение задач на простейшие виды напряженно-деформированного состояния стержневых элементов – растяжение-сжатие и кручение (практическая часть).

Эпюра перемещения сечений для задачи 1 и эпюра углов закручивания для задачи 2 представлены в приложении 1 и 2 соответственно к данной курсовой работе.

Список использованной литературы

1. Александров В.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Учебное пособие. Часть 1. Материаловедение. – Архангельск: Северный (Арктический) федеральный университет, 2015. – 327 с.

2. Водопьянов В. И., Савкин А.Н., Кондратьев О.В. Курс сопротивления материалов с примерами и задачами: учеб. пособие; ВолгГТУ. – Волгоград, 2012. – 136 с.

3. Коротких М.Т. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебное пособие — Санкт-петербургский государственный политехнический университет, 2004

4. Перминов Н.А. Материаловедение и технология конструкционных материалов для нетехнических направлений обучения: учебное пособие – Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет», 2016. – 139 с.