Základy mechaniky pevných telies

Transkript

1 Základy mechaniky pevných telies Prednášky: Bohuš Leitner, doc. Ing., PhD. Cvičenia: Lucia Figuli, Ing., PhD. Katedra technických vied a informatiky, FBI UNIZA v Žiline

2 Vyučujúci Prednášky: Bohuš Leitner, doc. Ing., PhD. Katedra technických vied a informatiky, FBI ŽU v Žiline Bohus.Leitner@fbi.uniza.sk, office: A 120, tel Konzultačné hodiny: utorok (07:30 09:00), piatok (10:00 11:30) Cvičenia: Lucia Figuli, Ing., PhD., Bohuš Leitner, doc. Ing., PhD. Katedra technických vied a informatiky, FBI ŽU v Žiline Lucia.Figuli@fbi.uniza.sk, office: A 117, tel Konzultačné hodiny: pondelok (11:00-12:30), štvrtok (08:00-09:30)

3 Charakteristika predmetu Základy mechaniky pevných telies Cieľ: Zoznámiť študentov so základnými princípmi mechaniky pevných telies (statika konštrukcií a náuka o pevnosti a pružnosti ich prvkov) s cieľom pochopenia fyzikálnej podstaty primárnych príčin a následkov zlyhania technických systémov. Zvládnuť základné fyzikálne princípy riešenia problémov rovnováhy, stability a únosnosti konštrukcií. Úlohou predmetu je rozvoj technického a logického myslenia a vybudovanie základne teoretických poznatkov pre zvládnutie nadväzných - technicky orientovaných predmetov. Rozsah: (za 13 týždňov = = 52 hod/sem) Forma kontroly: skúška (5 kreditov) Povinné kritériá: - splnené podmieňujúce predmety - aktívna účasť na cvičeniach - 2 x písomná previerka (6. a 12. týždeň semestra) - spracovanie a odovzdanie zadania (12.týždeň) Informácie o predmete, organizácia a podklady ku štúdiu sú uverejnené na

4 Charakteristika predmetu Základy mechaniky pevných telies Účel predmetu: Rozvoj myslenia, predstavivosti, logiky a návod pre lepšie pochopenie fyzikálnej podstaty vzájomného účinku hmotných objektov a fyzikálnych dejov, pôsobiacich na technické systémy, ale aj na ľudí a procesy v technickej praxi. Podmieňujúce predmety: Matematika 1 Obsah: Základy mechaniky tuhých telies (iba základy zo statiky konštrukcií), Základy mechaniky poddajných telies (základy z náuky o pevnosti a pružnosti prvkov nosných konštrukcií) Nadväznosť: Základy mechaniky kvapalín a plynov, Základy stavebného inžinierstva, Mechanické zábranné prostriedky, Náuka o materiáloch, Súdne inžinierstvo, Pozemné stavby, Dopravné stavby, Manažment rizík, Technika a technické prostriedky hasičských jednotiek, Spoľahlivosť hasičskej techniky,...

5 Charakteristika predmetu Základy mechaniky pevných telies Forma výučby: Prednášky zamerané na objasnenie základných teoretických poznatkov, jednoduché príklady (účasť nepovinná, ale vítaná). Cvičenia zamerané na riešenie príkladov, orientované na základy statiky nosných konštrukcií a základné poznatky z náuky o pevnosti a pružnosti prvkov konštrukcií (účasť povinná, pravidelne sledovaná) Spätná väzba: - 2 previerky (pri ospravedlnenej neúčasti je možnosť absolvovať jednu previerku v určenom náhradnom termíne) - vypracovanie a odovzdanie individuálneho semestrálneho zadania, - semestrálna skúška účasť podľa zisku bodov v semestri (forma písomná). Pomôcky na predmet: učebné texty, zošit, pero, ceruzka, kalkulačka, príp. pravítko.

6 Obsah predmetu Základy mechaniky pevných telies ZÁKLADY STATIKY KONŠTRUKCIÍ (ST) 1. ST_1 Úvod do mechaniky tuhých telies Základné pojmy, vzťahy a súvislosti v mechanike; Fyzikálne abstrakcie v mechanike a modely skutočných telies; Základné veličiny v mechanike tuhých telies; Sily v mechanike a ich rozdelenie; Stupne voľnosti, väzby a uvoľňovanie telies v mechanike. 2. ST_2 Základné úlohy, princípy a axiómy statiky - Základné úlohy a princípy statiky; Sila a jej účinky na hmotný objekt v statike; Axiómy statiky, Transformácia silových účinkov. 3. ST_3 Sústavy síl v rovine Rozdelenie silových sústav a analýza ich účinkov na teleso; Sústava síl ležiacich na spoločnej nositeľke; Rovinný zväzok síl (RZS); Všeobecná rovinná sústava síl (VRSS); Sústava rovnobežných síl v rovine; Redukcia, rovnováha a statická určitosť úloh; Ťažiská hmotných útvarov. 4. ST_4 Priame a lomené nosníky v rovine - Typy nosníkov a rovinných rámov; Uloženie a vonkajšie zaťaženie; Výpočet sekundárnych síl reakcií; Vnútorné silové veličiny v priamych prútoch; Výpočet a priebeh vnútorných síl na priamych nosníkoch a rámoch. 5. ST_5 Sústavy telies v rovine - Rovinné prútové sústavy; statická a tvarová určitosť rovinných prútových sústav; rozdelenie staticky určitých prútových sústav. Metódy riešenia staticky určitých rovinných prútových sústav.

7 Obsah predmetu Základy mechaniky pevných telies ZÁKLADY PEVNOSTI A PRUŽNOSTI PRVKOV KONŠTRUKCIÍ (PP) 1. PP_1 Úvod do mechaniky poddajných telies Cieľ a úlohy PP; Vonkajšie a vnútorné sily; Metóda fiktívneho rezu; Napätia a druhy napätia, Pomerné predĺženie, uhlové pretvorenie, Hookov zákon, Vplyv zmeny teploty dĺžková rozťažnosť, zmena priečnych rozmerov. 2. PP_2 Ťah a tlak priamych nosníkov, základy namáhania šmykom Predpoklady výpočtu; Výpočet prúta na čistý ťah / tlak; Pevnostná kontrola a dimenzovanie prútov namáhaných na ťah / tlak. Podmienky pevnosti a dovolené namáhanie v šmyku; Navrhovanie a posudzovanie na šmyk. 3. PP_3 Geometrické charakteristiky prierezových plôch Statické momenty prierezu; Kvadratické momenty prierezu; Vplyv transformácie súradnicovej sústavy, Steinerove vety. 4. PP_4 Ohyb priamych nosníkov, základy namáhania krútením Normálové a šmykové napätia v ohýbanom nosníku; Deformácia nosníkov pri rovinnom ohybe. Napätosť a pretvorenie hriadeľov kruhového prierezu. 5. PP_5 Stabilita a namáhanie prútov na vzperný tlak - Výpočet a kontrola stability polohy telies. Výpočet a kontrola priamych prútov na vzperný tlak v pružnej oblasti. Výpočet kritickej sily v plastickej oblasti.

8 Organizácia predmetu Základy mechaniky pevných telies Prednášky: účasť nepovinná (avšak vítaná a odporúčaná!!!) doc. Bohuš Leitner pondelok (2-4), MB204 Cvičenia: účasť povinná; pravidelne sledovaná; aktivita na cvičeniach a dochádzka = možnosť získať bonus (max.1 b) Cvičenia vedie: Ing. Lucia Figuli, PhD.: ZS21 - streda (4-5), MB201, KM21 - streda (8-9), MA059 ZS22 - štvrtok (4-5), FA134, KB21 - štvrtok (6-7), FA134 BM21 - piatok (2-3), MB201 Termíny semestrálnych skúšok: budú zverejnené v poslednom týždni semestra v systéme Vzdelávanie UNIZA. Vypísané termíny skúšok - naplánované počas skúškového obdobia (t.j. od do ).

9 Hodnotenie predmetu Základy mechaniky pevných telies Pre úspešné absolvovanie predmetu je nutné splnenie povinností : - splnené podmieňujúce predmety (Matematika 1 najneskôr do ) - aktívna účasť na cvičeniach (min. 75 % cv. fyzicky, 25 % osp.), - povinné písomné previerky (6. a 12. týždeň v semestri), - spracovanie a odovzdanie zadania (do , 12:00) cvičiacemu. Hodnotenie v rámci predmetu: A) Podľa zisku bodov za aktivity v semestri (minimálny nutný zisk 3 b): previerky - 2 x max. 3 b = (max. 6 b) + odovzdanie semestrálneho zadania (včasnosť odovzdania, kvalita spracovania, dodržanie zadania 16 x 0,25 b = (max. 4 b) + príp. bonus za aktivitu v predmete (max. 1 b). CELKOM: = max 11 b. B) Ak sa nepodarí splniť bodový limit 7 bodov alebo získané / navrhované hodnotenie po semestri študentovi nevyhovuje povinnosť vykonať semestrálnu skúšku v určených termínoch. POZOR: Získané body počas semestra sa ku skúške neprenášajú!!!

10 Hodnotenie predmetu Základy mechaniky pevných telies Bodová škála základná (za hodnotené aktivity v semestri): Level 2: 10,0 7,0 b. možnosť získať okamžite hodnotenie (A - D) Level 1: 7,0 3,0 b. absolvovanie skúšky (forma - písomná) LEVEL 2 škála hodnotenia 10,0 9,3 b. A 9,2 8,5 b. B 8,4 7,7 b. C 7,6 7,0 b. D LEVEL 1 Semestrálna skúška (písomná) 3 príklady + 4 teor. otázky = max 4 b. (pre úspešné absolvovanie je nutné získať min. 60 % = 2,4 b) Výsledky v semestri : Priebežne, celkový výsledok za aktivity v semestri bude zverejnený na stránke predmetu do POZOR: nutnosť získať min. 30 % z bodov = min = 3 b inak nebude študent pripustený ku skúške.

11 Záverečné poznámky k predmetu Prednášky: včasný príchod, vyp. mobily, možná prezencia, prestávky... Cvičenia: včasný príchod, prezencia, pomôcky, pripravenosť... Previerky: celkom 2 za semester, rozsah látky a potrebné pomôcky budú vždy spresnené na predchádzajúcej prednáške - P1 a P2 = 3 príklady (45 min.) 1Pr = 1bod, - neúčasť na cvičení kde je plánovaná previerka je nutné vždy doložiť adekvátnym ospravedlnením s jasným dôvodom neúčasti, - oprava výsledku previerky nie je možná! - neabsolvovanie previerky v určenom termíne náhradný termín ( ) = jediná možnosť ako nahradiť neabsolvovanú previerku inak nesplnené podmienky pre absolvovanie predmetu!!! - Náhrada za Previerka (08.00), MB204 - Náhrada za Previerka (09.00), MB204 Semestrálne zadanie: odovzdať do (do 12.00) Ing. Figuli POZOR: Získané body počas semestra sa ku skúške neprenášajú!!!

12 Záverečné poznámky k predmetu Prihlasovanie na skúšku: cez portál Vzdelávanie, študenti bez splnených podmieňujúcich predmetov - om Riešenie problémov (podmieňujúce predmety, opakujúci študenti, individuálne požiadavky po prednáške, resp. cez konzultačné hodiny. Konzultačné hodiny Individuálne konzultácie v čase konzultačných hodín vyučujúcich: budú upresnené po zosúladení rozvrhov jednotlivých skupín. Základná a ďalšia odporúčaná literatúra 1. Leitner, B.: Mechanika telies pre bezpečnostné inžinierstvo: Statika. 1.vyd. FBI ŽU, Kovačík, J., Beniač, M.: Pružnosť a pevnosť pre špeciálne inžinierstvo. 2.vyd. FŠI ŽU, Žilina ďalšie zdroje informácií z oblasti statiky a náuky o pevnosti a pružnosti. Napr. podľa literatúry na

13 Motivačný úvod do predmetu Základy mechaniky pevných telies 13

14 Prečo sú na starých budovách hrubé steny a stĺpy a na nových tenké? Prečo nevidíme, že sa most prehne, keď po ňom prejde vlak? Prečo dokážeme postaviť mrakodrapy a nespadnú? Prečo sa ani veľké veľkotonážne lode nepotopia? Pevnosť a pružnosť FYZIKA Mechanika pevných telies Statika Kinematika Dynamika Na uvedené otázky poskytujú odpoveď disciplíny technickej mechaniky a to hlavne: statika a náuka o pevnosti a pružnosti (elastostatika).

15 Čo je to zaťaženie? sneh Podlahy Izolácie Betónová konštrukcia vietor ľudia nábytok zemetrasenie

16 Na každú konštrukciu pôsobia vonkajšie silové účinky = zaťaženie a v mieste styku dvoch telies = väzba, vznikajú reakčné silové účinky = väzbové reakcie Konštrukcie sa vplyvom účinku vonkajších síl namáhajú a vznikajú v nich vnútorné silové účinky, vyvolávajúce tzv. mechanické napätie) Keď vnútorné sily presiahnu určitú veľkosť konštrukcia sa poruší.

17

18

19 Výpočtový model konštrukcie v mechanike telies v podstate predstavuje súhrn všetkých vonkajších a vnútorných silových účinkov. Ak je medzi takýmito silami rovnováha teleso je v pokoji, tzn. nie je v pohybe = je statické. Pomocou statiky dokážeme riešiť: - rovnováhu medzi zaťažením, t.j. vonkajšími silami primárnymi (akčné sily) a miestami styku telies, t.j. vonkajšími silami sekundárnymi (reakčné sily = väzbové reakcie,) - rovnováhu medzi vonkajšími silami (akčnými, reakčnými) a vnútornými silami, pôsobiacimi na konštrukciu. Cieľom je taký stav, kedy je konštrukcia v pokoji = všetky silové účinky sú v rovnováhe - aby nenastal nežiaduci pohyb telesa. Pomocou náuky o pevnosti a pružnosti je možné: - navrhnúť rozmery jednotlivých prvkov konštrukcie (ak už vieme aké sily v nich pôsobia) tak, aby bezpečne zvládli preniesť (únosnosť) vznikajúce vnútorné sily, resp. aby ich pretvorenie (deformácia) boli primerané, - posúdiť únosnosť prvkov konštrukcie, tzn. či reálna konštrukcia vyhovuje novým podmienkam zaťaženia, t.j. napr. pri zmene zaťaženia konštrukcie.

20 Ďakujem za pozornosť.