Методичекая разработка открытого урока по дисциплине Техническая механика Тема Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов

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:
понимание сущности и социальной значимости своей будущей профессии, проявление к ней устойчивого интереса;
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)

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.

Брус, работающий на изгиб, называют
Предполагаемый ответ: балкой.



Изгиб, при котором в поперечном сечении бруса возникает изгибающий момент и поперечная сила, называется
Предполагаемый ответ: поперечный изгиб.



Когда поперечная сила считается положительной?
Предполагаемый ответ: Поперечная сила в сечении считается положительной, если она стремится развернуть сечение по часовой стрелке.



Когда изгибающий момент считается отрицательным?
Предполагаемый ответ: Если действующие на участке внешние силы стремятся изогнуть балку выпуклостью вверх, то изгибающий момент считается отрицательным.




Какой вид изгиба представлен на рисунках?
Предполагаемый ответ: Прямой и косой изгибы.



Назовите вид нагружения, изображенный на рисунках?
Предполагаемый ответ: сосредоточенная и распределенная нагрузки.



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)


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.


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  и изгибающий момент  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)

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).

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).

Насосы типа Д (Видео слайд 15)

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).

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).

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).

Кран-балка (Видео слайд19)

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).

Решение задачи
Решение задачи рассмотрим на примере кран-балки (Слайд 21).
Задача

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 [
·]= 160 МПа.

Рис. 1 Схема к расчету балки
Решение (Слайд 22).

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 суммемоментов 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.


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.

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.


Рис. 4 Эпюра изгибающих моментов

Определяем размер двутавровой балки:




где: - нормальное напряжение, Нм;
-момент сопротивления, см3.

В соответствии с сортаментом принимаем размер двутавра: ГОСТ 8239-72



5.2 Правила построения эпюр.
Сформулируем правила построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.

Правила построения эпюр:

При сосредоточенной нагрузке эпюра поперечных сил Q изображается прямой, параллельно оси балки, а эпюра изгибающих моментов Ми наклонной прямой (Слайд 23);



При сосредоточенной нагрузке (эпюра Qу образует скачек, численно равный значению самой силы (Слайд 24);


При равномерно-распределенной нагрузке эпюра Qу изображается наклонной прямой, а эпюра Ми параболой (Слайд 25);



Если на участках Qу<0, то изгибающий момент убывает,
если на участках Qу>0, то изгибающий момент возрастает,
если на участках Qу=0, то изгибающий момент постоянен (Слайд 26).



Сосредоточенный внешний момент M никак не отражается на эпюре Qу. На эпюре Ми, в месте приложения этого момента, имеется скачок на его величину (Слайд 27).




Закрепление изученного материала (10 мин) (Слайд 27-36).
Тестирование по изученному материалу (Приложение 1).





13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415















Подведение итогов проведенного занятия. Рефлексия (5 мин) (Слайд 37-39).




13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

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.





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 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:
13 QUOTE 141513 QUOTE 15
13 QUOTE 1415
13 QUOTE 1415
Для данного условия задачи выберите правильное значение равнодействующей сосредоточенной силы Q:
15 кН;
10 кН;
1 кН
Для 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.
№ вопроса
Вариант ответа
Проверка

1



2



3



4



5



6



7



Всего верных ответов


Оценка



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.












Рисунок 1Рисунок 2Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 23Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 1Рисунок 115