Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji
Semestr: IV
Punkty ECTS: 4
Prowadzący: dr hab. inż. Adam Długosz prof. PŚ.

Opis przedmiotu

Odkształcalność typowych materiałów konstrukcyjnych jest zazwyczaj mała, jednakże niepomijalna, np:

Nagrzewnice wielkiego pieca, układ odkształcony (przeskalowany), wys. ok. 15m.

Wytrzymałość materiałów jest działem mechaniki, który zajmuje się ciałami odkształcalnymi. Obejmuje teoretyczne jak i doświadczalne badania procesów odkształcania i niszczenia ciał poddanych różnorodnym obciążeniom. Prowadzi to do analizy zachowania się konstrukcji pod działaniem obciążeń (tzw. praca konstrukcji).

Analiza taka pozwala zaprojektować konstrukcję tak, by mogła poprawnie pracować tworząc jednocześnie układ racjonalnie zaprojektowany. Projektowanie polega na doborze: a) kształtu; b) materiału; c) wymiarów konstrukcji. 

Do sił działających na konstrukcję zalicza się: a) siły zewnętrzne; b) ciężar (siły masowe); c) siły przekazywane przez współpracujące elementy; d) tarcie; e) zmiany temperatury; f) opory powietrza; g) parcie cieczy; h) skurcz; i) pęcznienie; j) korozję.

Przy ocenie konstrukcji należy sprawdzić następujące warunki:

• Warunek wytrzymałości - w całym elemencie obciążenia nie mogą spowodować osiągnięcia wytrzymałości materiału.

• Warunek sztywności - dotyczy występowania dużych odkształceń, uniemożliwiających normalną eksploatację konstrukcji (nawet mimo spełnienia pkt. 1).

• Warunek stateczności - spełnienie go ma zapobiec nagłym zmianom kształtu lub położenia pręta (nawet mimo spełnienia pkt. 1).

Metody, z jakich korzysta wytrzymałość materiałów, można podzielić na 3 główne grupy:

• Metody doświadczalne – laboratoryjne badania wytrzymałościowe pozwalają określić własności materiału i wyznaczyć parametry charakteryzujące jego odkształcalność.

• Metody analityczne – umożliwiają wyznaczenie takich wielkości, jak przemieszczenia, odkształcenia czy naprężenia na drodze obliczeń analitycznych;

• Metody numeryczne – dla większości rzeczywistych konstrukcji uzyskanie wyników na drodze obliczeń analitycznych jest niemożliwe bądź prowadzi do zbyt daleko idących uproszczeń. Powszechnie stosuje się numeryczne metody przybliżone, jak metoda elementów skończonych (MES) czy metoda elementów brzegowych (MEB). Metody te pozwalają uwzględnić w zasadzie dowolny stopień skomplikowania konstrukcji.

Obliczeniom (analitycznym bądź numerycznym) podlegają modele układów rzeczywistych. W układach mechanicznych niezbędne są następujące modele:

•  model materiału – np. ośrodek ciągły sprężysto-plastyczny;

•  model postaci (kształtu) – np. pręt, powłoka, tarcza, płyta;

•  model obciążenia – np. siła skupiona, siła powierzchniowa;

•  model złomu (pęknięcia, zniszczenia) – np. złom spowodowany obciążeniem statycznym, kruche pękanie.

Najczęściej stosowanym modelem postaci jest pręt.

Wyróżnia się 4 proste przypadki wytrzymałościowe:

• Rozciąganie – jedyną siła wewnętrzną w przekroju poprzecznym pręta jest siła normalna N.

• Ścinanie – jedyną siła wewnętrzną w przekroju poprzecznym pręta jest siła poprzeczna (tnąca) T.

• Skręcanie – jedyną siła wewnętrzną w przekroju poprzecznym pręta jest moment skręcający Ms.

• Zginanie – jedyną siła wewnętrzną w przekroju poprzecznym pręta jest moment gnący Mg.

Program przedmiotu

 - wykład: 30 godzin w semestrze
- ćwiczenia tablicowe: 30 godzin w semestrze
- zajęcia laboratoryjne: 15 godzin w semestrze

Warunki zaliczenia

Tematyka wykładów

Zajęcia laboratoryjne

• Regulamin zajęć laboratoryjnych i ramowa instrukcja BHP: do pobrania
• Uwagi dotyczące redakcji sprawozdań: do pobrania
• Zestaw ćwiczeń laboratoryjnych: do pobrania
• Instrukcje do laboratoriów: do pobrania

Tematyka zajęć laboratoryjnych:

1. Statyczna próba rozciągania metali.
2. Skręcanie prętów o przekroju kołowym.
3. Analiza stanu naprężenia metodą elastooptyczną.
4. Próby udarowe.
5. Metoda elementów skończonych dla układów prętowych.
6. Zginanie ukośne.
7. Doświadczalne sprawdzenie twierdzeń Bettiego i Maxwella.
8. Statyczne pomiary tensometryczne.
9. Badanie prętów na wyboczenie.
10. Wyznaczanie środka ścinania w prętach o przekrojach niesymetrycznych.
11. Metoda elementów skończonych dla zagadnień dwuwymiarowych.
12. Badania doświadczalne drgań własnych nietłumionych i tłumionych.

Literatura

• R. Bąk, T. Burczyński: Wytrzymałość materiałów z elementami ujęcia komputerowego, WNT, Warszawa, 2001.
• Z. Dyląg, A.Jakubowicz, Z.Orłoś: Wytrzymałość materiałów. Tom 1 i 2, WNT, Warszawa, 1996.
• R. Bąk: Piętnaście wykładów z wytrzymałości materiałów. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 1996.
• W. Szuścik, J. Kuczyński: Metodyczny zbiór zadań z wytrzymałości materiałów, cz.2, wyd. 2, Skr. Uczel. Pol. Śl., Nr 1918, Gliwice, 1995.
• M.E. Niezgodziński, T. Niezgodziński: Zadania z wytrzymałości materiałów, WNT, Warszawa, 1997.
• M. Banasiak, K. Grossman, M. Trombski: Zbiór zadań z wytrzymałości materiałów, PWN, Warszawa, 1998.

Odnośniki:

• http://www.mes.polsl.pl/ - Programy komputerowe MES do książki: R.Bąk, T.Burczyński „Wytrzymałość materiałów z elementami ujęcia komputerowego”.

• http://limba.wil.pk.edu.pl/~az/uzupeln.php - uzupełnienia do wykładu z wytrzymałości materiałów, Politechnika Krakowska.