Du är välkommen till grundkursen i hållfasthetslära!

Transkript

1 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 1 Program för Hållfasthetslära grundkurs, HT 2010 SE1010 för MPT (12 hp), SE1020 för BD och SE1012 för IPI/MEI (9 hp) Varför läsa hållfasthetslära i civilingenjörsutbildningen? All form av utveckling av fysiska produkter kräver kunskap om hur strukturer, komponenter och material beter sig när de belastas. För att kunna skapa tillförlitliga och driftsäkra produkter behövs kunskap i hållfasthetslära. Ämnet har därför en central roll i M-, P-, T-, BDoch I-programmen. Lärandemålen ges i KTHs kurskatalog som följande: Efter avslutad kurs skall deltagaren kunna - beräkna spännings- och deformationstillstånd i sammansatta strukturer (fackverk, kompositer och enkla ramverk) utgående från modeller för slanka strukturer; stänger, balkar, nitar och cirkulära axlar. - beräkna spännings- och deformationstillstånd i axialsymmetriska strukturer (axlar, rör, tryckkärl). - beräkna belastningen på sprickor, i fall av rent öppnande belastning. - kunna dimensionera ovanstående typer av strukturer (välja material och geometri) med hjälp av kunskap om belastningen och materialets mekaniska egenskaper. Dimensioneringen kan vara med avseende på deformation, plasticering, brottstyrka, knäckning, livslängd (vid fall med upprepad belastning). - kunna avgöra de använda modellernas tillämpbarhet, och ha en uppfattning om storleksordningen på gjorda approximationer. - presentera, inom ramen för ett projektarbete, lösningen till ett hållfasthetstekniskt problem i en skriftlig rapport, med krav på innehåll, struktur och språk. Den sista punkten gäller för kurs SE1010, men inte för SE1020 eller SE1012. Föreläsare och examinatorer M och BD: Mårten Olsson, (mart@kth.se) P och I: Jonas Faleskog, (jonasf@hallf.kth.se) T: Jonas Neumeister, (jonasn@hallf.kth.se) Du är välkommen till grundkursen i hållfasthetslära!

2 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 2 Övningsassistenter M: Irene Linares Arregui, (irenela@kth.se) Tomas Dersjö, (tdersjo@kth.se) Daniel Sandberg, (dsandber@kth.se) Nils-Gunnar Ohlson, (ngohlson@kth.se) BD: Artem Kulachenko, (artem@kth.se) P: Carl Dahlberg, (carl@hallf.kth.se) Daniel Bremberg, (daniel@hallf.kth.se) Mikael Magnusson, (mima@kth.se) IPI/MEI: Sae-Il Murtada, (saeil@hallf.kth.se) Salar Sadek, (salaras@kth.se) T: Kristoffer Karlén, (kcarlen@kth.se) Nils-Gunnar Ohlson, (ngohlson@kth.se) Karin Almgren. (karin@hallf.kth.se) Kurslitteratur Hans Lundh, Grundläggande hållfasthetslära (GH), Institutionen för hållfasthetslära, KTH och utdrag om kompositer ur Bengt Sundström Enaxliga problem (EP) s , Institutionen för hållfasthetslära, KTH (210 kr). Bengt Sundström (redaktör), Handbok och formelsamling i hållfasthetslära (FS), Institutionen för hållfasthetslära, KTH (200 kr). Per-Lennart Larsson och Ragnar Lundell (redaktörer), Exempelsamling i hållfasthetslära (EX), 5:e upplagan, Institutionen för hållfasthetslära, KTH (150 kr) Summa: 560 kr. (Vi ser helst att ni betalar med kort på expeditionen.) Böckerna säljs på hållfasthetsläras expedition, Osquars backe 1, 1 trappa, som har öppet må, ti, to och fr kl (under vecka 35 och 36 även kl må, ti, to och fr). Av böckerna används GH och EP mest på föreläsningarna, FS och EX på övningarna. På kontrollskrivning och tentamen får man använda FS. Kursregistrering Deltagarlista kommer finnas vid föreläsningarna de första veckorna på kursen. De flesta kursdeltagare kommer ha sitt namn förtryckt på listan eftersom utb.kanslierna lagt in denna kurs som vald. Du måste skriva upp dig på listan för att bli registrerad som deltagare på kursen. Du kan se på MINA SIDOR när du blivit registrerad. Kurshemsida Kurshemsidan är gemensam för alla tre grundkurserna SE1010, SE1020 och SE1012. Den nås från KTHs hemsida genom att välja skolan Teknikvetenskap och därefter institutionen

3 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 3 Hållfasthetslära, sedan Kurser och så vidare. Den har den fullständiga adressen Där läggs kursinformation, äldre tentamina och andra nyttiga filer ut under kursen. Kontrollskrivning (KON1; 3 hp) Till hjälp för din inlärning erbjuds en frivillig kontrollskrivning den 12:e oktober. Den består av två problem med en svårighetsgrad som enklare tentamensuppgifter. Tillåtna hjälpmedel är FS, matematiska tabeller samt miniräknare. En helt rätt löst uppgift ger 2 poäng, en med smärre fel i lösningen ger 1 poäng och en med allvarliga fel ger noll poäng. En omkontrollskrivning erbjuds den 2:a november. Om-KS:en har samma format som ordinarie kontrollskrivning och rättas likadant. Men, från om-ks:en kan du högst tillgodoräkna dig 3 poäng på tentamen (även om rättningen ger dig 4 poäng). Ditt bästa resultat, på ordinarie KS eller om-ks, får du tillgodoräkna vid tentamen. Du kan alltså ha 0, 1, 2, 3 eller 4 extrapoäng vid tentamen. Tillgodoräkningen av poäng vid tentamen är giltig tills nästa kurstillfälle. Om du har 3 eller 4 poäng rapporteras du godkänd på momentet KON1. Om du har 0, 1 eller 2 poäng kommer du rapporteras godkänd på KON1 när du har ett godkänt resultat på tentamen. Laboration (LAB; 0 hp) Vid laborationen demonstreras hur provning används inom ämnet. Laborationen genomförs i vecka 43, med samma grupper som vid övningarna. Anmälningslista kommer finnas vid övningarna veckorna 40 och 41. Om du inte kan delta just den tid som din ordinarie övningsgrupp fått tilldelad, skriv inte upp dig på din grupps lista. Vecka 42 anslås restplatser vid laborationen på anslagstavlan mitt emot expeditionen vid KTH Hållfasthetslära. Projektuppgift för M, P, T i SE1010 (PROJ; 3 hp) Kursdeltagarna delas upp i grupper (ej självvalda) och får en projektuppgift. En föreläsning i vecka 37 handlar om projektet. Varje grupp hämtar gemensamt sin uppgift hos respektive projektassistent (OBS: projektassistenten är inte samma person som din övningsassistent). Uppgiften planeras och genomförs av gruppen, med ett minimum av hjälp utifrån. Redovisningen sker med en skriftlig rapport. Detaljer om uppgiften och rapportens utformning finns på kurshemsidan. Rapporten lämnas in till projektassistenten för granskning. Resultatet av granskningen är godkänt eller underkänt. Efter granskningen erhåller gruppen återkoppling på rapporten vid ett kort möte med projektassistenten. Uppgiften ska genomföras som ett grupparbete. Till den inlämnade rapporten ska bifogas en bilaga enligt mall på kurshemsidan. På denna bilaga, som skrivs under av samtliga i gruppen, anges vad respektive gruppmedlem varit ansvarig för eller bidragit med. Vid återkopplingsmötet efter avslutad granskning ska alla gruppmedlemmar vara beredda att svara på övergripande frågor om projektet och specifika frågor om sina egna ansvarsområden. Underkänd rapport måste kompletteras och lämnas in senare. Det finns endast tre inlämningstillfällen under läsåret: måndag 8:e november 2010 kl. 18:00, måndag 29:e november 2010 kl. 18:00 samt måndag 10:e januari 2011 kl 18:00. Granskningen tar ungefär en vecka. Om rapporten inte blir godkänd vid granskningen efter det sista inlämningstillfället hänvisas ni till nästa läsårs projekt som delas ut hösten 2011.

4 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 4 Tentamen (TEN; 6 hp) Ordinarie tentamen är tisdagen den 14:e december kl Anmälan är obligatorisk, senast 2 veckor före tentamen på MINA SIDOR. Notera din salsplacering. Rättningen tar normalt högst 14 arbetsdagar. Tillåtna hjälpmedel är FS, matematiska tabeller samt miniräknare. Tentamen består av 6 uppgifter som ger maximalt 6 poäng vardera. Vid rättningen dras poäng av för eventuella fel. Avdragen är olika stora beroende på felets art, de övergripande principerna är: -1 poäng: Slarvfel som ej ger orimliga resultat. -2 poäng: Mindre principfel. -6 poäng: Grovt principfel, t.ex. dimensionsfel, fel i jämvikt, fel som visar att man inte alls förstått uppgiften, löst annan uppgift. Om poängen efter avdrag på en uppgift understiger 3 anses den i sin helhet vara så ofullständigt genomförd att den tilldelas 0 poäng. På en uppgift ges alltså 6, 5, 4, 3 eller 0 poäng. Tentamensuppgifter är alltid av problemslösningstyp. Det krävs att du själv kan ställa upp och formulera det givna problemet med egna ekvationer, ofta mha formler ur formelsamlingen. Därefter följer lösandet av dessa ekvationer samt att besvara ställda frågor. Detta kräver aktiva kunskaper och förståelse. Att försöka memorera typtal fungerar inte! Du måste på egen hand träna att formulera och lösa problem. Övnings- och hemtalen är avsedda för sådan träning, och många av dem är gamla tentamenstal. Observera att tentamenstal mycket väl kan innehålla moment från flera olika kursavsnitt. Till ditt tentamensresultat läggs de bonuspoäng du har (från KS eller om-ks). Slutsumman kan därför bli mellan 0 och = 40 poäng. Betygsgränser: 0-11 ger F; ger FX, ger E, ger D, ger C, ger B, ger A. Äldre betygsgränser: 0-11 ger U; ger komplettering till 3, ger 3; ger 4, ger 5. Kompletteringstentamen vid betyg FX Betyget FX ger möjlighet till komplettering. Detta sker vid en två timmar lång kompletteringstentamen som består av två uppgifter inom på förhand angivna områden. Bägge dessa skall vara nöjaktigt lösta för slutbetyg E (3), annars rapporteras F (U) som slutbetyg. För decembertentamen planeras kompletteringen till måndag 17:e januari. För omtentamen i maj/ juni sker komplettering i augusti. Slutbetyg och rapportering av hel kurs Slutbetyget ges efter eventuell kompletteringstentamen. Rapportering av hela kursen kan ske först när alla de obligatoriska momenten klarats av. Observera att för M, P och T SE1010 rapporteras fyra moment: TEN1, KON1, LAB1 och PRO1. För BD SE1020 och I SE1012 rapporteras tre moment: TEN1, KON1 och LAB1. Kontrollskrivningen är trots detta frivillig. KON1 rapporteras godkänt automatiskt när TEN1 blir godkänt.

5 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 5 Frågetillfällen Inför tentamen finns lärare i Hållfasthetsläras seminarierum: fredag 10/12 kl och måndag 13/12 kl Kursutvärdering Kursutvärderingen består av en webbaserad enkät som alla kursdeltagare uppmanas fylla i. Alla som är registrerade på kursen kommer att få ett e-brev med information om detta vid kursens slut. Svaren från enkäten sammanställs till en rapport. Detaljprogram Kursen innehåller 54/52 (MPT/BDI) föreläsningstimmar (F), 38 övningstimmar (Ö) och c:a 1 timmar laboration. Projektet uppskattas ta c:a 60 timmar per person. OBSERVERA: Kursen har separata scheman för M och BD, P och I respektive T. Här nedan visas en principskiss: Kontrollskrivning om-ks Frågetillfällen på inst. Vecka Projekt Laboration Tentamen Schema för föreläsningar och övningar För tider och salar hänvisas till KTH:s lässchema. (*) Talen med nummer i kursiv stil är något lättare, börja gärna med dessa. F1 Innehåll Inledning, stång, normalspänning och normaltöjning, förskjutning, Hookes lag. Avsnitt i bok, övningstal GH 1, 2, ö1 Snittning av stänger, normalspänning. EX 2.1: 1, 2, 4, 16 F2 Axialbelastad stång, statiskt bestämda och GH obestämda problem, tvärkontraktion, skjuvning, Hookes lag för skjuvning. ö2 Statiskt bestämda och statiskt obestämda problem, skjuvning. EX 2.1: 1, 9, : 4, 6 Rekommenderade hemtal i EX (*) 2.1: 6, 11, 13, 3 5, 14, 15, 17, : 29, 33, 34, 31, : 5, 7

6 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 6 F3 ö3 F4 ö4 Innehåll Elastiska stångbärverk, statiskt bestämda strukturer och statiskt obestämda strukturer. Statiskt obestämda stångbärverk, friläggning, snitt och jämvikt. Materialmodeller, termoelasticitet och elastisk-plastiska stångbärverk. Termoelasticitet och elastiskt-plastiskt material. GH 4 EX 2.2: 5, 11, 14, 15 GH EX 2.1: 36, 40, 2.2: 31, : 1, 2, 16, 3, 4, 12, 17, : 35, 37, 38, : 20, 22, 30, 33, 38 F - om projektarbete. Vecka 37: på måndag för T, onsdag för P och torsdag för M - matrisformulering - gruppens arbete - tidplanering F5 Vridning av cirkulärt tvärsnitt, statiskt GH bestämda och statiskt obestämda vridproblem. F6 Vridning av cirkulärt tvärsnitt, elastisktidealplastiskt material, avlastning. GH ö5 Vridning av cirkulärt tvärsnitt. EX 2.6: 7, 14, 12, 31 F7 Böjning av rak balk. Snittstorheter. T- och M- GH diagram. F8 Böjning av rak balk. Normalspänning, GH ytstorheter. ö6 Friläggning, reaktionsstorheter, T- och M- diagram, normalspänning. F9 Deformation vid balkböjning. Elastiska linjens ekvation och randvillkor. Ö7 Genomgång av exempel-ks F10 Deformation vid balkböjning. Användning av elementarfall. Avsnitt i bok, övningstal EX 2.4: 19, 22, 42, 53 GH 7.6 GH ö8 Deformation vid balkböjning. EX 2.4: 97, 117, 120, 123 F11 Böjning av rak balk. GH 7.9 Elastiskt-plastiskt material. F12 Elastisk instabilitet. GH Rekommenderade hemtal i EX (*) 2.6: 1, 6, 8, 3, 26, : 16, 18, 45, 23, 47, : 95, 96, 98, 99, 118, 128 ö9 Elementarfall för böjning av balk. Elastisk instabilitet. Kontrollskrivning EX 2.4:104,103, 2.10: 12, : 122, 106 med elementarfall, :16,10, 22

7 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 7 F13 F14 Innehåll Spänningstillstånd i 3D. Huvudspänningar. Invarianter. Mohrs cirkel. Tunnväggiga tryckkärl. Spänning vid cylindrisk och sfärisk symmetri. GH GH ö10 Spänningsanalys. EX 1.1: 2, 8, 14, 13 Period 1 slut, period 2 börjar Laborationer i KTH Hållfasthetsläras lokaler ö11 Repetetionsövning (Ö1-Ö5) ö12 Repetetionsövning (Ö6-Ö10) Om-kontrollskrivning F15 Töjningstillstånd i 3D. Töjning vid cylindrisk GH och sfärisk symmetri. Konstitutiva ekvationer. F16 Cylindrisk symmetri. GH 11 Rör, tryckkärl och cirkulära skivor. ö13 Töjning i 3D. Rör och tryckkärl. F17 Spänning och töjning i tryckkärl och rör. Töjning i givare på ytor. Töjning i balkar och vridna axlar. Ö14 Extra övning (utdelat material) F18 Sammansättning av spännings- och töjningstillstånd, huvudspänningar. ö15 Spänningar och töjningar vid sammansatt belastning. Avsnitt i bok, övningstal EX 1.2:10,11,14 2.8: 1, 3 GH 6, 7, 9, 10 GH 6, 7, 9, 10 EX 2.9: 1, 6, 10, 11 F19 Kompositmekanik. EP 4.7 FS F20 Plasticitetsteori. GH 12 Rekommenderade hemtal i EX (*) 1.1: 1, 4, 10, 11, 12, : 7, 6, : 4, 2, 6 2.9: 2, 9, 4, 8 ö16 Kompositmekanik, plasticitetsteori. F21 Utmattning. GH 13 EX 2.1: 47, : 1, 7 2.1: 44, : 2, 6, 5, 21, 22 F22 Utmattning, fortsättning. GH 13 ö17 Utmattning. EX 2.12: 32, 38, : 37, 40, 42, 43

8 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 8 Innehåll Avsnitt i bok, övningstal F23 Statiskt brott. GH Rekommenderade hemtal i EX (*) F24 Spricktillväxt vid cyklisk belastning. GH 14.6 ö18 Statiskt brott och spricktillväxt vid cyklisk belastning. EX 2.12: 13, 17, 25, : 10, 12, 26, 11, 21, 29 F25 Dimensionering och FEM. F26 Repetitionsföreläsning. Föreläsningsanteckningar ö19 Övning på tentamenstal. Övningsanteckningar.