Program för Hållfasthetslära grundkurs, HT 2011 SE1010 för MPT (12 hp), SE1020 för BD och IPI/MEI (9 hp)

Transkript

1 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 1 Program för Hållfasthetslära grundkurs, HT 2011 SE1010 för MPT (12 hp), SE1020 för BD och IPI/MEI (9 hp) Välkommen till grundkursen i hållfasthetslära! Varför läsa hållfasthetslära i civilingenjörsutbildningen? All utveckling av fysiska produkter kräver kunskap om hur strukturer, komponenter och material beter sig när de belastas. Kunskap i hållfasthetslära behövs för att kunna skapa tillförlitliga och driftsäkra produkter. Ämnet har en central roll i M-, P-, T-, BD- och I- programmen. Mål för ditt lärande i grundkursen i hållfasthetslära: 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. - arbeta i grupp för att lösa ett ingenjörsproblem inklusive planering och fördelning av arbetsuppgifter - presentera, inom ramen för ett projektarbete, lösningen till ett hållfasthetstekniskt problem i en skriftlig rapport, med krav på innehåll, struktur och språk. De två sista punkterna gäller enbart för kurs SE1010, inte för SE1020. Föreläsare och examinatorer M och BD: Bo Alfredsson (alfred@kth.se) P och I: Jonas Neumeister (jonasn@kth.se) T: Sören Östlund (soren@kth.se)

2 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 2 Övningsassistenter M: Björn Fallqvist (bfa@kth.se) Henrik Wentzel (hwentzel@kth.se) Daniel Sandberg, (dsandber@kth.se) Rami Mansour (ramimans@kth.se) BD: Ulrika Lagerblad (ulag@kth.se) P: Mikael Magnusson (mima@kth.se) Anton Hagman (antonhag@kth.se) Daniel Andersson (reds@kth.se) IPI/MEI: Geir Alm (geiralm@kth.se) Stefan Erlandsson (steerl29@kth.se) T: Rickard Shen (rshen@kth.se) Nils-Gunnar Ohlson (ngohlson@kth.se) Salar Sadek (salaras@kth.se) Kurslitteratur Hans Lundh, Grundläggande hållfasthetslära (GH), Institutionen för hållfasthetslära, KTH 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. Böckerna säljs på hållfasthetsläras expedition, Osquars backe 1, 1 trappa, öppet kl alla dagar. (under vecka 35 och 36 även kl ) Formelsamlingen, FS, får användas på på kontrollskrivningar och tentamen. Kursregistrering (betala gärna med kort) Deltagarlistan kommer att cirkuleras vid föreläsningarna under den första kursveckan. Du ska skriva under vid ditt namn för att vi ska få registrera dig på kursen. Om ditt namn inte är förtryckt på listan så lägger du till ditt namn på slutet av listan. Då gäller ett av två alternativ: - Om du varit registrerad på kursen något tidigare år (läst kursen tidigare) så ska du skriva OM inom parantes efter ditt namn. Då vet vi att vi ska omregistrera dig. Om du tidigare läst kursen men inte gjort projektet så ska du även skriva till att du vill göra projektet i år. - Om ditt namn inte är med och det är första gången du följer kursen ska du även göra ett kursval på MINA SIDOR. Skriv gärna FG för första gången vid ditt namn på listan.

3 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 3 Kurshemsida Kurshemsidan är gemensam för båda grundkurserna SE1010 och SE1020. Den nås från via Kurser. Den har den fullständiga adressen institutioner/hallf/gru/kurser/se1010/ht11-1. Där kommer ny information om kursen vara tillgänglig. Utöver hemsidan kommer KTH Social sida för SE1010 att användas som diskussionsforum. Kontrollskrivning (KON1; 3 hp) Till hjälp för din inlärning erbjuds 4 frivilliga kontrollskrivningar, se schema. De 3 första består enklare delproblem. Den sista innehåller två problem med en svårighetsgrad som motsvarar enklare tentamensuppgifter. Tillåtna hjälpmedel är FS, matematiska tabeller samt miniräknare. Varje kontrollskrivning ger 0 till 1 bonuspoäng till tentamen. Tillgodoräkning av bonuspoängen kan ske vid ordinarie tentamen i december 2011 och omtentamen i juni 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 hållfasthetsläran. Laborationen genomförs i vecka 47, med samma grupper som vid övningarna. Anmälningslista kommer att cirkuleras vid övningarna veckorna 45 och 46. Om du inte kan delta just den tid som din ordinarie övningsgrupp fått tilldelad, skriv INTE upp dig på din grupps lista. Vecka 47 anslås restplatser vid laborationen på anslagstavlan mitt emot Hållfasthetsläras expedition (Osquars Backe 1). Notera att listorna är underlag för rapportering av ditt deltagande i det obligatoriska momentet så skriv läsligt. Projektuppgift för M, P, T i SE1010 (PROJ; 3 hp) Projektuppgiften för M, P och T i SE1010 (ej BD och I i SE1020) genomförs i grupper om 3 4 teknologer (ej självvalda grupper). Respektive övningsassistent på M och P kommer att ha med sig en teckningslista på övningarna under veckorna 35 och 36. För T kommer grupperna att vara gemensamma för kurserna i Hållfasthetslära och Design och produktframtagning. En föreläsning i vecka 37 handlar om projektet. Varje grupp hämtar gemensamt sin uppgift hos respektive övningsassistent. Uppgiften planeras och genomförs av gruppen med handledning av övningsassistenten. Rapporteringen är uppdelad i två delar: resultaten från hållfasthetsberäkningarna och en skriftlig rapport. Hållfasthetsresultaten ska delrapporteras till assistenten vid separata tillfällen. Den slutgiltiga redovisningen sker med en skriftlig rapport som ska lämnas in senast fredag den 13 januari Detaljer om projektuppgiften och rapportens utformning finns på kurshemsidan. Rapporten lämnas in till övningsassistenten för granskning. Resultatet av granskningen är godkänt eller underkänt. Efter granskningen erhåller gruppen återkoppling på rapporten vid ett kort möte med projektassistenten.

4 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 4 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. Inför inlämningen av rapporten den 13 januari 2012 finns två schemalaggda skrivtider i sal med er övningsassistent. Tiderna är måndag den 9/1 kl 8-12 och tisdag den 10/1 kl 13-17, se KTH schema. Granskningen tar ungefär två veckor. Underkänd rapport måste kompletteras och lämnas in senast måndag 11:e februari 2012 kl. 18:00. Om rapporten inte blir godkänd vid granskningen efter det sista inlämningstillfället hänvisas ni till nästa läsårs projekt som delas ut hösten Tentamen (TEN; 6 hp) Ordinarie tentamen är fredag 16 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. Om din lösning innehåller fel men rimliga resultat kan du trots det få poäng på uppgiften. Hur många poäng du kan få beror på felet (eller felens) art. De övergripande principerna är: 6 poäng på uppgiften: Rätt lösning och svar. 5 poäng på uppgiften: Lösningen ger rimligt men fel slutresultat p.g.a. ett eller två slarvfel. 4 poäng på uppgiften: Rimligt men fel slutresultat p.g.a. ett mindre principfel. 3 poäng på uppgiften: Flera mindre principfel och eller slarvfel. Resultatet ska dock fortfarande vara rimligt och lösningen i huvudsak korrekt uppställd. 0 poäng på uppgiften: Lösningen innehåller minst ett grovt principfel. Som grova principfel räknas fel i jämvikt, dimensionsfel av typen 1 + a där a t.ex. har enheten m, löst annan uppgift, fel som visar att man inte alls förstått uppgiften eller så många mindre princip- och slarvfel att lösningen blir meningslös. På en uppgift ges alltså 6, 5, 4, 3 eller 0 poäng. (Lösningen av en uppgift får inte 1 eller 2 poäng eftersom en sådan lösning innehåller så många fel att slutresultatet inte blir användbart.) Tentamensuppgifter är alltid av problemslösningstyp. Det krävs att du själv kan ställa upp och formulera det givna problemet med egna ekvationer, ofta m.h.a. formler ur formelsamlingen. Därefter följer lösandet av dessa ekvationer samt att besvara ställda frågor. Detta kräver aktiva kunskaper och förståelse. Eftersom uppgifterna bygger på praktiska ingenjörstillämpningar som kan varieras i det oändliga kommer varje tentamensuppgift att vara nykonstruerad. Därför är det svårt att klara tentamen genom att försöka memorera typtal! 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 ett tentamenstal mycket väl kan innehålla moment från flera olika kursavsnitt. Till ditt tentamensresultat läggs de bonuspoäng du har från KS. Slutsumman kan därför bli mellan 0 och = 40 poäng.

5 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 5 Betygsgränser: 0-11 ger F; ger FX, ger E, ger D, ger C, ger B, ger A. Äldre betygsgränser: 0-11 ger U; ger FX 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 23 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 SE1010 för M, P och T rapporteras med fyra moment: TEN1, KON1, LAB1 och PRO1. För BD och I, SE1020, rapporteras tre moment: TEN1, KON1 och LAB1. Kontrollskrivningen är trots detta frivillig. KON1 rapporteras godkänt automatiskt när TEN1 blir godkänt. Frågetillfällen Inför tentamen finns lärare i Hållfasthetsläras seminarierum (innanför expeditionen på Osquars Backe 1, 1 trappa): tisdag 13/12 kl och onsdag 14/12 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 2 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: Kontrollskrivningar Frågetillfällen Vecka Projekt Laboration Tentamen

6 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 6 Schema för föreläsningar och övningar Tider och salar hittar du i KTH:s lässchema. F1 och Ö1 i tabellen betyder föreläsnings- och övningspass nummer 1. (*) Talen med nummer i kursiv stil är något lättare, börja med dessa! Vid några övningar är del av tiden avsatt för eget arbete - räknestugor. Lämpliga tal för räknestugorna är understukna. Innehåll Avsnitt i bok/ Övningstal F1 Inledning, stång, normalspänning och GH 1, 2 normaltöjning, förskjutning, Hookes lag. F2 Axialbelastad stång. GH Ö1 F3 Ö2 F4 Ö3 F5 Ö4 Frilägga, snitta och jämvikt i stänger. Normalspänning. Statiskt bestämda och obestämda problem, tvärkontraktion, skjuvning, Hookes lag för skjuvning. Statiskt bestämda och statiskt obestämda problem, skjuvning. 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. EX 2.1: 2, 1, 4, 16, 1(DE), 15 GH EX 2.1: 3, 5, 9, : 4, 6 GH 4 EX 2.2: 4, 5, 14, 11, 14, 15 GH EX 2.1: 36, 2.2: 20, 31, 39 F - om projektarbete. Vecka 37: på torsdag för T, fredag för P och M - uppgiften - gruppens arbete - tidplanering Kontrollskrivning 1 F6 Vridning av cirkulärt tvärsnitt, statiskt GH bestämda och statiskt obestämda vridproblem. Ö5 Elastisk vridning av cirkulärt tvärsnitt. EX 2.2:22,30,38 EX 2.6: 7,14,12 F7 Vridning av cirkulärt tvärsnitt, elastisktidealplastiskt GH material, avlastning. Ö6 Vridning av cirkulärt tvärsnitt i elastisktplastiskt material. F8 Böjning av rak balk. Snittstorheter. T- och M- diagram. Rekommenderade hemtal i EX (*) 2.1: 6, 11, 13, 14, 17, : 31, 33, 29, 32, : 5, 7 2.2: 1, 2, 3, 13, 16, 17, : 35, 37, 38, 2.2: 22, 30, 33, : 1, 6, 8, 3, 18, 22 EX 2.6: 29, : 23, 26, 27, 30 EX 2.6:15,22,25 GH

7 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 7 Innehåll Ö7 Friläggning, reaktionsstorheter, T- och M- diagram F9 Böjning av rak balk. Normalspänning, ytstorheter. Avsnitt i bok/ Övningstal EX 2.4: 19, 29, 20, 22, 28 GH Ö8 Böjning av balk - normalspänning. EX 2.4: 42, 47, 37, 39 F10 Deformation vid balkböjning. GH 7.6 Elastiska linjens ekvation och randvillkor. Ö9 Elastiska linjens ekvation EX 2.4: 97, 117, 120, 123 F11 Deformation vid balkböjning. GH 7.7 Användning av elementarfall. Ö10 Elementarfall för böjning av balk. EX 2.4:120,122, 102, 129 Kontrollskrivning 2 F12 Böjning av rak balk. GH 7.9 Elastiskt-plastiskt material. F13 Elastisk instabilitet. GH Rekommenderade hemtal i EX (*) 2.4: 16, 18, : 45, 40, : 95, 96, 98, 99, 118, : 95, 96, 119, 130, 131 Ö11 Böjning av balk i elastiskt-plastiskt material. Elastisk instabilitet. F14 Repetition F15 Spänningstillstånd i 3D. Huvudspänningar. Invarianter. EX 2.4: 60, 64, 2.10: 1, 12, 19 GH : 58, 61, : 16,10, 21 F16 Spänningstillstånd i 2D. Mohrs cirkel GH Ö12 Spänningsanalys. EX 1.1: 2, 8, 14, 1.1: 3, 4, 9, 11, 15 10, 13 F17 Tunnväggiga tryckkärl. GH Spänning vid cylindrisk och sfärisk symmetri F18 Töjningstillstånd i 3D. Töjning vid cylindrisk GH och sfärisk symmetri. Konstitutiva ekvationer. Töjningsmätning. Ö13 Töjning i 3D. EX 1.2: 10, : 7,10, 14 Kontrollskrivning 3 F19 Cylindrisk symmetri. Rör, tryckkärl och cirkulära skivor. GH (ej ) Ö14 Rör och tryckkärl. 1.3: 4,17,18 2.8: 1, 3, 11 F20 Sammansättning av spännings- och GH 6, 7, 9, 10 töjningstillstånd, huvudspänningar. 1.2: 6, 11, : 1, 8, 11, : 2, 4, 12, 15

8 KTH - HÅLLFASTHETSLÄRA 8 Innehåll Ö15 Spänningar och töjningar vid sammansatt belastning. Avsnitt i bok/ Övningstal EX 2.9: 1, 6, 9, 10 F21 Kompositmekanik. FS Rekommenderade hemtal i EX (*) 2.9: 2, 11, 4, 8 F22 Plasticitetsteori. GH 12 Ö16 Kompositmekanik, plasticitetsteori. Laborationer Kontrollskrivning 4 F23 Utmattning. GH 13 EX 2.1: 47, : 1, 7 2.1: 44, : 2, 6, 5, 21, 22 F24 Utmattning, fortsättning. Statiskt brott GH 13, Ö17 Utmattning. EX 2.12: 32, 38, 41 F25 Brottmekanik och spricktillväxt vid cyklisk belastning. Ö18 Statiskt brott och spricktillväxt vid cyklisk belastning. GH 14.1, EX 2.12: 13, 17, 25, 27 Ö19 Övning på tentamenstal. F26 Repetitionsföreläsning. Föreläsningsanteckningar Övningsanteckningar. 2.12: 37, 40, 42, : 10, 12, 26, 11, 21, 29