Теория и методика профессионального образования | Мир педагогики и психологии №10 (99) Октябрь 2024

Обобщение опыта проведения занятий по темам «Растяжение и сжатие»

Баклашов Тимофей Андреевич
студент специальности «Электроэнергетика и электротехника», Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, Россия, Владивосток
Крюков Алексей Алексеевич
старший преподаватель кафедры «Инженерные дисциплины», Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет, Россия, Владивосток

Аннотация: В данной статье рассматриваются особенности проведения занятий по учебной дисциплине «Сопротивление материалов» по теме «Растяжение и сжатие». Основная цель изучения этой темы «Растяжение и сжатие» является демонстрация на простейших примерах деформации растяжения и сжатия конкретизировать общие положения учебной дисциплины «Сопротивление материалов». Вся тема Растяжение и сжатие» разбита на три части: вывод закона Гука при растяжении; вывод расчетной формулы на растяжение (сжатие); практические расчеты на растяжение (сжатие). Для закрепления всего материала лекции студентам необходимо решить задачу на проектный расчет.
Ключевые слова: сопротивление материалов, нагрузка, сила, деформация, напряжение, метод сечения, растяжение, сжатие

Baklashov Timofey Andreevich
student of the specialty «Electric Power engineering and electrical engineering» Far Eastern State Technical Fisheries University, Russia, Vladivostok
Kryukov Alexey Alekseevich
Senior Lecturer of the Department of Engineering Disciplines Far Eastern State Technical Fisheries University, Russia, Vladivostok

Abstract: This article discusses the features of conducting classes in the academic discipline "Resistance of materials" on the topic "Stretching and compression". The main purpose of studying this topic "Stretching and compression" is to demonstrate, using the simplest examples of stretching and compression deformation, to concretize the general provisions of the discipline "Resistance of materials". The whole topic of Stretching and compression" is divided into three parts: the derivation of Hooke's law in tension; the derivation of the calculation formula for tension (compression); practical calculations for tension (compression). To consolidate the entire lecture material, students need to solve a design calculation problem.
Keywords: material resistance, load, force, deformation, stress, section method, tension, compression

Современное  инженерное образование в последние годы претерпевает ряд изменений, связанных как с глобальным отказом нашей страны от Болонского процесса и переходом на свою суверенную систему высшего образования, так и изменения внутреннего характера, связанного с престижем технических специальностей. Развитие инженерного мышления является приоритетной задачей при подготовке будущих специалистов промышленности, транспорта и энергетики [1]. Существование различных типов, форм и методов развития инженерного мышления, обусловлено значимостью  инженерной мысли, так как технологический прогресс в области современных технологий требует постоянного повышения планки производительности труда [2].

В структуре профессиональной подготовки будущего инженера, главную роль играют  учебные дисциплины общепрофессионального цикла: «Инженерная графика. Начертательная геометрия», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» и другие.  Назначение данных дисциплин является быть связующим звеном между школьном обучением  и специальными дисциплинами. Это обуславливает междисциплинарный подход в рамках образовательной траектории, ко всей системе обучения в целом [3], [4].

Базовыми дисциплинами  при подготовке  инженера являются – «Инженерная графика», «Начертательная геометрия», разделы «Технической механики», и другие.  Развитие инженерного мышления  в ходе обучения на данных дисциплинах, позволяет ускорить освоение специальных дисциплин, и как следствие профессиональных компетенций. В рамках данной статьи  описываются особенности проведения учебных занятий по учебной дисциплине «Сопротивление материалов» по теме – «Растяжение и сжатие».

Цель изучения этой темы – на примерах деформации растяжения и сжатия конкретизировать общие положения учебной дисциплины «Сопротивление материалов» и, кроме того, привить студентов первоначальные навыки в простейших расчетах. Все объяснение следует вести для случая растяжения и лишь в самом конце изложения обратить внимание на то, что все рассуждения пригодны и для случая сжатия. Тогда же следует остановиться и на деформации смятия.

Весь материал можно разбить на три части: вывод закона Гука при растяжении и введение понятия модуля упругости; вывод расчетной формулы на растяжение (сжатие); практические расчеты на растяжение (сжатие).

Изложение закона Гука не составляет методических трудностей. Важно лишь отметить, что этот закон установлен на основании многих опытов. При этом красной нитью должна проходить мысль, что внешние силы вызывают деформацию, а деформация сопровождается появлением внутренних сил, значит и напряжений. Отсюда следует и формулировка закона Гука – напряжения, возникающие в материале, прямо пропорциональны относительному удлинению.

Необходимо обратить внимание учащихся на физический смысл модуля упругости Е. Для этого надо проанализировать формулу [5]:

                                                             σ=Е ε .                                                           (1)

не составляет труда, ибо учащимся совершенно ясно, что внутренние силы при растяжении распределены равномерно по сечению. После этого следует показать, как можно в другой форме написать закон Гука – уравнение для расчета на жесткость:

∆l = Pl
                                                                      EF .                                                         (3)

Запись основного расчетного уравнения на прочность надо дать в двух видах, а именно: для проектного и проверочного расчетов. Соответственно этому надо решать задачи на два вида расчета. Не следует решать задачи, в которых все необходимые расчетные данные уже есть в условии. Хорошо, если в условиях вместо величины допускаемого напряжения задается материал (и его марка) и характер нагрузки. Студенты  должны понять, что тем самым задано допускаемое напряжение, но его надо взять из таблицы.

Желательно наряду с простыми задачами, решать задачи, в которых учащиеся начинали бы с использования правил статики. Для закрепления всего материала лекции необходимо решить задачу на проектный расчет. Три стальных стержня, соединенных шарниром в точке А, в соответствии с рисунком 1а, поддерживают груз Р = 30 кН. Определить диаметры поперечного сечения стержней. Материал стержней – углеродистая сталь α= 30°.

Для начала необходимо создать общую схему решения. Все стержни растягиваются, известны материал (т. е. допускаемое напряжение) и внешняя нагрузка. Требуется определить диаметры (т. е. геометрические факторы). Таким образом, требуется произвести проектный расчет.

Рис. 1. Схема подвески груза на стержнях

Для всех стержней расчетные уравнения на растяжение аналогичны. Различие лишь в величине внешней силы. Стержень l воспринимает полную силу Р, что же касается стержней 2 и 3, то усилия, растягивающие их, можно определить лишь после разложения силы Р на две симметричные составляющие.

Далее необходимо определить  внешние силы, растягивающих стержней:

а) величина силы, действующая на стержень l, очевидна. Это сила Р=30 кН.

б) величину сил, действующих на стержни 2 и 3, получим после разложения силы Р, в соответствии с рис.1б.

После выполнения предыдущего этапа необходимо построить силовой треугольник (без масштаба) и применить известную студентам теорему синусов:

Далее следует определение внутренних сил. Очевидно, что, применив метод сечений, можно определить, что внутренние силы равны внешним.

Определение необходимых размеров диаметров стержней и общее расчетное уравнение растяжения при проектном расчете

1. Афанасьев, В. В. Инженерное мышление - ключевой компонент становления профессиональной позиции студентов технического вуза / В. В. Афанасьев, А. И. Карпова // Журнал психолого-педагогических исследований. – 2024. – № 1(5). – С. 20-25.
2. Филипчук, И. В. Формы и методы развития инженерного мышления у студентов технического вуза / И. В. Филипчук // Социально-экономические и технические проблемы оборонно-промышленного комплекса: история, реальность, инновации: межвузовский сборник статей по материалам IV Всероссийской научно-практической конференции, Арзамас, 28–29 ноября 2017 года / Арзамасский политехнический институт (филиал) Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева. – Арзамас: Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, 2017. – С. 102-104.
3. Григорьева, Е. В. Применение междисциплинарного подхода в образовательной и научно-исследовательской деятельности на примере преподавания инженерных дисциплин курсантам судомеханических специальностей / Е. В. Григорьева, С. В. Куличков, В. А. Плоткина // Научные труды Дальрыбвтуза. – 2022. – Т. 61, № 3. – С. 87-92.
4. Kriukov, A. A. Introduction of the educational trajectory for training workers in the ship repair field in Primorsky Kray / A. A. Kriukov // Vestnik of Astrakhan State Technical University. Series: Marine Engineering and Technologies. – 2023. – No. 4. – P. 115-120.
5. Эрдеди А.А., Эрдеди Н.А. Теоретическая механика. Сопротивление материалов. Москва: Высшая школа, 2012. – 320с.