Оформление контрольной работы. по выполнению курсовой работы по дисциплине

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсовой работы по дисциплине

«Материаловедение»

Составитель: профессор, д.т.н. Гончаренко В.А.

Настоящие методические указания предназначены для студентов дневного отделения «Института материаловедения и технологий материалов» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «МАТИ» – Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского, выполняющих в 6-ом семестре курсовую работу (КР) по дисциплине «Материаловедение». В приложениях к методическим указаниям приведены индивидуальные технические задания на КР, справочные материалы и др.

Цель курсовой работы – развитие практических навыков выбора компонентов и расчета конструкций из полимерных композиционных материалов на примере трехслойной панели.

Структура и содержание курсовой работы

Отчет по КР состоит из титульного листа, трех разделов и приложения. Рекомендуемая структура и примерный объем разделов следующие:

Титульный лист (см. Приложение 6) (1 стр.)

1. Техническое задание на курсовую работу (см. Приложение 1) (1-2 стр.)

2. Выбор компонентов и расчет трехслойной панели (см. Приложение 2) (3-6 стр.)

3. Полученные результаты (см. Приложение 3) (1-2 стр.)

Приложение. Справочные материалы для выполнения курсовой работы (см. Приложение 4)

График выполнения курсовой работы

Выполнение КР осуществляется вне аудиторных занятий за счет часов самостоятельной работы студента по дисциплине «Полимерное материаловедение».

Оформление контрольной работы

Текст отчета по КР (включая таблицы и расчетные схемы) излагается грамотно на лицевой стороне листа белой односортной бумаги формата А4 (размером 210х297 мм). Текст на листах должен размещаться равномерно с полями: верхнее 20 мм, нижнее 20 мм, левое 25 мм, правое 15 мм. Нумерация страниц работ начинается с титульного, далее следуют разделы КР. Номера страниц проставляются вверху по центру листа арабской цифрой без точки (номер страницы на титульном листе не ставится).

Текст отчета по КР желательно набирать в текстовом редакторе Word и печатать на принтере шрифтом общего назначения размером кегля 12 или 14 с одинарным или полуторным интервалом и форматированием «по ширине». При выполнении таблиц и надписей к ним используется одинарный интервал с применением кеглей 10 или 12. Печать должна быть выполнена черным цветом. Допускается также выполнение отчета по КР в рукописном варианте. В этом случае работа должна быть написана аккуратно и разборчивым почерком, черной или синей ручкой, рисунки выполняются шариковой ручкой или другим инструментом, кроме карандаша.

Математические формулы должны сопровождаться пояснениями символов, использованных в них, если они не были расшифрованы ранее в тексте. Допускается вписывать формулы вручную. Символы в формулах и по тексту должны быть даны курсивом. Оформленный отчет по КР брошюруется в жесткую или мягкую папку (типа «скоросшивателя»). Допускается также брошюровка скобами или лентами.

Все расчеты должны быть полными и сопровождаться пояснительным текстом. Например:

«Подставляя в выражение (8) известные значения длины а (м) и ширины b (м) ТСП и рассчитанные значения толщины t (м) общивки и плотности r_КМ (кг/м³) ее материала, найдем массу М_обш (кг) одной обшивки:

»

Единицы измерений в расчетах должны соответствовать международной системе СИ (Н или кН, м, кг, Па или МПа).

Разделы отчета (их названия см. в п. 1) можно начинать с нового листа или продолжая предыдущий раздел, но отделяя пробелом от предыдущего текста. Названия разделов (заголовки) выполняются обычным по размеру (принятым в работе) шрифтом, не подчеркиваются и выделяются полужирным шрифтом. Заголовки размещаются по центру текста и начинаются с номера раздела. Для нумерации разделов используются только арабские цифры. Введение, выводы и список использованной литературы не нумеруются.

КР считается законченной в случае ее полного оформления и подписания руководителем.

Защита курсовой работы

Студенты защищают КР лектору в сроки по графику, составленному лектором, и с простановкой результата защиты в зачетную книжку и зачетно-экзаменационную ведомость. При вынесении оценки по КР, помимо правильности проведенных выбора и расчетов, аккуратного оформления работы и ответов непосредственно по выбору и расчетам, будут учитываться ответы на контрольные вопросы по тематике, непосредственно связанной с темой КР (см. Приложение 5).

Приложение 1. Техническое задание на курсовую работу

1.1. Условия и постановка задачи. Трехслойная панель (ТСП), имеющая длину а и ширину b, состоит из двух одинаковых по составу и толщине t обшивок и заполнителя из пенопласта толщиной с и плотностью r_зап = 0,1 кг/м³. ТСП растягивается силами F_x и F_y в направлениях осей х и у соответственно (см. рисунок). Обшивки изготовлены из n слоев однонаправленного полимерного композиционного материала (КМ). ТСП должна обеспечить жесткость D_x при ее изгибе в плоскости, перпендикулярной оси х. Каждый слой толщиной t₁ = 0,1 мм представляет собой однонаправленный КМ на основе армирующих волокон и полимерной матрицы. Объемная доля j_в волокон составляет 0,5, объемная доля j_м матрицы – соответственно 0,5.

Примечание. В зависимости от номера индивидуального технического задания выбираются дополнительные исходные данные для выполнения курсовой работы (см. Приложение 7) и заполняется табл. 1.

1.2. Расчетная схема ТСП

Расчетная схема ТСП: 1 – обшивки из ПКМ; 2 – заполнитель из пенопласта

1.3. Исходные данные.

Таблица 1. Критерии выбора и расчета проектируемой ТСП, а также требования, предъявляемые к этим критериям

Критерии	Требование к критерию
Основные критерии
Разрушающая нагрузка Fр.x в направлении оси х, кН	> Fx
Разрушающая нагрузка Fр.y в направлении оси у, кН	> Fу
Жесткость при изгибе ТСП Dx*,	> Dx.зад
Специальные критерии
Теплостойкость, оС	> …?
Максимальная удельная прочность при растяжении ТСП в направлениях х и у**	…?
Радиопрозрачность**	…?
Минимальная стоимость ТСП (определяется в основном стоимостью волокон)**	…?

П р и м е ч а н и е. В правую колонку вписать соответствующие данные, взятые из Приложения 7 согласно номеру индивидуального задания.

* Добиться заданной жесткости при изгибе ТСП D_x за счет толщины с заполнителя.

** В зависимости от технического задания на курсовую работу возможны 2 варианта требований – «Требуется» или «Не требуется».

Приложение 2. Порядок решения задачи (к разделу 2. Выбор компонентов и расчет трехслойной панели)

1. Выбрать тип ПКМ (типы армирующих волокон и полимерной матрицы) и обосновать его со ссылками на табл. 1 и 5. Примечание. 1.1. Если требуется максимальная прочность при растяжении ТСП в направлениях х и у при минимальной массе, то следует выбирать волокно с максимальной удельной прочностью при растяжении s_в/r_в (см. табл. 6 Приложения 4) при сохранении радиопрозрачности, если она требуется. При прочих равных условиях выбирается наиболее дешевое волокно. 1.2. Выбор матрицы зависит от ее теплостойкости. Если требованию по теплостойкости удовлетворяют 2 или более матриц, то выбирается более технологичная матрица (см. табл. 7 Приложения 4).

2. Составить табл. 2 со свойствами выбранных компонентов (взять из табл. 6 и 7).

Таблица 2. Свойства выбранных компонентов, необходимые для расчета ТСП

Свойство	… волокно*	… матрица*
Плотность rв, кг/м3	?	?
Прочность при растяжении sв, МПа	?	–
Модуль упругости при растяжении Ев, МПа	?	–

* Добавить, что за волокно и матрица.

3. Выбрать оптимальную схему армирования обшивок ТСП.

4. Рассчитать прочность s_1КМ при растяжении однонаправленного монослоя ПКМ (в направлении действия нагрузки) в обшивке ТСП.

5. Рассчитать количество слоев n_x и n_y в каждой из обшивок, обеспечивающее их требуемую прочность в каждом из направлений действия сил F_x и F_y, исходя из условий:

Примечание. При получении в результате расчетов дробного числа слоев выбирать ближайшее большее целое число.

6. Рассчитать толщину слоев t_x и t_y в каждой из обшивок, обеспечивающую их требуемую прочность в каждом из направлений действия сил F_x и F_y.

7. Рассчитать толщину t обшивки.

8. Рассчитать толщину с заполнителя, обеспечивающую заданную жесткость D_x ТСП при ее изгибе в плоскости y0z.

Примечание. При получении в результате расчетов дробной величины с выбирать ближайшее большее целое число в миллиметрах.

9. Рассчитать плотность r_КМ материала обшивок ТСП.

10. Рассчитать массу М_ТСП трехслойной панели.

Расчетные выражения для выполнения технического задания.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

Примечания. 1. Если в результате расчета n_x и n_y с использованием выражений (2) и (3) получились дробные значения, то выбираются ближайшие целые числа. 2. Если в результате расчета толщины с заполнителяс использованием выражения (9) получилось дробное значение, то выбирается ближайшее целое число в миллиметрах.

Полученные результаты расчетов свести в табл. 3 и 4.

Приложение 3. Полученные результаты

Таблица 3. Характеристики спроектированной ТСП

Характеристика	Значение
Состав (тип) ПКМ, из которого должны быть изготовлены обшивки ТСП*
Схема армирования
Прочность при растяжении s1КМ монослоя однонаправленного ПКМ в направлении действия нагрузки, МПа
Количество слоев nx в каждой из обшивок, обеспечивающее требуемую прочность обшивок в направлении действия силы Fx
Количество слоев ny в каждой из обшивок, обеспечивающее требуемую прочность обшивок в направлении действия силы Fy
Суммарная толщина слоев tx в каждой из обшивок, обеспечивающая их требуемую прочность в направлении действия силы Fx, м
Суммарная толщина слоев ty в каждой из обшивок, обеспечивающая их требуемую прочность в направлении действия силы Fy, м
Толщина одной обшивки t, м
Плотность материала обшивок rКМ, кг/м3
Масса одной обшивки Мобш, кг
Толщина заполнителя с, м
Масса заполнителя Мзап, кг
Масса трехслойной панели МТСП, кг
Толщина ТСП, h, м
Разрушающая нагрузка F р.x, кН
Разрушающая нагрузка Fр.y, кН
Модуль упругости Е1КМ монослоя ПКМ в направлении волокон, МПа
Жесткость при изгибе ТСП Dx, Н×м2
Теплостойкость, оС
Радиопрозрачность**

* Возможны 9 вариантов ответа в зависимости от выбранной матрицы и армирующих волокон. Например, «полиэфирный (эпоксидный, фенольный) стекловолокнит (углеволокнит, органоволокнит)».

** В зависимости от индивидуального технического задания на КР возможны 2 варианта ответа – «Достигнута» или «Не требуется».

Таблица 4. Требуемые и достигнутые значения свойств ТСП

Свойство	Требуемое значение*	Достигнутое значение
Основные критерии
Разрушающая сила в направлении оси х, кН
Разрушающая сила в направлении оси у, кН
Жесткость при изгибе ТСП Dx, Н×м2
Специальные критерии
Теплостойкость, оС
Максимальная удельная прочность при растяжении ТСП в направлениях х и у
Радиопрозрачность
Минимальная стоимость ТСП

* Колонка заполняется так же, как правая колонка в табл. 1.

Приложение 4. Справочные материалы для выполнения курсовой работы

Таблица 5. Свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые зависят преимущественно от свойств армирующих волокон или полимерной материцы

Свойство	Волокно	Матрица
Прочность	+	–
Модуль упругости	+	–
Радиопрозрачность	+	–
Теплостойкость	–	+
Стоимость	+	–

П р и м е ч а н и е. «+» – зависит; «–» – не зависит.

Таблица 6. Показатели свойств армирующихъ волокон, имеющихся для выбора состава ПКМ

Свойство	СВ	УВ	ОВ
Плотность rв, кг/м3
Прочность при растяжении sв, МПа
Удельная прочность при растяжении sв/rв, км
Модуль упругости при растяжении Ев, МПа
Стоимость	Низкая	Высокая	Высокая
Радиопрозрачность	Имеется	Отсутствует	Имеется

П р и м е ч а н и е. 1. СВ – стеклянное волокно; УВ – углеродное волокно; ОВ – органическое волокно.

Таблица 7. Показатели свойств полимерных матриц, имеющихся для выбора состава ПКМ

Свойство	ПЭМ	ЭМ	ФФМ
Плотность rв, кг/м3
Теплостойкость, оС
Технологичность	Высокая	Средняя	Низкая

П р и м е ч а н и е. 1. ПЭМ – полиэфирная матрица; ЭМ – эпоксидная матрица; ФФМ – феноло-формальдегидная матрица. 2. «Технологичность» – свойство, определяющее возможность изготавливать изделия из ПКМ при меньшем давлении и температуре. При прочих равных условиях (если нет, например, повышенных требований к теплостойкости ПКМ) следует выбирать матрицу с более высокой технологичностью.

Приложение 5. Контрольные вопросы к зачету по курсовой работе «Полимерное материаловедение»

1. Физический смысл понятий «плотность», «прочность», «модуль упругости», «удельная прочность» материалов.

2. Основные требования к конструкционным материалам. Что можно сказать о двух материалах с различной удельной прочностью?

3. Что такое «трехслойная конструкция» (ТСК)? Из каких слоев состоит? Как ее изготавливают? Чему равна жесткость при изгибе ТСК?

3. Что такое «полимерный композиционный материал» (ПКМ)? Назначение его основных компонентов.

6. Что такое «критическая длина армирующих волокон»?

7. Как влияют на прочность при растяжении однонаправленного ПКМ (s_пкм) относительные предельные деформации армирующего волокна (e_в) и матрицы (e_м).

8. Как влияют на прочность при растяжении однонаправленного ПКМ (s_пкм) относительные объемные содержания волокна (j_в) и матрицы (j_м).

9. Что такое «схема армирования ПКМ»? Что такое «оптимальная схема армирования ПКМ»? Какие основные схемы армирования бывают? Как от них зависит прочность при растяжении ПКМ?

Приложение 6. Форма титульного листа (образец)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «МАТИ» – Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского

«Институт материаловедения и технологий материалов»

Кафедра «………………………………………………..»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Материаловедение»

на тему:

«Выбор компонентов и расчет трехслойной панели из полимерных композиционных материалов» (с индивидуальным техническим заданием № …)»

Студент группы /Иванов И.И./

Руководитель, проф. каф. ТПНМ, д.т.н. /Гончаренко В.А./

Дата защиты:

Оценка:

Москва 2014

Примечания.

1. Вписать название соответствующей кафедры:

«Неорганические и композиционные материалы и покрытия»,

«Технология обработки металлов под давлением»,

«Технологии сварочного производства»,

или «Системы автоматического проектирования и технологии литейного производства».

2. Проставить в название курсовой работы соответствующий номер технического задания.

Приложение 7. Индивидуальные задания к выполнению КР

№	Основные критерии	Специальные критерии
Fx, кН	Fy у, кН	Dx, Н×м2	Ттс, оС	Макс. sв/rв	Радиопроз-рачность	Миним. стоимость ТСП
				> 70	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 140	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 190	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 70	Требуется	Не требуется	Не требуется
				> 140	Требуется	Не требуется	Не требуется
				> 190	Требуется	Не требуется	Не требуется
				> 70	Требуется	Требуется	Не требуется
				> 140	Требуется	Требуется	Не требуется
				> 190	Требуется	Требуется	Не требуется
				> 190	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 140	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 70	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 190	Требуется	Не требуется	Не требуется
				> 140	Требуется	Не требуется	Не требуется
				> 70	Требуется	Не требуется	Не требуется
				> 190	Требуется	Требуется	Не требуется
				> 140	Требуется	Требуется	Не требуется
				> 70	Требуется	Требуется	Не требуется
				> 70	Не требуется	Не требуется	Требуется
				> 140	Не требуется	Не требуется	Требуется

П р и м е ч а н и е. Т_тс – теплостойкость; s_в/r_в – удельная прочность волокна.