Конспект лекций
по курсу «Прикладная механика»
I раздел. Теоретическая механика
Тема 1. Введение. Основные понятия
Основные понятия и определения
Механикой называют область науки, цель которой – изучение движения и напряженного состояния элементов машин, строительных конструкций, сплошных сред и т.п. под действием приложенных сил.
В теоретической механике устанавливаются общие закономерности изучаемых объектов вне связи с их конкретными приложениями. Теоретическая механика – это наука о наиболее общих законах движения и равновесия материальных тел. Движение, понимаемое в самом широком смысле этого слова, охватывает собой все происходящие в мире явления – перемещение тел в пространстве, тепловые и химические процессы, сознание и мышление. Теоретическая механика изучает простейшую форму движения – механическое движение. Т.к. состояние равновесия есть частный случай механического движения, то в задачу теоретической механики входит также изучение равновесия материальных тел. Теоретическая механика является научной основой целого ряда инженерных дисциплин – сопротивления материалов, теории механизмов и машин, статики и динамики сооружений, строительной механики, деталей машин и др.
Теоретическая механика состоит из 3 разделов – статики, кинематики и динамики.
Статика есть учение о силах. Статика рассматривает общие свойства сил и законы их сложения, а также условия равновесия различных систем сил. 2 основные задачи статики: 1) задача о приведении системы сил к простейшему виду; 2) задача о равновесии системы сил, т.е. определяются условия, при которых данная система будет уравновешенной.
Кинематика есть учение о движении материальных тел с геометрической стороны независимо от физических причин, вызывающих движение.
Динамика есть учение о движении материальных тел под действием приложенных сил.
По своему построению теоретическая механика напоминает геометрию – в ее основе лежат определения, аксиомы и теоремы.
Материальной точкой называется тело, размерами которого в данных условиях задачи можно пренебречь. Абсолютно твердым телом называется такое тело. В котором расстояние между любыми его точками остается постоянным. Другими словами, абсолютно твердое тело сохраняет неизменной свою геометрическую форму (не деформируется). Твердое тело называется свободным, если его можно переместить из данного положения в любое другое. Твердое тело называется несвободным, если его перемещению препятствую другие тела.
Силой называют действие одного тела на другое, выражающееся в виде давления, притяжения или отталкивания. Сила – это мера механического взаимодействия тел, определяющая интенсивность этого взаимодействия. Сила – векторная величина. Она характеризуется точкой приложения, линией действия, направлением вдоль линии действия и своей величиной или численным значением (модулем).
Для силы имеем (рисунок 1.1): А – точка приложения, ab – линия действия; направление силы вдоль этой линии от А к В (указывается стрелкой), – величина (модуль) силы.
Силы изображаются буквами и т.д. с черточками сверху. Величины этих сил изображаются теми же буквами, но уже без черточек – F
, P
, Q
и т.д. Размерность: 
.
Совокупность сил, приложенных к телу, называется системой сил. Система сил может быть плоской и пространственной. Система сил является сходящейся, если линии действия всех сил пересекаются в одной точке (рисунок 1.2).
Две системы сил называются эквивалентными, если они оказывают на все точки тела одно и то же действие.
Если под действием системы сил твердое тело остается в покое, то такое состояние тела называется состоянием равновесия, а приложенная система сил называется уравновешенной. Уравновешенная система сил называется еще статически эквивалентной нулю.
Сила, эквивалентная данной системе сил, называется равнодействующей силой.
Силы, действующие на тело со стороны других тел, называются внешними силами. Силы взаимодействия между частицами тела называются внутренними силами.
Сила, приложенная к телу в какой-нибудь одной точке, называется сосредоточенной силой. Силы, действующие на все точки данного объема, поверхности или линии, называются распределенными силами.
Уравновешивающая сила – это сила, равная по величине равнодействующей, но направленная в противоположную сторону (рисунок 1.3).
1.2. Аксиомы статики
В основе статики лежат несколько аксиом или положений, подтвержденных опытом и поэтому принимаемых без доказательства.
Аксиома 1 . О равновесии двух сил, приложенных к твердому телу.
Для равновесия двух сил, приложенных к твердому телу, необходимо и достаточно, чтобы эти силы были противоположны и имели общую линию действия (рисунок 1.4)
Действие уравновешенной системы сил на покоящееся твердое тело не изменяет покоя этого тела.
Аксиома 2 . О присоединении или отбрасывании уравновешенной системы сил.
Не изменяя действия данной системы сил, можно прибавить к этой системе или отнять от нее любую уравновешенную систему сил (рисунок 1.5).
Аксиома 3
. Закон параллелограмма.
Величина равнодействующей силы и ее направление определяется соответственно по теореме косинусов, т.е. равнодействующая двух сил, выходящих из одной точки, выходит из этой же точки и равна диагонали параллелограмма, построенного на данных векторах (рисунок 1.6)
– аналитическое решение,
Геометрическое решение:
,
где 
– масштабный коэффициент, Н/мм
.
Аксиома 4 . О равенстве сил действия и противодействия.
Силы, с которыми два тела действуют друг на друга, равнопротивоположные и имеют общую линию действия (рисунок 1.7.)
Силы действия и противодействия не образуют уравновешенной системы сил, т.к. они приложены к различным телам.
Описание
На изучение прикладной механики по очной форме обучения отводится четыре года. За это время студенты освоят основные дисциплины:
- аналитическую динамику и теорию колебаний;
- инженерную и компьютерную графику;
- материаловедение;
- теоретическую механику;
- механику жидкости и газа;
- основы конструирования и детали машин;
- основы автоматизированного проектирования;
- теорию упругости;
- сопротивление материалов;
- строительную механику машин.
Кем работать
Основное направление профессиональной деятельности – инженерное. Реализовать свой потенциал выпускники могут, работая инженерами, инженерами-конструкторами, механиками и разработчиками. В совершенстве овладевшим знаниями в области компьютерной техники можно трудоустроиться в качестве специалиста по компьютерной биомеханике или по компьютерному инжинирингу. В зависимости от выбора узкого профиля выпускники могут работать как на заводах, так и в проектных компаниях. Активно развивающая сфера нанотехнологий испытывает регулярную нехватку кадров в сфере прикладной механики, а потому с удовольствием принимает на работу получивших данное образование.
Наиболее распространенные экзамены при поступлении:
- Русский язык
- Математика (профильный) - профильный предмет, по выбору вуза
- Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) - по выбору вуза
- Физика - по выбору вуза
- Химия - по выбору вуза
- Иностранный язык - по выбору вуза
Прикладная механика - научная область, занимающаяся изучением устройств и принципов механизмов. Данное направление играет большую роль в разработке и создании инновационной техники и оборудования. Любое устройство проектируется на основании тщательных расчетов и методов, которые обязаны отвечать всем принятым стандартам. Исправность работы техники и ее долговечность зависит от правильно рассчитанной конструкции, что требует глубоких технических знаний. Эта область актуальна в любое время, поскольку прогресс не стоит на месте, предприятия проектируют новые приборы и оборудование, создание которых невозможно без четких расчетов. Именно поэтому сегодня некоторые абитуриенты с математическим складом ума стремятся поступить на специальность 15.03.03 «Прикладная механика»: ведь найти персонал с качественными знаниями довольно сложно, что создает высокий спрос на профессию.
Условия поступления
Каждое учебное заведение предъявляет свои требования для поступающих, поэтому всю информацию стоит уточнять заранее. Свяжитесь с деканатом выбранного вами вуза и узнайте, какие именно предметы вам понадобится сдавать для поступления.
Тем не менее, профильной дисциплиной была и остается математика профильного уровня. Среди остальных же предметов вам могут встретиться:
- русский язык,
- физика,
- химия,
- иностранный язык,
- информатика и ИКТ.
Будущая профессия
В ходе своего обучения студенты направления изучают теорию прикладной механики и осваивают навыки расчетно-экспериментальных работ. Программа предусматривает решение задач по динамике, анализ и расчет таких параметров оборудования, как прочность и устойчивость, надежность и безопасность. Кроме того студенты учатся применять информационные технологии и приобретают знания в области компьютерной математики и компьютерного инжиниринга.
Куда поступать
Сегодня ведущие вузы Москвы предлагают абитуриентам освоить специальность «Прикладная механика», предоставляя им все необходимое техническое оснащение для получения качественных знаний. Наибольшее доверие вызывают такие учебные заведения, как:
- Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана;
- Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ);
- МАТИ - Российский государственный технологический университет имени К. Э. Циолковского;
- Московский государственный машиностроительный университет;
- Национальный исследовательский университет «МЭИ».
Срок обучения
Продолжительность образовательной программы в бакалавриате на очной форме обучения составляет 4 года, на заочной - 5 лет.
Дисциплины, входящие в курс обучения
В процессе обучения студенты осваивают такие дисциплины, как:
Приобретаемые навыки
В результате прохождения курса учебной программы выпускники приобретают следующие умения:
- Коллективное осуществление расчетов в сфере прикладной механики.
- Подготовка и оформление описаний, докладов и презентаций по производимым расчетам.
- Проектирование новой техники с учетом методов и расчетов, обеспечивающих прочность, надежность и долговечность машин.
- Разработка машинных деталей и узлов с помощью специального программного обеспечения для проектирования.
- Оформление технических документов на разрабатываемую продукцию.
- Проведение экспериментальных работ над создаваемыми продуктами.
- Рационализация технологических процессов.
- Внедрение инновационных объектов прикладной механики в современный экономический сектор.
- Осуществление контроля за безопасностью изготавливаемых объектов.
- Составление плана работы для подразделений и разработка эффективного графика для отдельных специалистов.
Перспективы трудоустройства по профессии
Кем можно работать по окончании университета? Выпускники данного направления могут занимать разнообразные должности, среди которых:
Специалисты данного профиля часто задействованы в строительной, автомобильной, авиационной и железнодорожной областях. В зависимости от опыта и заслуг, а также от места работы они получают в среднем от 30 000 до 100 000 рублей. Некоторые крупные компании с мировым именем готовы платить и большие суммы, но чтобы получить в них должность, необходимо наработать стаж и отличиться в своей профессиональной деятельности.
Преимущества поступления в магистратуру
Некоторые выпускники, получив степень бакалавра, не останавливаются на достигнутом и продолжают свое образование в магистратуре. Здесь у них появляется ряд дополнительных возможностей:
- Приобретение навыков в исследовании теоретических и экспериментальных проблем, связанных с разработкой современного оборудования.
- Изучение усложненных систем компьютерного проектирования.
- Возможность получить степень международного образца, которая позволит работать в иностранных компаниях.
- Освоение одного иностранного языка.
- Шанс занять ведущую позицию на крупном предприятии.
Прикладная механика - наука о мире материалов и механизмов
Прикладная (техническая) механика представляет собой комплексную дисциплину, в которой излагаются основные положения о взаимодействии твердых тел, прочности материалов и методах расчета конструктивных элементов, а также изучает простые и легко наблюдаемые формы движения — механические движения и сами механизмы и машины.
Материалы
С древних времен строители и архитекторы старались возводить прочные и надежные здания. При этом для определения размеров сооружения и его элементов пользовались эмпирическими правилами. В одних случаях это приводило к авариям, в других же удавалось строить вполне надежные сооружения (сохранившиеся до наших дней египетские пирамиды, римские виадуки и т.д.).
Обычно считают, что наука о прочности материалов возникла в XII веке после выхода книги великого итальянского ученного Г. Галилея «Беседы и математические доказательства двух новых отраслей науки» (1638 год), в которой были заложены основы сопротивления материалов. На протяжений последующих двух веков многие выдающиеся математики, физики и инженеры внесли вклад в развитие теоретических положений науки о прочности материалов: Я. Бернулли было выведено и решено уравнение изогнутой балки при изгибе; Р.Гуком открыт закон о прямой пропорциональности между нагрузкой и перемещением; О Кулоном дано решение по расчету подпорных стен; Л.Эйлером — решение задачи об устойчивости центральносжатых стержней и т.д. Однако эти положения, как правило, носили чисто теоретический характер и не могли быть применены на практике.
В XIX веке в связи с бурным развитием промышленности, транспорта и строительства потребовались новые разработки прочности материалов. Навье и Коши получили полную систему уравнений для решения пространственной задачи изотропного тела; Сен-Венаном решена задача о косом изгибе бруса с произвольной формой поперечного сечения; Клайпероном был разработан метод расчета неразрезных балок при помощи уравнений трех моментов; Брессом — методика расчета двухшарнирных и бесшарнирных арок; Максвеллом и Мором предложен метод определения перемещений и т.д.
Большой вклад в развитие науки внесли и русские ученные. Д.И. Журавскому принадлежит теория расчета мостовых ферм, а также формула для определения касательных напряжений при изгибе балки; А.В. Годолин разработал методы расчета толстостенных цилиндров; Х.С. Головин произвел расчет кривого бруса; Ф.С. Есинский решил задачу по определению критических напряжений при продольном изгибе в неупругой работе материала и т.д.
В XX столетии роль русских ученных в области расчета строительных конструкций стала ведущей. А.Н. Крыловым, И.Г.Бубновым и П.Ф. Папковичем была создана общая теория расчета конструкций, лежащих на грунтовом основании. В трудах видных ученных С.П. Тимошенко, А.Н. Динника, Н.Н. Давиденкова, С.В. Сересена, В.В. Болотина, В.З. Власова, А.А. Ильюшина, И.М. Рабиновича, А.Р. Ржаницына, А.Ф. Смирнова и многих других были развиты новые направления по созданию удобных методов расчета на прочность, устойчивость и динамические воздействия различных сложных пространственных сооружений.
На современном этапе развития большое внимание уделяется сближению расчетных схем и основных допущений с действительными условиями эксплуатации зданий и сооружений. С этой целью проводятся исследования по выявлению влияния на напряженно-деформированное состояние конструкций изменчивого характера прочностных параметров материала, внешних воздействий, нелинейной связи напряжений и деформаций, больших перемещений и т.д. Разработка соответствующих расчетных методик производится с использованием специальных разделов математики. Все современные методы расчета разрабатываются с использованием специальных разделов математики. Все современные методы расчета разрабатываются с широким применением электронно-вычислительной техники. В настоящее время создано большое число стандартных программ для ЭВМ, позволяющих не только осуществить расчеты различных сооружений, но производить конструирование отдельных элементов и выполнять рабочие чертежи.
Движение является способом существования материи, её основным неотъемлемым свойством.
Под движением в общем смысле понимается не только перемещение тел в пространстве, но и тепловые, химические, электромагнитные и любые другие изменения и процессы, включая наше сознание и мысль.
Механика
Механика изучает наиболее простую и легко наблюдаемую форму движения — механическое движение.
Механическим движением называется происходящее с течением времени изменение положения материальных тел относительно положения частиц одного и того же материального тела, т.е. его деформация.
Нельзя, конечно, все многообразие явлений природы свести только к механическому движению и объяснить их на основании положений одной механики. Механическое движение никоим образом не исчерпывает существа различных форм движения, но оно всегда исследовано раньше всего остального.
В связи с колоссальным развитием науки и техники стало невозможным в одной дисциплине сосредоточить изучение множества вопросов, связанных с механическим движением различного рода материальных тел и самих механизмов. Современная механика представляет собой целый комплекс общих и специальных технических дисциплин, посвященных исследованию движения отдельных тел и их систем, проектированию и расчету различных сооружений, механизмов и машин и т.д.
Инженеры-механики в дефиците: куда они уходят?
В данной ситуации отчасти виноваты сами работодатели, перекладывающие на плечи инженера целый ряд задач, которые не должны входить в круг его обязанностей (составление договоров с поставщиками оборудования, учет запасных частей и т.д.). В результате специалист, указывающий в резюме приличный опыт работы инженером-механиком, на самом деле не обладает теми навыками и знаниями, которые мог бы освоить за это время на данной позиции, поскольку половину рабочего времени тратил на решение совершенно других вопросов.
Безусловно, это только одна из причин дефицита опытных инженеров-механиков. Основными остаются массовый отток выпускников технических вузов в другие сферы деятельности (в частности, в продажи) на фоне постепенного ухода на пенсию старшего поколения. В среднем доля выпускников вузов, работающих по профилю полученного образования, составляет около 30%, хотя есть направления, где эта цифра существенно выше (70% в строительных специальностях, 66% в нефтегазовом деле).
На фоне столь печальной статистики особенно выразительно выглядит растущий интерес соискателей к позиции инженера по продажам. Кандидат на эту должность должен иметь высшее техническое образование, хорошо разбираться в специфике продукции или услуг (речь может идти о промышленном или строительном оборудовании, его установке и сервисном обслуживании). При этом среднее зарплатное предложение для инженера по продажам находится в пределах 50 000 – 80 000 руб., что выглядит привлекательнее тех 40 000 – 57 000 руб., на которые может претендовать инженер-механик с таким же опытом работы (от 2-х лет). Неудивительно, что число соискателей, претендующих на должность инженера по продажам, за последний год выросло на 23%.
Оставим в стороне грустные цифры и обратимся к должностным обязанностям инженера-механика.
Должностные обязанности
Обеспечение бесперебойной работы оборудования;
- проведение монтажных и пусконаладочных работ, приемка оборудования;
- контроль эксплуатации оборудования;
- проведение диагностики, технических осмотров оборудования;
- составление графиков планово-предупредительных и текущих ремонтов;
- техническое обслуживание, своевременный ремонт и модернизация оборудования;
- определение потребностей и составление заявок на приобретение материалов и запчастей для ремонта оборудования;
- участие в разработке мероприятий по повышению эффективности использования оборудования, по увеличению сроков эксплуатации;
- ведение учета оборудования, списание старого, изношенного оборудования;
- ведение технической и отчетной документации.
Зарплатные предложения и требования работодателей
Среднее зарплатное предложение для инженера-механика в Москве составляет 47 000 руб., в Санкт-Петербурге - 40 000 руб., в Волгограде - 20 000 руб., в Екатеринбурге - 30 000 руб., в Казани - 22 000 руб., в Нижнем Новгороде - 22 000 руб., в Новосибирске - 26 000 руб., в Ростове-на-Дону - 23 000 руб., в Омске - 22 000 руб., в Самаре 23 000 руб., в Уфе - 20 000 руб., в Челябинске - 26 000 руб.
Молодые специалисты – выпускники технических факультетов вузов – должны иметь хорошие теоретические и начальные практические знания механики промышленного оборудования, знать нормы и правила разработки технической и конструкторской документации, владеть специализированными программами (AutoCAD, КОМПАС-3D). Оклад инженеров-механиков, делающих первые шаги на данном поприще, в Москве составляет от 25 000 до 35 000 руб., в Санкт-Петербурге – от 20 000 до 28 000 руб., в Екатеринбурге – от 15 000 до 22 000 руб., в Нижнем Новгороде – от 12 000 до 17 000 руб.
| Город | Уровень дохода, руб.
(без опыта работы на данной позиции) |
|
| Москва | 25 000 - 35 000 | - Высшее техническое образование - Уверенный пользователь ПК (MS Office, AutoCAD, КОМПАС-3D) - Знание норм и правил разработки технической и конструкторской документации, ЕСКД - Хорошие теоретические и начальные практические знания механики промышленного оборудования - Навыки чтения чертежей |
| Санкт-Петербург | 20 000 - 28 000 | |
| Волгоград | 10 000 - 15 000 | |
| Екатеринбург | 15 000 - 22 000 | |
| Казань | 12 000 - 15 000 | |
| Нижний Новгород | 12 000 - 17 000 | |
| Новосибирск | 15 000 - 20 000 | |
| Ростов-на-Дону | 13 000 - 17 000 | |
| Омск | 12 000 - 17 000 | |
| Самара | 13 000 - 17 000 | |
| Уфа | 12 000 - 16 000 | |
| Челябинск | 14 000 - 20 000 |
Чуть более высокий заработок вакансии обещают инженерам-механикам с опытом работы от 1 года, досконально изучившим промышленное оборудование. Работодатели отдают предпочтение кандидатам, владеющим английским языком на уровне, достаточном для чтения технической документации, а в ряде случаев требуется знание электротехники и электроники. Зарплатные предложения для специалистов, соответствующих указанным критериям, в столице достигают 40 000 руб., в городе на Неве – 33 000 руб., в Екатеринбурге – 25 000 руб., в Нижнем Новгороде – 20 000 руб.
| Город | Уровень дохода, руб.
(с опытом работы от 1 года) |
Требования и пожелания к профессиональным навыкам |
| Москва | 35 000 - 40 000 | - Отличные знания устройства, принципов работы и правил эксплуатации промышленного оборудования - Знание английского языка на уровне чтения технической документации Возможное пожелание: знание электротехники и электроники |
| Санкт-Петербург | 28 000 - 33 000 | |
| Волгоград | 15 000 - 18 000 | |
| Екатеринбург | 22 000 - 25 000 | |
| Казань | 15 000 - 20 000 | |
| Нижний Новгород | 17 000 - 20 000 | |
| Новосибирск | 20 000 - 23 000 | |
| Ростов-на-Дону | 17 000 - 20 000 | |
| Омск | 17 000 - 18 000 | |
| Самара | 17 000 - 20 000 | |
| Уфа | 16 000 - 18 000 | |
| Челябинск | 20 000 - 24 000 |
Инженеры-механики со стажем работы более 2 лет, имеющие навыки диагностики и ремонта промышленного оборудования, имеющие также опыт работы с оборудованием определенного типа, зарабатывают в Москве до 57 000 руб., в Северной столице – до 48 000 руб., в Екатеринбурге – до 37 000 руб., в Нижнем Новгороде – до 28 000 руб.
| Город | Уровень дохода, руб.
(с опытом работы от 2 лет) |
Требования и пожелания к профессиональным навыкам |
| Москва | 40 000 - 57 000 | Навыки диагностики ремонта промышленного оборудования Возможное пожелание: готовность к разъездной работе / командировкам |
| Санкт-Петербург | 33 000 - 48 000 | |
| Волгоград | 18 000 - 28 000 | |
| Екатеринбург | 25 000 - 37 000 | |
| Казань | 20 000 - 27 000 | |
| Нижний Новгород | 20 000 - 28 000 | |
| Новосибирск | 23 000 - 33 000 | |
| Ростов-на-Дону | 20 000 - 30 000 | |
| Омск | 18 000 - 28 000 | |
| Самара | 20 000 - 30 000 | |
| Уфа | 18 000 - 27 000 | |
| Челябинск | 24 000 - 33 000 |
Опыт работы более 3 лет и отличные навыки монтажа, наладки, обслуживания и ремонта сложного промышленного оборудования вкупе с опытом организационной и руководящей работы позволяют соискателям претендовать на максимальный доход. В Москве он составляет 95 000 руб., в Санкт-Петербурге – 80 000 руб., в Екатеринбурге – 60 000 руб., в Нижнем Новгороде – 45 000 руб.
| Город | Уровень дохода, руб.
(с опытом работы от 3 лет) |
Требования и пожелания к профессиональным навыкам |
| Москва | 57 000 - 95 000 | - Опыт работы по монтажу, наладке, обслуживанию и ремонту сложного промышленного оборудования (в том числе с ЧПУ, АСУ ТП) - Опыт организационной и руководящей работы Возможное пожелание: знание английского языка на разговорном уровне |
| Санкт-Петербург | 48 000 - 80 000 | |
| Волгоград | 28 000 - 45 000 | |
| Екатеринбург | 37 000 - 60 000 | |
| Казань | 27 000 - 45 000 | |
| Нижний Новгород | 28 000 - 45 000 | |
| Новосибирск | 33 000 - 55 000 | |
| Ростов-на-Дону | 30 000 - 50 000 | |
| Омск | 28 000 - 50 000 | |
| Самара | 30 000 - 50 000 | |
| Уфа | 27 000 - 45 000 | |
| Челябинск | 33 000 - 55 000 |
Портрет соискателя
Работа инженера-механика – типично мужская сфера деятельности. Представители сильного пола составляют подавляющее большинство соискателей этой должности – 99%. 38% кандидатов – молодежь до 30 лет, 29% - соискатели в возрасте от 30 до 40 лет, 20% - от 40 до 50 лет, 13% - специалисты старше 50 лет. 91% инженеров-механиков имеет высшее техническое образование.
класс твитнуть
Код для вставки в блог
Инженер-механик
Инженер-механик – достаточно дефицитная профессия на российском рынке труда. Несмотря на соответствующее среднерыночному соотношение предложения и спроса (3,3 резюме на одну вакансию), найти квалифицированного инженера-механика достаточно сложно.
