Инновационные материалы и сплавы в конструкции горных машин

内容描述: Дисциплина изучает свойства, преимущества, технологии получения и обработки инновационных материалов, таких как высокопрочные стали, композиционные материалы, жаропрочные и коррозионностойкие сплавы. Целью дисциплины является развитие у студентов компетенций в выборе и обосновании применения материалов с учётом условий эксплуатации, надёжности и ресурса техники. В ходе изучения формируются профессиональные компетенции в области анализа материаловедения, подбора конструкционных материалов и оценки их влияния на технические и эксплуатационные характеристики горных машин. В результате освоения дисциплины студент способен применять современные материалы в проектных решениях, учитывать их свойства при расчёте и выборе узлов машин, а также использовать нормативно-техническую документацию.

贷款数: 5

Пререквизиты:

• Физика
• Химия. Школьный курс

*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:

*TypesOfClasses(zh-CN)*	*hours(zh-CN)*
*Lectures(zh-CN)*	15
*PracticalWork(zh-CN)*	30
*LaboratoryWork(zh-CN)*
*srop(zh-CN)*	30
*sro(zh-CN)*	75
*FormOfFinalControl(zh-CN)*	экзамен
*FinalAssessment(zh-CN)*	письменный экзамен

零件: Вузовский компонент

循环次数: Базовые дисциплины

Цель

• Развитие у студентов компетенций в выборе и обосновании применения материалов с учётом условий эксплуатации, надёжности и ресурса техники.

Задача

• Изучение свойств инновационных конструкционных материалов и сплавов, применяемых в горном машиностроении, их преимуществ по сравнению с традиционными материалами (стали, чугуны и др.).
• Формирование знаний о современных технологиях получения и обработки материалов, включая порошковую металлургию, аддитивные технологии, упрочняющие методы, наноструктурирование и термомеханическую обработку.
• Анализ факторов эксплуатационных нагрузок на элементы горных машин, таких как абразивный износ, коррозия, динамические и ударные нагрузки, температура, агрессивные среды.
• Оценка и подбор рациональных материалов и сплавов для отдельных узлов и деталей (рабочие органы дробилок, буровые коронки, ковши, конвейерные элементы, гидроцилиндры и т.д.) с учётом экономических и ресурсосберегающих критериев.
• Формирование навыков сравнения, выбора и обоснования применения инновационных материалов на основе свойств, условий работы и технологических возможностей производства.
• Приобретение опыта анализа мировых и отечественных тенденций в области материаловедения, включая использование композитов, сверхтвёрдых покрытий, керамико-металлических систем и высокопрочных сплавов.
• Развитие инженерного мышления и компетенций в проектировании конструкций горных машин с применением материалов нового поколения, ориентированных на повышение надёжности, ресурса и энергоэффективности техники.

Результат обучения: знание и понимание

• По завершении освоения дисциплины обучающийся должен знать и понимать: Классификацию современных конструкционных и инновационных материалов, применяемых в горном машиностроении (металлические сплавы, композиционные материалы, наноструктурированные материалы, сверхтвёрдые материалы, полимерные и керамические материалы). Физико-механические, химические и эксплуатационные свойства материалов, важные для работы горных машин в сложных условиях (износ, вибрации, ударная нагрузка, абразивная и коррозионная среда, высокие температуры). Основы металлургии и материаловедения, включая процессы получения, легирования, модифицирования структуры и упрочнения материалов для деталей горных машин. Технологии обработки, упрочнения и нанесения покрытий (термо- и термомеханическая обработка, поверхностное упрочнение, ионно-плазменные покрытия, аддитивные технологии, порошковая металлургия). Принципы выбора материалов и сплавов применительно к конкретным узлам и деталям горных машин с учётом требований прочности, надёжности, ресурса и экономической целесообразности. Основные тенденции инновационного развития материалов и технологий в машиностроении, включая отечественные и мировые достижения, стандарты и современные направления развития отрасли.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• По завершении изучения дисциплины обучающийся должен уметь применять полученные знания и понимание для решения инженерных задач, а именно: Определять требования к материалам и сплавам деталей и узлов горных машин исходя из условий эксплуатации (нагрузки, температура, коррозия, абразивность, вибрация, ударные нагрузки и др.). Осуществлять технически обоснованный выбор материалов и типов упрочняющих технологий для ключевых элементов горного оборудования, сравнивать альтернативные варианты по эксплуатационным, экономическим и технологическим критериям. Анализировать и интерпретировать результаты испытаний материалов, включая прочностные, коррозионные, трибологические и термостойкие характеристики, и использовать их при проектировании. Применять современные методы обработки, модификации и нанесения покрытий на детали горных машин с целью увеличения ресурса, надёжности и износостойкости. Разрабатывать предложения по модернизации и улучшению конструкций машин путем внедрения инновационных материалов и технологий, в том числе в рамках проектных и исследовательских работ. Использовать нормативно-техническую, справочную и научную документацию, включая стандарты, ГОСТы, ТУ, каталоги и научные публикации, при обосновании инженерных решений.

Результат обучения: формирование суждений

• По завершении дисциплины обучающийся должен быть способен формировать аргументированные инженерные суждения и выводы, опираясь на полученные знания, анализ и технологическую логику, а именно: Оценивать целесообразность применения различных материалов и сплавов для конструкций горных машин с учётом эксплуатационных условий, технологичности изготовления, стоимости и ресурса деталей. Обоснованно сравнивать альтернативные инженерные решения, выявлять их сильные и слабые стороны, а также предлагать оптимальные варианты на основе объективных критериев и данных испытаний. Формулировать профессиональные заключения и рекомендации, использующие научные и нормативные источники, результаты расчётов, моделирования и анализа литературы. Оценивать риски и ограничения, связанные с внедрением инновационных материалов, включая производственные, эксплуатационные, экологические и экономические аспекты. Проявлять критическое мышление при анализе современных материалов и технологий, не ограничиваясь авторитетными мнениями и рекламными утверждениями, а опираясь на доказательность и технические аргументы.

Результат обучения: коммуникативные способности

• По завершении дисциплины обучающийся должен демонстрировать навыки профессионального общения и сотрудничества в инженерной среде, в том числе: Грамотно и технически корректно излагать информацию, связанную с выбором, свойствами и применением инновационных материалов и сплавов в конструкциях горных машин — как в устной, так и письменной форме. Использовать профессиональную терминологию, стандарты и фактические данные при подготовке отчетов, презентаций, докладов и защиты проектных решений. Эффективно взаимодействовать в рабочей и учебно-исследовательской группе, проявляя уважение к профессиональным мнениям коллег и распределяя задачи в рамках совместных проектов. Осуществлять аргументированное обсуждение инженерных вопросов, давать и принимать конструктивную критику, вести диалог для поиска рационального решения. Презентовать результаты проектных, лабораторных и аналитических работ, используя современные средства визуализации, техническую документацию и цифровые инструменты.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• По завершении дисциплины обучающийся должен демонстрировать способность к самостоятельному обучению, развитию профессиональных знаний и адаптации к новым технологическим решениям, а именно: Самостоятельно искать, анализировать и отбирать научно-техническую информацию из академических, нормативных, патентных и цифровых источников, включая базы данных, каталоги материалов и результаты научных исследований. Планировать собственную образовательную траекторию, определять цели, сроки, необходимые ресурсы и методы изучения нового материала в области современных конструкционных и инновационных материалов. Критически оценивать новые методы, материалы и технологии, развивать способность к постоянному обновлению знаний в условиях быстро меняющихся инженерных и производственных требований. Использовать современные цифровые инструменты, симуляторы и программы инженерного анализа (например: CAE, CAD, базы материалов, лабораторные тренажёры) для самостоятельного изучения и закрепления материала. Проявлять инициативу в исследовательской и проектной деятельности, формулировать вопросы, гипотезы, запросы, а также оценивать собственный прогресс и результаты.

*TeachingMethods(zh-CN)*

Проблемно-ориентированное обучение (PBL) — решение инженерных задач и производственных кейсов, связанных с выбором материалов и технологий. Проектное обучение — разработка мини-проекта или технологического решения для конкретного узла горной машины. Интерактивные методы — дискуссии, деловые игры, мозговой штурм, ситуационный анализ. Цифровые образовательные технологии — использование CAD/CAE, цифровых библиотек, симуляторов, онлайн-платформ, видео-лабораторий. Исследовательский метод — выполнение мини-исследований, анализ научных статей и патентов, сравнительные таблицы материалов. Практико-ориентированное обучение — работа с реальными образцами материалов, промышленными кейсами, посещение предприятий или лабораторий. Флиппед-класс (перевёрнутое обучение) — изучение теории самостоятельно, обсуждение и применение на занятии. Тьюторское и наставническое сопровождение — индивидуальные консультации, маршруты и траектории развития.

*AssessmentKnowledge(zh-CN)*

Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.

*Period2(zh-CN)*	*TypeOfTask(zh-CN)*	*Total(zh-CN)*
1  *Rating(zh-CN)*	Выдается индивидуальное задание каждому студенту на рейтинг	0-100
2  *Rating(zh-CN)*	Выдается индивидуальное задание каждому студенту на рейтинг	0-100
*TotalControl(zh-CN)*	экзамен	0-100

*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*

*TypeOfTask(zh-CN)*	90-100	70-89	50-69	0-49
	Excellent	*Grade4(zh-CN)*	*Grade3(zh-CN)*	*Grade2(zh-CN)*
В соответствии с 8 разделом "Политика оценивания учебных достижений обучающихся" АП НАО «ВКТУ» 029-III-2022 Академическая политика НАО «ВКТУ имени Д. Серикбаева»	«Отлично» (90–100%) — студент владеет полным объемом знаний, умеет применять теорию для решения практических задач, проявляет самостоятельность и инициативу.	«Хорошо» (70–89%) — материал усвоен в достаточном объеме, допущены незначительные ошибки в расчетах и выводах, студент способен к самостоятельной работе.	«Удовлетворительно» (50–69%) — знания ограничены, допускаются ошибки при решении расчетных задач, требуется помощь преподавателя.	«Неудовлетворительно» (менее 50%) — материал не усвоен, задания не выполнены, студент не способен к самостоятельному применению знаний.

*EvaluationForm(zh-CN)*

Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:

• 40% результата, полученного на экзамене;
• 60% результатов текущей успеваемости.

Формула подсчета итоговой оценки:

И= 0,6	Р1+Р2	+0,4Э
	2

 

где, Р₁, Р₂ – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.

Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:

Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:

Оценка по буквенной системе	Цифровой эквивалент	Баллы (%-ное содержание)	Оценка по традиционной системе
A	4.0	95-100	Отлично
A-	3.67	90-94
B+	3.33	85-89	Хорошо
B	3.0	80-84
B-	2.67	75-79
C+	2.33	70-74
C	2.0	65-69	Удовлетворительно
C-	1.67	60-64
D+	1.33	55-59
D	1.0	50-54
FX	0.5	25-49	Неудовлетворительно
F	0	0-24

Темы лекционных занятий

• Введение в дисциплину. Роль инновационных материалов в развитии горного машиностроения.
• Классификация современных конструкционных материалов и сплавов. Основные требования к материалам горных машин.
• Условия эксплуатации узлов и деталей горных машин: нагрузки, среда, изнашивание, температурные и динамические воздействия.
• Стали нового поколения: высокопрочные, низколегированные, коррозионностойкие, износостойкие стали.
• Чугуны и модифицированные чугуны: высокопрочные и жаростойкие разновидности.
• Легирование и термическая обработка металлов: влияние на структуру и свойства.
• Порошковые и композиционные материалы: методы получения и применение в горной технике.
• Полимерные и полимерно-композитные материалы: механические и химические характеристики, области применения.
• Керамические, металлокерамические и сверхтвёрдые материалы: особенности и перспективы использования.
• Поверхностные покрытия и методы упрочнения: плазменные, ионно-лучевые, лазерные, термохимические методы.
• Аддитивные технологии (3D-печать) в изготовлении деталей горных машин: возможности и ограничения.
• Наноматериалы и наноструктурированные сплавы: характеристики, технологичность и применение.
• Методики испытаний инновационных материалов: прочностные, трибологические, коррозионные и ударные испытания.
• Примеры применения инновационных материалов в реальных узлах горных машин: рабочие органы, ходовые системы, редукторы, буровые инструменты.
• Инновации и тенденции развития материалов для горного оборудования.

Основная литература

• Современные конструкционные материалы для машиностроения: учебное пособие — Москва: Изд-во «Лань», 2020, 3-е изд., 268 стр. ISBN 978-5-8114-4864-7.
• Учебник «Основы материаловедения» (под ред. И. И. Сидорина) — Москва: Машиностроение, 1976; 2-е изд. 1986.
• Учебное пособие «Новые материалы в машиностроении» (В. А. Рогов) — Москва: …, 2008.
• Materials Science and Engineering: An Introduction (W. D. Callister Jr., D. G. Rethwisch) — зарубежное издание, охватывающее основы материаловедения.

Дополнительная литература

• Innovative Materials and Technologies — издательство: Scientific & Academic Publishing; печатное ISBN 978-3-03835-671-4.
• Aerospace Alloys (Topics in Mining, Metallurgy and Materials) — обзор сплавов, применяемых в авиации, может быть полезен для понимания высоко-нагруженных сплавов
• Materials Science in Construction: An Introduction — A. Ahmed и др. — объясняет выбор материалов в конструкциях, что можно адаптировать для горных машин.