М. Д. Горлов Кемеровский технологический институт пищевой

Вид материала

Документы

Содержание Об информационных технологиях по курсу сопротивления материалов Применение современных информационных компьютерных технологий при преподавании на специальности «динамика и прочность»

Подобный материал:

• Кемеровский технологический институт пищевой промышленности э. Г. Винограй основы общей, 3787.75kb.
• Кемеровский Технологический Институт Пищевой Промышленности Среднетехнический факультет, 59.81kb.
• Г. А. Гореликова основы современной пищевой биотехнологии учебное пособие, 1625.9kb.
• Научное обоснование и практическая реализация разработки пищевой продукции с использованием, 839.05kb.
• Д. Ю. Адаменко, зам генерального директора ООО «Сибагро, 1895.99kb.
• Организация производства, 1218.9kb.
• Стандартизация, сертификация, 974.5kb.
• Компьютерное делопроизводство, 2293.2kb.
• Психодиагностика, 1634.82kb.
• Физико-химические и экологические аспекты утилизации органо-минеральных сточных вод, 642.5kb.

^

ОБ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ПО КУРСУ СОПРОТИВЛЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ

«Сопротиление материалов», как известно, является одной из фундаментальных дисциплин, формирующих мышление будущего инженера, так как выполняет связующую роль между теоретическими науками (математикой, механикой и др.) и конкретными техническими дисциплинами. В то же время хорошо известны трудности, с которыми сталкиваются студенты при изучении этого курса. Еще более возросли эти трудности с переходом к многоступенчатой системе высшего образования, когда произошло значительное сокращение количества часов, отводимых на изучение курса сопротивления материалов. Поэтому особенно актуальным стал вопрос, как при таком уменьшении учебной нагрузки не только сохранить, но и поднять уровень качества подготовки будущих специалистов. Это стало возможным только благодаря новым информационным технологиям, непосредственно связанным с компьютеризацией учебного процесса.

В настоящее время общепризнанным является тот факт, что компьютеризация обучения является одним из наиболее эффективных и на сегодняшний день динамически развивающихся направлений совершенствования методики преподавания в высшей школе. Поэтому актуальными становятся задачи, связанные с организацией и осуществлением на практике компьютеризации учебного процесса. При этом особая роль отводится методической стороне дела, так как она решает состав необходимого методического обеспечения дисциплины.

Кафедра сопротивления материалов СумГУ на сегодняшний день формирует информационное обеспечение своей деятельности по двум основным направлениям- пополнения методического обеспечения печатным тиражированием новых учебных пособий и использования информационных технологий на основе компьютерной техники.

Особое внимание было уделено заочной форме обучения. Для них было подготовлено и издано в достаточном количестве учебное пособие «Сопротивление материалов». В нем в достаточно сжатой конспективной форме изложены основные разделы дисциплины, полностью соответствующие утвержденной рабочей программе. Изложение теоретического материала аналогично известному учебнику по сопротивлению материалов под редакцией Г.С. Писаренко. Для лучшего усвоения теоретического материала в конце каждой темы даются контрольные вопросы для самопроверки. Кроме того, в пособии подробно представлены методические указания к лабораторным и контрольным работам, а также приведены примеры решения контрольных работ. Все это позволяет студенту-заочнику эффективно использовать учебное пособие для самообразования. В настоящее время это пособие перенесено на электронные носители и в ближайшее время будет использовано для дистанционной формы обучения.

Для студентов дневной формы обучения кафедрой подготовлено учебное пособие с грифом Министерства образования и науки Украины «Избранные задачи по сопротивлению материалов (из опыта студенческих олимпиад)». В этом пособии обобщен двадцатилетний опыт подготовки и проведения олимпиад по сопротивлению материалов в Сумском государственном университете и содержит 126 оригинальных задач с подробным описанием методики их решений. Основная цель пособия- привлечь как можно больше студентов к творческой работе, дать им возможность самостоятельно проверить свои теоретические знания, творческий потенциал, тем самым расширить кругозор и подготовить себя к будущей трудовой деятельности. Студентам, которые будут пользоваться данным пособием, рекомендуется не спешить заглядывать в ответ, сначала надо тщательно проанализировать условие задачи, попытаться найти решение самостоятельно и только в крайнем случае следует обращаться к готовому решению, приведенному во второй части пособия.

Практика показала, что использование данного учебного пособия в качестве подготовки к Всеукраинской студенческой олимпиаде по сопротивлению материалов приносит, несомненно, эффект. Так, например, в течение последних восьми лет, когда мы начали использовать олимпиадные задачи в учебном процессе, наши студенты стали регулярно занимать призовые места во Всеукраинской студенческой олимпиаде. С 1986 по 2004 гг. было получено два первых места, два вторых и т.д.

Таким образом, определяющим фактором современного процесса реформирования высшего образования стала смена основных акцентов ее деятельности. В связи с этим важное значение в учебном процессе приобретает обновление информационных технологий на основе компьютерной техники, нацеленных на повышение его качества и на подготовку будущих специалистов в условиях компьютеризированного производства.

Как известно, в последние годы широкое распространение получили приближенные методы расчетов на прочность, основанные на минимизации потенциальной энергии твердого тела с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Объясняется это тем, что существуют уже готовые программные продукты с реализацией этого метода, которые с успехом используются в инженерной практике. Поэтому в настоящее время на кафедре сопротивления материалов делаются попытки изменения рабочей программы курса, чтобы в рамках отведенных часов ввести дополнительные разделы с изложением теоретических основ МКЭ и рассмотрением на этой основе наиболее характерных прочностных расчетов.


Ю.Я. Тарасевич,

ассистент,

А.В. Загорулько,

к.т.н., доцент

Сумский государственный университет, г. Сумы
^

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ ПРЕПОДАВАНИИ НА СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ДИНАМИКА И ПРОЧНОСТЬ»

Создание новых конкурентоспособных машин и оборудования не возможно без соответствующих глубоких знаний в области динамики и прочности. Современные роторные машины (насосы, компрессоры, турбины и т.п.), рабочие параметры которых постоянно возрастают и исчисляются десятками тысяч оборотов в минуту и давлениями до 50 МПа, испытывают целый ряд значительных статических и динамических нагрузок, которые могут вызвать не только поломку отдельных узлов машины, но и привести к выходу из строя всего агрегата, т.е. к аварии. Между тем, роторные машины могут перекачивать агрессивные, взрывопожароопасные, токсичные жидкости и газы, и выход из строя, например, уплотнительного узла такой машины, может негативно сказаться как на чистоте окружающей среды, так и на безопасности жизнедеятельности людей. Поэтому не вызывает сомнения тот факт, что специальность "Динамика и прочность" – является одной из наиболее наукоемких и дефицитных в области прикладной механики и математики специальностей, специалисты которой востребованы на современном высокотехнологическом машиностроительном производстве. На этой специальности наряду с преподаванием фундаментальных и специальных инженерных дисциплин большое внимание уделяется изучению студентами современных компьютерных технологий конструкторских разработок, научных исследований и инженерного анализа, а также получению навыков создания методик и программ расчетов на прочность и вибрацию. Поэтому, с учетом потребностей промышленных предприятий нашего города в составе специальности "Динамика и прочность" открыты две специализации, соответствующие основным научным направлениям кафедры: "Компьютерные технологии в системах герметизации роторных машин", "Компьютерная диагностика и прогнозирование надежности машин".

На сегодняшний день использование передовых технологий является важнейшим фактором обеспечения процветания экономики любой страны. Уровень технологического развития государства определяется уровнем развития базовых технологий. Одними из таких, давно признанными во всем мире технологиями, являются интегрированные компьютерные CALS-технологии (CALS, Continuous Acquisition and Life cycle Support – непрерывная поддержка поставок и жизненного цикла изделия) в промышленности. CALS–технологии являются основой для создания интегрированной информационной среды, объединяющей все процессы жизненного цикла продукции (проектирование, производство, эксплуатация, обслуживание, ремонт, утилизация) с целью повышения эффективности и конкурентоспособности продукции. По своей сути интегрированные компьютерные CALS-технологии предназначены для разработки и создания в кратчайшие сроки новых конкурентоспособных изделий и продукции с помощью электронного обмена данными по всем звеньям цепи Заказчик-Разработчик-Поставщик-Пользователь.

Ядро CALS-технологий составляют Cad/CAE/CAM – технологии (Cad/CAE/CAM, Computer Aided Design/ Engineering / manufacturing), в которых традиционный подход к разработке новых конструкций заменен принципиально новым, интегрированным подходом, получившим название «параллельное проектирование». В основе этой технологии лежит идея совмещенного во времени компьютерного проектирования изделия (CAD), выполнения многовариантных инженерных расчетов (САЕ, компьютерный инжиниринг) и технологической подготовки производства (CAM), что позволяет использовать проектные данные, начиная с самых ранних стадий проектирования и инженерного анализа одновременно различными группами специалистов.

В настоящее время наиболее наукоемкими компьютерными технологиями являются программные системы компьютерного инжиниринга – САЕ-системы. Актуальность применения САЕ-технологий в отечественной науке и промышленности предопределена тем, что ведущие фирмы мира три последних десятилетия в своих приоритетных разработках эффективно используют наукоемкие САЕ-технологии инженерного анализа. Эта же тенденция имеет место и на ведущих отечественных предприятиях, в первую очередь, высокотехнологичного машиностроительного комплекса, где активно внедряют и применяют CAD/CAM- и САЕ-технологии для производства новой и конкурентоспособной продукции.

Современный рынок наукоемкого программного обеспечения характеризуется тем, что разработчики программного обеспечения находятся в условиях жесткой конкуренции, в результате чего на рынке появляются новые и все более сложные в освоении версии САЕ-систем. Отметим, что по мнению самих разработчиков, уровень сложности освоения и эффективного применения современных САЕ-систем уже на данном этапе - это уровень кандидатов наук. Профессиональная работа с САЕ-системами требует от специалиста высокой научной и инженерной квалификации, поэтому совершенно ясно, что для подготовки таких специалистов недостаточно традиционного инженерного образования по тому или иному направлению. Такие специалисты должны обладать высокой физико-математической культурой и глубокими знаниями в области вычислительных и инженерных наук, которые можно получить только на специальности такого уровня как «Динамика и прочность».

Среди наиболее известных программных комплексов можно назвать: Ansys, MSC/Nastran, Ansys/CFX, которые позволяют решать широкий спектр инженерных задач механики деформируемого твердого тела, механики конструкций, механики жидкости и газа, теплообмена и теплопередачи, динамики, механики связанных полей. Эти программы представляют собой инструментарий для проведения математического моделирования и вычислительного эксперимента на основе принципиально новых математических моделей, содержат эффективные численные методы реализации таких моделей. Эти системы являются открытыми для программирования на любом уровне при помощи встроенных языков программирования и языков программирования высокого уровня, таких как Visual Fortran и C++. Пользователь имеет возможность встраивать любые процедуры, элементы, решатели, модифицировать и дополнять меню, подключать файлы сообщений и, таким образом, создавать собственные программы.

Создание таких универсальных компьютерных технологий собственными силами представляется практически невозможным из-за существующих серьезных финансовых ограничений. Поэтому, учитывая актуальность развития САЕ-технологий, на специальности «Динамика и прочность» было введено изучение одной из таких систем (программного комплекса Ansys) в учебный процесс. Университетская версия программы Ansys 6.1 была любезно предоставлена представительством фирмы CADFEM (г. Москва). На специальности было выполнено несколько выпускных работ с использованием программы Ansys на такие темы как: расчет на прочность центробежного колеса компрессора, анализ динамических характеристик ротора центробежного насоса, решение задачи гидроупругости и оптимизация геометрии деформированного щелевого уплотнения, расчет гидродинамически разгруженного торцового сальникового уплотнения и др. Изучение программы Ansys проходит в рамках лабораторных работ по предметам: «Численные методы задач в механике» и «Компьютерное моделирование динамических систем». На данный момент на кафедре уже разработаны методики прочностных и динамических расчетов в программе Ansys. При подготовке выпускных работ школьников «Городского центра научно-технического творчества молодежи», с которым кафедра поддерживает тесные связи, программа Ansys была использована для моделирования задач сопротивления материалов. Результаты, решения этих задач школьники доложили на университетской научно-технической конференции преподавателей, сотрудников и студентов.

Хорошим подспорьем в математических расчетах и научных исследованиях является использование математических систем аналитических вычислений, таких как Maple, MATLAB, Matematica, MathCad, которые значительно упрощают сложные математические расчеты и позволяют решать задачи сопротивления материалов, теории упругости и классической механики. Кроме этого, например, в пакете MATLAB, содержатся еще дополнительные модули, такие как Simulink и FEMLAB, которые позволяют моделировать и анализировать динамические системы, а также решать системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов. Перечисленные выше программы позволяют без привлечения больших материальных и временных затрат проводить моделирование сложных гидромеханических систем. А возможности визуализации процессов и состояний значительно упрощают анализ таких систем.

Неоценимые возможности при сборе информации и подготовке электронных методических пособий на кафедре дает использование сети Internet. Информация, полученная из глобальной сети, позволяет создавать пособия современного уровня.

В заключение необходимо отметить, что опыт использования компьютерной техники при подготовке по специальности «Динамика и прочность» подтвердил необходимость дальнейшего изучения компьютерных технологий для активизации усвоения знаний и их, безусловно, нужно использовать при дальнейшем переходе к дистанционным методам обучения. Поскольку использование системы Ansys позволяет пpодемонстpиpовать студентам современный уровень информационных технологий в области численных методов, повышает качество и глубину изучения методов расчета и анализа динамики и прочности элементов конструкций элементов, показывает возможности приближенных методов в решении сложных краевых задач механики сплошных сред, повышает интерес к изучению фундаментальных дисциплин.

В.Г. Концевич,

к. т. н., доцент,

С.А. Щеглов,

преп.

Сумский государственный университет, г. Сумы