книги / Методические указания по выполнению самостоятельной работы по дисциплине Вычислительная механика икомпьютерный инжиниринг

Таблица 1 . 3

Планируемые результаты выполнения СРС по дисциплине

11

2. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАННЫХ ВИДОВ СРС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Ниже изложены методики выполнения основных видов СРС по дисциплине «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг».

2.1. Самостоятельное изучение теоретического материала (ИТМ) и подготовка к аудиторным занятиям (ПАЗ)

Самостоятельному изучению подлежит теоретический материал, вынесенный в рабочей программе дисциплины на самостоятельную проработку (не рассматриваемый на лекциях). Самостоятельное изучение этого материала направлено на дополнение (расширение, углубление) содержания лекций и семинаров. ИТМ иПАЗ обеспечивают формирование компонентов «знать», «уметь», «владеть» заданныхкомпетенций.

Самостоятельное изучение теоретического материала и подготовка к аудиторным занятиям происходит по следующему алгоритму:

–студенту дается тема из перечня тем по разделам для самостоятельного изучения теоретического материала, представленных в табл. 2.1 для составления отчёта;

–студенту даётся основной список рекомендуемой литературы [5–8], используемый для написания отчёта по заданной теме. Также студент может пользоваться дополнительными источниками (например, электронными ресурсами);

–назначается срок сдачи отчёта (две недели после выдачи задания) и объём отчёта (от четырех страниц);

–при наступлении срока проверки студент должен представить преподавателю отчёт о выполненном задании;

–проверка и оценка отчёта осуществляется согласно шкале, представленной в табл. 2.2.

12

13

2.2. Подготовка к контрольным работам (ПКР)

Подготовка к контрольным работам (ПКР) является одной из наиболее важных частей СРС, характеризующей эффективность освоения компетенций дисциплины «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг».

Для эффективной подготовки к контрольной работе студент должен уточнить методические рекомендации ПКР, которые позволят ему успешно написать контрольную работу.

Методические рекомендации:

•ИТМ и ПАЗ;

•использование практических и теоретических навыков других студентов для анализа тем и вопросов, выносимых на контроль;

•консультация с преподавателем по темам и вопросам, выносимым на контроль.

Эффективность ПКР контролируется сдачей КР на оценку

«удовлетворительно» и выше. Критерии оценки приведены в табл. 2.3. Перечень тем и заданий, выносимых на контроль по дисциплине «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг», приведён в ФОС по дисциплине «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг». На КР студенту выдается 10 заданий, время выполнения 90 мин. Примеры заданий приведены в табл. 2.4.

14

Таблица 2 . 4 Примеры заданий для выполнения КР

Перечислите основные этапы решения задач любого типа конечноэлементного анализа.

Что такое постпроцессор?

Назовите составляющие любой программы, реализующей технологию МКЭ.

Перечислите основные типы анализа и задачи, решаемые в среде ANSYS.

Чем отличаются CAE-системы от CAD-систем?

За выполнение какой функции отвечает команда Define Loads?

Пояснитетермины«локальнаясистемакоординат» и«глобальнаясистемакоординат».

В чём заключается алгоритм формирования матрицы жёсткости в плоском треугольном элементе?

Приведите примеры использования условного оператора для создания цикла.

Какая команда отвечает за задание типа материала в ANSYS?

2.3. Выполнение индивидуальных заданий (ИЗ)

СРС ИЗ осуществляется согласно следующему алгоритму:

–студент выбирает тему из перечня тем для ИЗ представленных в табл. 2.5 для составления конспекта;

–назначается срок сдачи отчёта (две недели после выдачи задания) и объём отчёта (от пяти страниц);

–при наступлении срока проверки студент должен представить преподавателю отчёт;

–проверка и оценка отчёта осуществляется преподавателем согласно шкале, представленной в табл. 2.6.

Таблица 2 . 5

Темы для ИЗ

Решение задачи нестационарной теплопроводности для плоской стенки с использованием явной и неявной разностных схем.

Решениезадачиокручениипризматическогостержняметодомвзвешенныхневязок.

МКЭ-анализ вынужденных колебаний плоской конструкции.

Решение двумерной задачи теории упругости непрямым методом граничных элементов.

Анализ напряженно-деформированного состояния вала, нагруженного однонаправленным поверхностным давлением.

Решение задачи о течении неньютоновской жидкости в Т-образной трубе.

МКЭ-анализ вынужденных колебаний пространственной конструкции.

15

Тема 1. Решение задачи нестационарной теплопроводности для плоской стенки с использованием явной и неявной разностных схем.

Рассматривается процесс теплопередачи через плоскую cтенку.

Необходимо найти распределение температуры по толщине стенки в моменты времени t = 10, 30, и 60 с. На одной границе стенки поддерживается постоянная температура Tk, на другой границе – температура Tп. Начальная температура T0 равна 50 °С, источники тепловыделения внутри стенки отсутствуют.

Пластина изготовлена из стали: λ = 46 Вт/(м°C),

ρ = 7800 кг/м3, с = 460 Дж/(кг°C).

Задание выполняется в среде MatLab. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

Тема 2. Решение задачи о кручении призматического стержня методом взвешенных невязок.

Рассматривается кручение призматического стержня, один конец которого защемлен, а в середине участка нагружен изгибающим моментом M=10 кН·м; модуль упругости E=5 МПа, коэффициент Пуассона=0,3.

Необходимо построить эпюру крутящих моментов. Из условий прочности (с использованием гипотезы наибольших касательных напряжений) и жесткости определить диаметры стержня сплошного круглого поперечного сечения.

Задание выполняется в среде MatLab. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с ил-

16

люстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

Тема 3. МКЭ-анализ вынужденных колебаний плоской конструкции.

Пластина толщиной 8 мм имеет размеры 100 × 200 мм. Пластина закреплена по боковой грани. При проведении гармонического анализа к нижним углам конструкции прикладываются сосредоточенные гармонические силы. При проведении гармонического анализа отыскиваются первые (низшие) четыре собственных частоты и формы.

Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

Тема 4. Решение двумерной задачи теории упругости непрямым методом граничных элементов.

Необходимо провести НДС-анализ плоской конструкции, подвергнутой статическому воздействию P=40 кН. Толщина пластины 0,005 м. Параметры: EX = 2е11 Па и коэффициент Пуас-

сона PRXY = 0,27, ρ = 7800 кг/м3. Размеры сторон 0,2 и 0,05 м.

Найтиперемещения, деформации, напряжения.

Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

17

Тема 5. Анализ напряженно-деформированного состояния вала, нагруженного однонаправленнымповерхностнымдавлением.

Цилиндрический вал нагружен однонаправленной равномерно распределенной поверхностной нагрузкой. Диаметр оси 40 мм, длина 50 мм. Вследствие симметрии моделируется только одна ее половина. Граничные условия − заделка по торцевой поверхности; типзадачи − статический анализ.

Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

Тема 6. Решение задачи о течении неньютоновской жидкости в Т-образной трубе.

Модель T-образной трубки представляет собой смеситель для двух потоков. Свойства неньютоновской жидкости

(модель Каро) (η∞=4,5 мПа·с, Г= 0,033, η0=62,5 мПа·с, m=0,56).

Давление на входе 1 и на входе 2 = 100 Па, давление на выходе=20 Па. Найти распределения скоростей и давлений.

Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

Тема 7. МКЭ-анализ вынужденных колебаний пространственной конструкции.

Тонкостенный кронштейн толщиной 2,54 мм имеет размеры 101,6 × 177,8 мм. Радиус изгиба 50,8 мм. Кронштейн имеет центральный вырез и четыре отверстия по углам. По контуру верхних отверстий конструкция закреплена. При проведе-

18

нии гармонического анализа к нижним углам конструкции прикладываются сосредоточенные гармонические силы. При проведении гармонического анализа отыскиваются первые (низшие) четыре собственных частоты и формы.

Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.

Таблица 2 . 6

2.4. Реферат (РЕФ)

Всем студентам даётся тема реферата. Каждый студент должен представить реферат в установленные сроки, используя методическое и информационное обеспечение ПНИПУ.

Тема «Современные достижения вычислительной механики и компьютерного инжиниринга в мире». Реферат должен содержать обзор научных монографий, тезисов конференций и журнальных статей по механике и компьютерному инжинирингу за 2007–2017 годы, размещенных в информационных ресурсах sci- ence-direct.com и link.springer.com

19

Реферат должен быть оформлен в соответствии с требованиями СТО 4.2-07-2008. Объем реферата 20 страниц (число используемых источников не менее 50, включая интернет-ссылки).

Реферат выполняется в течение семестра. Представленный реферат проверяется преподавателем и защищается публично на семинаре. Комиссия из преподавателей кафедры оценивает выполненный реферат по шкале «зачтено – не зачтено» согласно требованиям, указанным в табл. 2.7.

20