2871

2.Функциональные виды ГИС.

3.Представление географической информации картами ГИС.

4.Типы слоёв ГИС. Основные типы и элементы географической информации ГИС.

5.Пространственная привязка и системы координат в ГИС. Проекции используемы в картографии и ГИС.

Раздел 4. Численные методы – 7 лекций.

Цель: Дать студентам понимание того, что такое численный метод расчёта и моделиро-

вания сооружений и объектов, основных этапах исследования с его применением.

На занятиях рассматриваются:

-понятие численных методов;

-численные методы при решении инженерных задач гидротехники; примеры расчё-

тов;

-уравнения в частных производных, определяющие математические и физические модели работы ГС: Лапласа; Фурье; Пуассона; Фурье-Киргофа; уравнения гидродинамики Навье-Стокса и Сен-Венана;

-метод конечных разностей (МКР) – дискретизация дифференциальных уравнений,

разностные сетки, явные и неявные схемы, краевые (граничные и начальные) условия;

-метод конечных элементов (МКЭ);

-методы решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ): прямые – Га-

усса, LU разложения, прогонки трёх диагональных матриц;

-итерационные методы решения СЛАУ – МПИ, Зейделя, Релаксаций и сравнение их результативности.

-этапы решения задач численными методами и создания компьютерной модели ис-

следуемого процесса..

Контрольные вопросы к разделу 4

1. Определения аналитических и графических методов. Понятия численного метода.

Решение уравнений методом деления отрезка пополам.

2. Основные уравнения гидротехники в частных производных. Уравнения Лапласа,

Фурье, Пуассона, Фурье-Киргофа.

3. Основные уравнения гидротехники в частных производных. Уравнения гидродина-

мики Навье-Стокса и Сен-Венана.

4. Основные этапы метода конечных разностей МКР.

11

5.Дискретизация дифференциальных уравнений методом конечных разностей.

6.Явные и неявные разностные схемы метода конечных разностей.

7.Краевые, граничные и начальные условия численных методов.

8.Принципы метода конечных элементов (МКЭ).

9.Прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Ме-

тод Гаусса решения СЛАУ.

10.Метод LU разложения при решении СЛАУ.

11.Метод прогонки систем с трехдиагональными матрицами коэффициентов при ре-

шении СЛАУ.

12.Итерационные методы решения (СЛАУ). Метод простой итерации (МПИ).

13.Метод решения СЛАУ Зейделя и Релаксаций.

14.Особенности итерационных методов решения СЛАУ и их сравнение.

15.Этапы решения задач численными методами при разработке новой математиче-

ской модели.

16. Основные этапы построения численной модели и моделирования с помощью гото-

вых программных продуктов.

Раздел 5. Использование стандартных программно-вычислительных комплексов

для расчётов и моделирования работы гидротехнических сооружений – 3 практических

занятия

Цель: получение практических навыков использования стандартных программно-

вычислительных комплексов, основанных на численных методах (Plaxis), для расчётов и мо-

делирования работы гидротехнических сооружений.

На занятиях рассматриваются:

Программно-вычислительный комплекс в области расчёта геотехнических сооруже-

ний Plaxis. Создание в Plaxis численной модели геотехнического объекта: конечно-

элементной сетки и краевых условий. Численное моделирование этапов работы и нагруже-

ния геотехнического объекта. Графический вывод и анализ результатов моделирования

Раздел 6. Разработка компьютерных средств численного моделирования и расчёта

гидротехнических сооружений — (4 лекции и 14 практических занятий)

Цель: научится выполнять профессиональные задачи разработки, верификации и про-

граммной реализации методов расчёта и мониторинга строительных конструкций.

12

На занятиях рассматриваются:

Разработка математической модели процесса и алгоритма расчёта.

Разработка средств компьютеризации моделирования и расчёта: рабочая среда объ-

ектно-ориентированного языка программирования, принципы программирования в нём. Ве-

рификация методики и программного средства.

Кроме теоретического материала раздел в полном объёме рассматривается на практи-

ческих занятиях, где разрабатывается компьютерная программа расчёта гидротехнического сооружения, и рассматриваются для этого необходимые вопросы.

13

3. Методические указания по подготовке к практическим занятиям

3.1 Общие рекомендации по подготовке к практическим занятиям

Практическая часть аудиторных занятий проводится в работе за компьютерами, её за-

дача получить составляющие компетенций – умения и владения. Осваиваются изучаемые по программе дисциплины темы, выполняются в аудитории основные этапы расчётно-

графических работ (РГР), которые позже доделываются и оформляются в ходе самостоя-

тельной работы.

В ходе подготовки к практическим занятиям необходимо изучать основную литерату-

ру, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периоди-

ческих изданиях: журналах, газетах и т.д. При этом необходимо учесть рекомендации препо-

давателя и требования учебной программы.

Студент может дополнить список использованной литературы современными источни-

ками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем исполь-

зовать собственные подготовленные учебные материалы при оформлении РГР.

3.2 Общие рекомендации по изучению материала практической части

На практические занятия выносится материал далее приведённых разделов.

Раздел 5. Использование стандартных программно-вычислительных комплексов для расчётов и моделирования работы гидротехнических сооружений – 3 практических занятия

В рамках раздела 5 выполняется РГР 1, на примере пояснений выполнения которой

излагаются следующие изучаемые темы:

- программно-вычислительный комплекс в области расчёта геотехнических сооруже-

ний Plaxis;

-создание в Plaxis численной модели геотехнического объекта: конечно-элементной сетки и краевых условий;

-численное моделирование этапов работы и нагружения геотехнического объекта;

-графический вывод и анализ результатов моделирования.

Раздел 6. Разработка компьютерных средств численного моделирования и расчёта

гидротехнических сооружений — 14 практических занятий

14

В рамках раздела 6 выполняется РГР 2 по написанию компьютерной программы, на

примере пояснений выполнения которой излагаются следующие изучаемые темы:

-объекты их свойства и события; типы переменных;

-стандартные процедуры и функции; операторы математические, логические, цикли-

ческие;

-компиляция программы; отладка программы;

-динамические и статические массивы и операции с ними; параллельно исполняемые процедуры и вычисления;

-запись данных в файл и чтение из файла;

-расчётные исследования с помощью разработанного программного средства.

3.3Темы расчётно-графических работ (РГР)

РГР 1. Расчёт устойчивости гидротехнического сооружений методом компьютерного моделирования в программном комплексе Plaxis, основанном на численных методах.

РГР 2. Разработка программно-вычислительного средства:

1. расчёта и построения кривой депрессии в теле земляной плотины по схеме выбран-

ного номера;

2.расчёта и построения кривой расходов для произвольного сечения русла реки;

3.построения кривой свободной поверхности воды в водотоке.

4.построения профиля водослива практического профиля по координатам Кригера-

Офицерова;

5.расчёта и построения металлической спиральной камеры гидротурбины;

6.расчёта и построения бетонной спиральной камеры гидротурбины;

7.расчёта и построения гидравлических характеристик системы питания судоходного

шлюза.

8.расчёта по теме научно-исследовательского раздела выпускной работы.

По РГР 1 студенту выдаётся расчётная схема гидротехнического сооружения имею-

щего в своей конструкции шпунтовую стену, расчёт устойчивости которого нужно выпол-

нить.

15

По РГР 2 студенту либо назначается преподавателем одна из представленных выше тем, либо он с научным руководителем выпускной квалификационной работы (ВКР) выби-

рает тему, которая будет использована в ВКР.

3.4 Требования к расчётно-графическим работам

Расчётно-графические работы оформляются в виде единого отчёта, содержащего со-

ответствующие разделы.

Каждая РГР содержит описание теоретической части и практической части по выпол-

нению индивидуального задания.

В РГР 1: в теоретической части описываются особенности программы Plaxis и выде-

ляются основные этапы численного моделирования: в теоретической части описывается ис-

пользование программы для выполнения расчёта заданного гидротехнического сооружения по этапам (построении геометрии модели, наложение краевых условий, расчётные исследо-

вания на численной модели, вывод результатов моделирования и их анализ), каждый этап поясняется иллюстрациями (расчётная схема, конечно элементная сетка, начальные и гра-

ничные условия, деформированная сетка, поверхность сдвига, коэффициенты устойчивости),

и в итоге делается вывод по результатам работы.

По РГР 2 отчёт содержит краткое описание программы и блок схему алгоритма расчё-

та, результаты расчётов по программе Кроме того по РГР 2 должна быть представлена рабо-

тающая компьютерная программа, обладающая интерфейсом позволяющим: производить ввод исходных данных; их сохранение в текстовый файл; загрузку файла исходных данных;

расчётную часть; сохранение результатов расчётов в файл; графическое отображение рассчи-

танных сооружений или графиков физических процессов; и импорт их в AutoCAD и растро-

вый файл.

Отчёт по РГР до зачёта сдаётся преподавателю на проверку, исправляется по замеча-

ния, и оценивается.

16

4. Методические указания по организации самостоятельной работы

4.1 Общие рекомендации для самостоятельной работы

Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются:

-систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов;

-углубление и расширение теоретических знаний;

-формирование умений использовать нормативную, правовую, справочную докумен-

тацию и специальную литературу;

-развитие познавательных способностей и активности студентов:

-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосо-

вершенствованию и самореализации.

Запланированная в учебном плане самостоятельная работа студента рассматривается как связанная либо с конкретной темой изучаемой дисциплины, либо с подготовкой к курсо-

вой, дипломной работе, а также к защите ВКР. В данном разделе рассматривается только са-

мостоятельная работа первого вида.

Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация.

Планирование самостоятельной работы включает:

-уяснение задания на самостоятельную работу;

-подбор рекомендованной литературы;

-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:

-изучение рекомендованной литературы;

-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);

-взаимное обсуждение материала.

Необходимо помнить, что на занятиях обычно в теоретической части рассматривается не весь материал. Оставшийся материал восполняется в процессе самостоятельной работы. В

связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна.

Работа с литературой и иными источниками информации включает в себя две группы

17

приемов: техническую, имеющую библиографическую направленность, и содержательную.

Первая группа – уяснение потребностей в литературе; получение литературы; просмотр ли-

тературы на уровне общей, первичной оценки; анализ надежности публикаций как источника информации, их относимости и степени полезности. Вторая – подробное изучение и извле-

чение необходимой информации.

Для поиска необходимой литературы можно использовать следующие способы:

-поиск через систематический каталог в библиотеке;

-просмотр специальных периодических изданий;

-использование материалов, размещенных в сети Интернет.

Для того, чтобы не возникало трудностей понимания текстов учебника, монографий,

научных статей, следует учитывать, что учебник и учебное пособие предназначены для сту-

дентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя. Моногра-

фии дают обширное описание проблемы, содержат в себе справочную информацию и отра-

жают полемику по тем или иным дискуссионным вопросам. Статья в журнале кратко излага-

ет позицию автора или его конкретные достижении в исследовании какой-либо научной про-

блемы.

В процессе взаимного обсуждения материала закрепляются знания, а также приобрета-

ется практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.

При необходимости студенту следует обращаться за консультацией к преподавателю.

Составление записей или конспектов позволяет составить сжатое представление по изучаемым вопросам. Записи имеют первостепенное значение для самостоятельной работы студентов. Они помогают понять построение изучаемого материала, выделить основные по-

ложения, проследить их логику.

Ведение записей способствует превращению чтения в активный процесс. У студента,

систематически ведущего записи, создается свой индивидуальный фонд подсобных материа-

лов для быстрого повторения прочитанного. Особенно важны и полезны записи тогда, когда в них находят отражение мысли, возникшие при самостоятельной работе.

Можно рекомендовать следующие основные формы записи: план, конспект, тезисы,

презентация.

План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень вопро-

сов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный план вполне заменяет конспект.

Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Объем

18

конспекта не должен превышать 10 страниц. Шрифт Times New Roman, кегль 14, интервал

1,5. Список литературы должен состоять из 5-8 источников, по возможности следует исполь-

зовать последние издания учебных пособий и исследований.

Тезисы — это последовательность ключевых положений из некоторой темы без доказа-

тельств или с неполными доказательствами. По объему тезисы занимают одну страницу формата А4 или одну – две страницы в ученической тетради. В конце тезисов студент дол-

жен сделать собственные выводы.

Презентации по предложенной теме составляются в программе Power Point или Impress.

Количество слайдов должно быть не менее 15 и не превышать 20 слайдов. Кроме текста на слайдах можно создавать схемы и таблицы. Шрифт должен быть читаемым, например,

шрифт черного цвета на светлом фоне или светлый шрифт на темном фоне. Также шрифт не должен быть слишком мелким. В слайдах указываются только основные тезисы, понятия и нормы.

4.2 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

Основная литература

1. Вержбицкий Валентин Михайлович. Основы численных методов : Учеб. для сту-

дентов вузов по направлению подгот. дипломир. специалистов "Приклад. математика" – М. :

Высш. шк. , 2005.

2. А. Б. Векслер и др. Надежность, социальная и экологическая безопасность гидро-

технических объектов: оценка риска принятия решений – СПб. : ВНИИГ, 2002.

3. Гидротехнические сооружения : учеб. для студентов вузов по направлению "Стр-

во" спец. "Гидротехн. стр-во" : в 2 ч.. Ч.1 / Рассказов Леонид Николаевич , Анискин Николай Алексеевич, Бестужева Александра Станиславовна, Малаханов Вячеслав Васильевич, Оре-

хов Валентин Гаврилович, Саинов Михаил Петрович, Солдатов Павел Владимирович, Тол-

стиков Виктор Васильевич ; Под ред. Л.Н.Рассказова – М. : Изд-во АСВ, 2008.

4. Гидротехнические сооружения : учеб. для студентов вузов по направлению "Стр-

во" спец. "Гидротехн. стр-во" : в 2 ч.. Ч.2 / Рассказов Леонид Николаевич , Анискин Николай Алексеевич, Бестужева Александра Станиславовна, Малаханов Вячеслав Васильевич, Оре-

хов Валентин Гаврилович, Саинов Михаил Петрович, Солдатов Павел Владимирович, Тол-

стиков Виктор Васильевич ; Под ред. Л.Н.Рассказова – М. : Изд-во АСВ, 2008.

19

5. Создание Windows-приложений в среде Delphi : учебное пособие / Санников Е. В. –

Москва : СОЛОН-ПРЕСС, 2013

6. Курс практического программирования в Delphi. Объектно – ориентированное про-

граммирование / Санников Е. В. – Москва : СОЛОН-ПРЕСС, 2013.

Дополнительная литература

1. Вычислительная математика для инженеров-экологов : Метод. пособие: Учеб. по-

собие для студентов инж.-экол. спец. вузов / Супрун Анатолий Николаевич , Найденко Ва-

лентин Васильевич – М. : Изд-во АСВ, 1996

2.Гидротехнические сооружения/ Под редакцией В.П. Недриги.-М.,Стройиздат.1983.- 543 с.(Справочник проектировщика).

3.Гидротехнические сооружения. Основные положения : СП 58.13330.2012 : актуали-

зированная ред. СНиП 33.01-2012

4.Гидротехническое строительство : журнал.

5.Моделирование систем : учеб. для студентов вузов по направлениям "Информатика

ивычисл. техника" и "Информ. системы" / Советов Борис Яковлевич , Яковлев Сергей Алек-

сеевич – М. : Высш. шк. , 2005.

6. Гидротехнические сооружения : Учеб. для студентов вузов по направлению "Стр-

во" и спец. "Гидротехн. стр-во": В 2 ч. Ч.2 / Рассказов Леонид Николаевич , Воробьев Генна-

дий Афанасьевич, Глазов А. И., Малаханов В. В., Орехов Валентин Гаврилович, Правдивец Ю. П. ; Под ред. Л.Н.Рассказова –М. : Стройиздат, 1996.

7. Гидротехнические сооружения : Учеб. для студентов вузов по направлению "Стр-

во" и спец. "Гидротехн. стр-во": В 2 ч. Ч.1 / Рассказов Леонид Николаевич , Воробьев Генна-

дий Афанасьевич, Глазов А. И., Малаханов В. В., Орехов Валентин Гаврилович, Правдивец Ю. П. ; Под ред. Л.Н.Рассказова – М. : Стройиздат, 1996.

4.3. Перечень ресурсов информационно – телекоммуникационной сети «интернет» (да-

лее - сеть «интернет»), необходимых для освоения дисциплины

1.http://www.autodesk.ru, http://www.autodesk.ru/products/spds/free-trial.

2.Введение в ArcGIS for Desktop / Справка ArcGIS, Режим доступа : http://resources.arcgis.com/ru/help/;

3.http://www.embarcadero.com/products/delphi;

4.https://www.visualstudio.com/ru/.

20