МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИНСТИТУТ ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИЯ И МЕХАНИКИ (ЭнМИ) ___________________________________________________________________________________________________________
Направление подготовки: 151600 Прикладная механика
Профиль(и) подготовки: Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА. ДОПОЛН. ГЛАВЫ»
Цикл: | профессиональный | |
Часть цикла: | Дисциплины по выбору 4 | |
№ дисциплины по учебному плану: | Б3. 21.1 | |
Часов (всего) по учебному плану: | 72 | |
Трудоемкость в зачетных единицах: | 2 | 6 семестр |
Лекции | 30 час | 6 семестр |
Практические занятия | 15 час | 6 семестры |
Лабораторные работы | ||
Расчетные задания, рефераты | 7 час самост. работы | 6 семестр |
Объем самостоятельной работы по учебному плану (всего) | 27 час | |
Экзамены | 6 семестр | |
Курсовые проекты (работы) |
Москва - 2010
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью дисциплины является изучение численных методов и алгоритмов в комбинации с задачами механики конструкций, для решения которых эти методы предназначены.
По завершению освоения данной дисциплины студент способен и готов:
· самостоятельно работать, принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности (ОК-7);
· разрабатывать расчетные модели для анализа реакции объектов современной техники на различного рода воздействия (ПК-10);
· анализировать научно-техническую информацию, изучать отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования (ПК-6);
· критически относиться к получаемым результатам и рассуждениям оппонентов, публично выступать, аргументировано вести дискуссию и полемику (ОК-12);
· использовать информацию о новых компьютерных технологиях для выбора пути исследования прочности и надежности машин и оборудования (ПК-17).
Задачами дисциплины являются:
· познакомить учащихся с наиболее эффективными методами исследования прочности и надежности машин и конструкций, ориентируясь на применение компьютерных технологий;
· научить принципам разработки математических и расчетных моделей при решении типичных задач механики;
· привить навыки критического анализа получаемых решений, сопоставления результатов со здравым смыслом, известными аналитическими и численными решениями близких задач и данными экспериментов;
· приучить сопровождать сделанную вычислительную работу комментариями и выводами.
2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина относится к Дисциплинам по выбору 4 профессионального цикла Б.3 образовательной программы подготовки бакалавров по профилю «Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры» направления 151600 Прикладная механика.
Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Информационные технологии», «Сопротивление материалов», «Аналитическая динамика и теория колебаний» и учебно-производственной практике.
Знания, полученные по освоению дисциплины, необходимы при выполнении бакалаврской выпускной квалификационной работы, а также программы магистерской подготовки.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:
Знать:
· основные методы, соотношения и алгоритмы вычислительной механики (ПК-6);
· основные источники информации (книги, журналы, сайты Интернет) по методам анализа поведения машин и конструкций средствами вычислительной математики (ОК-7, ПК-4);
Уметь:
· делать расчеты деталей машин и элементов конструкций вычислительными методами, а также с помощью компьютерных инженерных систем ( ПК-1, ПК-3);
· осуществить все этапы вычислительного эксперимента: составление расчетной схемы, выбор подходящих алгоритмов, разработка собственного программного кода в используемой вычислительной среде, применение стандартных процедур, анализ полученных результатов, составление отчета по проделанной работе (ПК-4, ПК-6);
Владеть:
· навыками расчета численными методами деталей машин и элементов конструкций (ПК-4);
· навыками применения методов математического и компьютерного моделирования механических систем и процессов (ПК-6);
· умением пользоваться объектно-ориентированными разделами инженерных программных комплексов (ПК-6);
· литературным научным языком для грамотного комментирования полученных результатов и составления отчетов (ОК-2);
· англоязычной терминологией по предмету
4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1 Структура дисциплины
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.
№ п/п | Раздел дисциплины. Форма промежуточной аттестации | Всего часов на раздел | Семестр | Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и | Формы текущего контроля успеваемости (по разделам) | |||
лк | пр | лаб | сам. | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
1 | Метод конечных элементов в задачах динамики машин и конструкций | 9 | 6 | 4 | 2 | 3 | Расчетное задание №1 | |
2 | Численное решение задач с начальными данными | 16 | 6 | 8 | 4 | 4 | Расчетное задание №2 | |
3 | Методы решения одномерных линейных и нелинейных задач механики | 18 | 6 | 10 | 6 | 2 | Контрольная работа | |
4 | Введение в методы оптимизации конструкций | 13 | 6 | 8 | 3 | 2 | Тест на знание темы | |
Зачет | 2 | 6 | -- | -- | -- | 2 | Представление расчетного задания и его защита | |
Экзамен | 14 | 6 | -- | -- | -- | 14 | ||
Итого: | 72 | 30 | 15 | 27 |
4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения
4.2.1. Лекции
1.Метод конечных элементов в задачах динамики машин и конструкций
Матрицы инерции стержневых и балочных элементов. Влияние сдвигов и инерции вращения на моделирование динамического изгиба балок. Расчет сейсмостойкости сооружений с использованием спектров отклика. Определение собственных частот и форм колебаний методом итераций в подпространстве. Решение уравнений движения для моделей с большим числом степеней свободы. Метод декомпозиции и его реализация на компьютере.
2.Численное решение задач с начальными данными
Численное интегрирование уравнений движения механических систем с конечным числом степеней свободы. Анализ реакции сооружений при динамической нагрузке общего вида. Методы Рунге-Кутта и их реализация на компьютере. Локальная и глобальная погрешности дискретизации. Понятие о жестких задачах и методах их решения. Использование процедур системы Matlab для интегрирования уравнений движения. Наглядное графическое представление решения в процессе счета.
3. Методы решения одномерных линейных и нелинейных задач механики
Одномерные краевые задачи в механике материалов и конструкций. Методы стрельбы в линейных и нелинейных краевых задачах теории изгиба стержней. Проблема аппроксимации краевых условий общего вида. Решение нелинейных задач методом Ньютона. Проблема выбора начального приближения. Алгоритм Калиткина на последовательности сгущаемых сеток. Методы взвешенных невязок, ослабленные формулировки. Обратная задача и решение граничных задач.
4. Введение в методы оптимизации конструкций
Типовые задачи оптимизации механических систем и конструкций. Оптимизация по стоимости, массе, форме упругих тел, стержневых, арочных и ферменных конструкций при статическом нагружении. Оптимизация конструкций при ограничениях по надёжности. Проектирование элементов машин и конструкций при нестационарных условиях эксплуатации. Основные понятия и классификация задач математического программирования. Общий подход к безусловной минимизации функций многих переменных. Сравнительная оценка методов сопряжённых направлений, и прямого поиска. Схема решения задачи нелинейного программирования с ограничениями. Применение методов штрафных функций к задачам минимизации массы стержневых конструкций. Критерии построения штрафных функций, учитывающие особенности механических расчётных моделей. Системы компьютерной оптимизации в инженерных расчётах.
4.2.2. Практические занятия
Решение задач динамики балочных конструкций методом конечных элементов.
Решение уравнений движения методами Рунге-Кутта.
Решение линейных краевых задач методами взвешенных невязок.
Применение метода Ньютона для решения нелинейных краевых задач.
Постановка типичных задач оптимизации в механике.
Решение задач оптимизации с ограничениями графическим методом.
Решение задач оптимизации с ограничениями методом штрафных функций.
Метод множителей Лагранжа в задачах оптимизации с ограничениями-равенствами.
4.3. Лабораторные работы
«Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены»)
4.4. Расчетные задания
№1 Расчет собственных частот и форм колебаний балочной конструкции методом конечных элементов
№2 Исследование динамики механической системы с наблюдением за ее движением в процессе счета.
4.5. Курсовые проекты и курсовые работы
«Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен».
5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Лекционные занятия проводятся в традиционной форме. Где это допустимо - в виде коротких диалогов с аудиторий.
Практические занятия предусматривают активную работу студентов в аудитории и компьютерном классе. По возможности организуются встречи с ведущими специалистами по методам расчета конструкций.
Самостоятельная работа сводится к выполнению на компьютере расчетного задания и его оформлению, подготовке к контрольным работам, решению задач и исправлению ошибок, подготовке к зачету и экзамену.
6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольные работы, устный опрос, периодическая сдача выполненных пунктов расчетного задания.
Аттестация по дисциплине – зачет или экзамен.
Оценка за освоение дисциплины, определяется на основании следующих критериев:
1) в течение семестра за расчетное задание и контрольные работы – во внимание принимается качество выполненных заданий, наличие элементов исследования и признаков самостоятельности мышления. Оценки выставляются отдельно за каждую задачу, итоговая оценка определяется как средняя с округлением, как правило, в пользу студента.
2) на экзамене оцениваются понимание материала, способность ориентироваться в предмете и навыки решения практических задач. Допускается пользоваться специальной литературой.
7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1. Литература:
а) основная литература:
1. , Михайлов моделирование: Идеи, Методы, Примеры.- 2-е изд., испр. – М.: Физматлит, 2001 – 320 с.
б) дополнительная литература:
1. Численные методы и программное обеспечение. М.: Мир, 20с.
2. , Трифонов методы в механике материалов и конструкций. М.: МЭИ, 20с.
3. Мартынов Н. И., Иванов А. П. MATLAB 5.х: вычисления, визуализация, программирование. М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 20с.
4. Maple 6. Решение задач высшей математики и механики. С-Пб.: БХВ-Петербург, 200с.
5. Bathe K-J. Finite Element Procedures. New Jersey, Prentice Hall, 1996, pp 1050. (в электронном виде).
7.2. Электронные образовательные ресурсы:
Библиотека численного анализа НИВЦ МГУ,
vargin. *****, *****, *****, *****,
SCI-LIB = большая научная библиотека
а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:
1. MATLAB. The Language of Technical Computing. Version 7.1. The MATH. WORKS Inc.
2. MAPLE 14 University Edition
8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной розетками для подключения ноутбуков.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 151600 Прикладная механика и профилю «Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры».
ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:
к. т.н., доцент .
"УТВЕРЖДАЮ":
Зав. кафедрой Динамики и прочности машин
к. т.н., доцент
