Физико-механический практикум и вычислительный эксперимент (стр. 3 )

Планирование самостоятельной работы студентов

№	Модули и темы	Виды СРС	Неделя семестра	Объем часов	Кол-во баллов
обязательные	дополнительные
1	2	3	4	5	6	7
Семестр 7
Модуль 1
1	Современные методы измерений в механическом эксперименте.	работа с литературой; выполнение домашнего задания		1-3	3	0-5
2	Механика тела с неподвижной точкой	работа с литературой; выполнение домашнего задания		4-5	3	0-5
3	Колебания систем твёрдых тел с упругими связями	работа с литературой; выполнение домашнего задания; решение контрольной работы		6-7	3	0-11
	Всего по модулю 1:	9	0-22
Модуль 2
4	Электромеханическая аналогия	работа с литературой; выполнение домашнего задания		8	3	0-5
5	Движение тел с переменными связями	работа с литературой; выполнение домашнего задания		9-10	3	0-5
6	Решение задач аппроксимации измерений	работа с литературой; выполнение домашнего задания; решение контрольной работы		11-12	3	0-11
	Всего по модулю 2:	9	0-22
Модуль 3
7	Плоские течения несжимаемого невязкого газа	работа с литературой; выполнение домашнего задания		13	3	0-5
8	Пограничный слой	работа с литературой; выполнение домашнего задания		14-15	3	0-5
9	Течение сжимаемого невязкого газа	Работа с литературой, выполнение домашнего задания		16-18	3	0-20
	Всего по модулю 3:	9	0-30
	ИТОГО:	27	0-72
Семестр 8
Модуль 1
10	Законы сохранения в течениях газа	работа с литературой; выполнение домашнего задания		1	2	0-5
11	Волны в стержне	работа с литературой; выполнение домашнего задания		2-3	2	0-5
12	Определение динамических модулей упругости	работа с литературой; выполнение домашнего задания; решение контрольной работы		4-5	2	0-11
	Всего по модулю 1:	6	0-22
Модуль 2
13	Моделирование процесса нестационарного течения жидкости	работа с литературой; выполнение домашнего задания		6-7	1	0-5
14	Автоколебания	работа с литературой; выполнение домашнего задания		8-10	1	0-5
15	Упругие и пластические свойства изотропных материалов	работа с литературой; выполнение домашнего задания; решение контрольной работы		11-12	1	0-11
	Всего по модулю 2:	3	0-22
Модуль 3
16	Кручение упругого стержня	работа с литературой; выполнение домашнего задания		13	1	0-5
17	Вязко-упругие свойства полимеров	работа с литературой; выполнение домашнего задания	подготовка к итоговой контрольной работе	14-15	1	0-5
18	Изгиб балки	работа с литературой; выполнение домашнего задания; решение контрольной работы		16-18	1	0-20
	Всего по модулю 3:	3	0-30
	ИТОГО:	12	0-72
	Всего за курс:	39	0-144

4.  Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами

№ п/п	Наименование обеспечиваемых (последующих) дисциплин	Темы дисциплины необходимые для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Выпускная квалификационная работа	+	+	+	+	+	+	+	+

5.  Содержание дисциплины

Семестр 7

Тема 1. Современные методы измерений в механическом эксперименте: техника безопасности при проведении экспериментов. Методы обработки экспериментальных данных. Общие сведения об универсальных пакетах программ, используемых для решения задач механики.

Тема 2. Механика тела с неподвижной точкой: механика тела с неподвижной точкой. Гироскоп.

Тема 3. Колебания систем твёрдых тел с упругими связями: колебания систем твёрдых тел с упругими связями. Свободные колебания. Вынужденные колебания. Резонанс.

Тема 4. Электромеханическая аналогия: электромеханическая аналогия. Решение систем дифференциальных уравнений с помощью аналоговых вычислений.

Тема 5. Движение тел с переменными связями: движение тел с переменными связями. Управляемая система с обратной связью. Определение собственных частот колебаний закрепленной балки.

Тема 6. Решение задач аппроксимации измерений: решение задач аппроксимации измерений на примере спутниковой навигационной информации. Измерительные приборы в аэродинамическом эксперименте. Аэродинамические весы, датчики давления, скорости, температуры.

Тема 7. Плоские течения несжимаемого невязкого газа: плоские течения несжимаемого невязкого газа. Обтекание цилиндра; использование комплексного потенциала. Предельные случаи решения уравнения Навье-Стокса.

Тема 8. Пограничный слой: пограничный слой. Пограничный слой на пластине.

Тема 9. Течение сжимаемого невязкого газа: течение сжимаемого невязкого газа. Интеграл Бернулли. Адиабатические формулы. Ударные волны и угол Маха. Формула Рэлея.

Семестр 8

Тема 10. Законы сохранения в течениях газа: законы сохранения в течениях газа. Закон сохранения импульса. Определение сопротивления тела по потере импульса газом.

Тема 11. Волны в стержне: волны в стержне. Продольное соударение упругих стержней. Сверхзвуковое обтекание клина.

Тема 12. Определение динамических модулей упругости: определение динамических модулей упругости с использованием решения задачи о колебаниях бруса. Газодинамическая аналогия мелкой воды в задаче о распространении и отражении гидравлического прыжка. Процесс разгона поршня в стволе пневматической пушки.

Тема 13. Моделирование процесса нестационарного течения жидкости: моделирование процесса нестационарного истечения тяжелой жидкости из сосуда. Определение силы, действующей со стороны круглой струи на расположенное осесимметричное препятствие. Определение величины коэффициента сопротивления при движении вязкой жидкости в круглой трубе.

Тема 14. Автоколебания: определение периода автоколебаний плоских затопленных фонтанов. Метод электродинамической аналогии. Определение коэффициента фильтрации пористой среды.

Тема 15. Упругие и пластические свойства изотропных материалов: упругие и пластические свойства изотропных материалов. Одноосное растяжение стального образца.

Тема 16. Кручение упругого стержня: кручение упругого стержня. Упругие свойства высокоэластичной резины. Ползучесть металлов.

Тема 17. Вязко-упругие свойства полимеров: вязко-упругие свойства полимеров. Механические свойства анизотропных материалов. Многоточечное тензометрирование.

Тема 18. Изгиб балки: изгиб балки. Растяжение пластины с круговым отверстием. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений.

6.  Планы практических занятий

Семестр 7

Тема 1. Законы сохранения в течениях газа (4 часа)

1) техника безопасности при проведении экспериментов;

2) методы обработки экспериментальных данных;

3) общие сведения об универсальных пакетах программ, используемых для решения задач механики.

Тема 2. Механика тела с неподвижной точкой (4 часа)

1) механика тела с неподвижной точкой;

2) гироскоп.

Тема 3. Колебания систем твёрдых тел с упругими связями (4 часа)

1) колебания систем твёрдых тел с упругими связями;

2) свободные колебания;

3) вынужденные колебания;

4) резонанс.

Тема 4. Электромеханическая аналогия (4 часов)

1) электромеханическая аналогия;

2) решение систем дифференциальных уравнений с помощью аналоговых вычислений.

Тема 5. Движение тел с переменными связями (4 часа)

1) движение тел с переменными связями;

2) управляемая система с обратной связью;

3) определение собственных частот колебаний закрепленной балки.

Тема 6. Решение задач аппроксимации измерений (4 часа)

1) решение задач аппроксимации измерений на примере спутниковой навигационной информации;

2) измерительные приборы в аэродинамическом эксперименте;

3) аэродинамические весы, датчики давления, скорости, температуры.

Тема 7. Плоские течения несжимаемого невязкого газа (4 часа)

1) плоские течения несжимаемого невязкого газа;

2) обтекание цилиндра;

3) использование комплексного потенциала;

4) предельные случаи решения уравнения Навье-Стокса.

Тема 8. Пограничный слой (4 часа)

1) пограничный слой;

2) пограничный слой на пластине.

Тема 9. Течение сжимаемого невязкого газа (4 часа)

1) течение сжимаемого невязкого газа;

2) интеграл Бернулли;

3) адиабатические формулы;

4) ударные волны и угол Маха;

5) формула Рэлея;

Семестр 8

Тема 10. Современные методы измерений в механическом эксперименте (4 часа)

1) законы сохранения в течениях газа;

2) закон сохранения импульса;

3) определение сопротивления тела по потере импульса газом.

Тема 11. Волны в стержне (4 часа)

1)  волны в стержне;

2) продольное соударение упругих стержней;

3) сверхзвуковое обтекание клина.

Тема 12. Определение динамических модулей упругости (4 часа)

1) определение динамических модулей упругости с использованием решения задачи о колебаниях бруса;

2) газодинамическая аналогия мелкой воды в задаче о распространении и отражении гидравлического прыжка;

3) процесс разгона поршня в стволе пневматической пушки.

Тема 13. Моделирование процесса нестационарного течения жидкости (4 часа)

1) моделирование процесса нестационарного истечения тяжелой жидкости из сосуда;

2) определение силы, действующей со стороны круглой струи на расположенное осесимметричное препятствие;

3) определение величины коэффициента сопротивления при движении вязкой жидкости в круглой трубе.

Тема 14. Автоколебания (4 часа)

1) определение периода автоколебаний плоских затопленных фонтанов;

2) метод электродинамической аналогии;

3) определение коэффициента фильтрации пористой среды.

Тема 15. Упругие и пластические свойства изотропных материалов (4 часа)

1) упругие и пластические свойства изотропных материалов;

2) одноосное растяжение стального образца.

Тема 16. Кручение упругого стержня (3 часа)

1) кручение упругого стержня;

2) упругие свойства высокоэластичной резины;

3) ползучесть металлов.

Тема 17. Вязко-упругие свойства полимеров (3 часа)

1) вязко-упругие свойства полимеров;

2) механические свойства анизотропных материалов;

3) многоточечное тензометрирование.

Тема 18. Изгиб балки (3 часа)

1) изгиб балки;

2) растяжение пластины с круговым отверстием;

3) поляризационно-оптический метод исследования напряжений.

7.  Примерная тематика курсовых работ

1.  Специализированные вычислительные среды и обработка экспериментальных данных.

2.  Численное и аналоговое моделирование.

3.  Интегрирование систем обыкновенных дифференциальных уравнений.

4.  Вынужденные колебания в линейных и нелинейных системах.

5.  Система Дуффинга.

6.  Параметрические колебания.

7.  Релейная система.

8.  Стохастические и хаотические колебания. Аттрактор.

9.  Стабилизация нелинейной управляемой системы.

10.  Оптимальное управление.

8.  Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины (модуля)

8.1.  Примерные задания для контрольной работы

1.  Рассмотрите случай стационарной одномерной теплопроводности. В области длиной 2 на равном расстоянии расположены три расчётные точки. Теплопроводность k и источниковый член S имеют постоянные значения во всей области: k=5, S=150. Температура Т1 = 100, в расчётной точке 3 тепло уходит в окружающую среду, имеющую температуру Tinf = 20, при этом коэффициент теплоотдачи h = 5. Напишите дискретные аналоги для нахождения неизвестных температур Т2 и Т3. На основе полученных значений покажите, что тепловой баланс в точности сохраняется.

2.  Рассмотрите случай стационарной одномерной теплопроводности. Стержень длиной 6 имеет постоянную теплопроводность, равную 2.5. Источниковый член задаётся как S =T. Получите численное решение с использованием равномерной расчётной сетки, состоящей из трёх точек. Граничные условия выберите следующими: плотность теплового потока q =15 при x=x1; теплообмен с окружающей средой, имеющей температуру Tinf = 30, с коэффициентом теплоотдачи h = 5 при x=x3.

3.  Плотность теплового потока на границе задана через граничную температуру в виде . Напишите выражения для fc и fp, использующиеся в линеаризованной форме для плотности потока через границу.

4.  Решите одномерную задачу стационарной теплопроводности в полом цилиндре с внутренним и внешним радиусами, равными соответственно 0.5 и 2. Температуру на внутренней и внешней поверхностях задайте равными 100 и 200 соответственно. Покажите, что полученное решение одномерно. Сравните численное решение с точным решением.

5.  Рассчитайте распределение температуры в поперечном сечении длинного цилиндра. Теплопроводность равна 2.2. Граничные условия следующие: одна половина внешней поверхности цилиндра теплоизолирована, в то время как другая омывается жидкостью с температурой 500, коэффициент теплоотдачи равен 22. В половине сечения с теплоизолированной границей происходит выделение тепло с S=2000, в другой половине источниковый член S равен 0.

.

6.  Решите задачу о полностью развитом течении и теплообмене в круглой трубе. Точное значение fRe = 64. Рассмотрите случай постоянной плотности теплового потока и постоянной температуры по периметру и длине канала.

8.2.  Примерные вопросы для подготовки к зачету

7 семестр

1.Законы сохранения в течениях газа.

2. Механика тела с неподвижной точкой.

3. Колебания систем твёрдых тел с упругими связями.

4. Электромеханическая аналогия.

5. Движение тел с переменными связями.

6. Решение задач аппроксимации измерений.

7. Плоские течения несжимаемого невязкого газа.

8. Пограничный слой.

9. Течение сжимаемого невязкого газа.

Семестр 8

10. Современные методы измерений в механическом эксперименте.

11. Волны в стержне.

12. Определение динамических модулей упругости.

13. Моделирование процесса нестационарного течения жидкости.

14. Автоколебания.

15. Упругие и пластические свойства изотропных материалов.

16. Кручение упругого стержня.

17. Вязко-упругие свойства полимеров.

18. Изгиб балки.

9.  Образовательные технологии

При изучении дисциплины «Физико-механический практикум и вычислительный эксперимент» используются следующие образовательные технологии:

– аудиторные занятия (практические занятия);

– внеаудиторные занятия (самостоятельная работа, индивидуальные консультации).

– научные дискуссии;

– работа в малых группах по темам, изучаемым на практических занятиях.

10.  Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (модуля)

10.1.  Основная литература

1.  Патанкар решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении в каналах. М.: МЭИ, 2003. – 312 с.

2.  Патанкар методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. – 146 с.

10.2.  Дополнительная литература

3.  Вычислительные методы в динамики жидкостей. В 2-х т. М.: Мир, 1991. – 552 с.

10.3.  Программное обеспечение и Интернет – ресурсы

Интернет – ресурсы:

1.  Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib. *****

2.  eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://*****

11.  Технические средства и материально-техническое обеспечение дисциплины (модуля)

Лекционная аудитория с мультимедийным оборудованием.