«Компьютерное моделирование процессов электрохимического формообразования на биполярных микросекундных импульсах тока высокой плотности»

		«утверждаю» Руководитель образовательного проекта, проректор по учебной работе _________________________ Н. К. Криони «_____» _______________________ 2010 г.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет» Образовательный проект ГК «Роснанотех» в области создания серийного производства электрохимических станков для прецизионного изготовления деталей из наноструктурированных материалов и нанометрического структурирования поверхности	УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА дисциплины образовательной программы опережающей профессиональной переподготовки в области создания серийного производства электрохимических станков для прецизионного изготовления деталей из наноструктурированных материалов и нанометрического структурирования поверхности «Компьютерное моделирование процессов электрохимического формообразования на биполярных микросекундных импульсах тока высокой плотности»

Составители

______________________д. ф.-м. н., профессор В. П. Житников

подпись

______________________к. ф.-м. н., С. С. Поречный

подпись

Уфа 2010 г.

Содержание

	Введение	3
1.	Цель и задачи дисциплины	3
2.	Виды и объем учебных занятий	5
3.	Содержание дисциплины и требования к уровню его усвоения	5
4.	Учебно-методическое и информационно-технологическое обеспечение дисциплины	18
5.	Материально-техническое обеспечение дисциплины	18

Введение

Математическое и компьютерное моделирование в настоящее время представляет особую важность в связи с широким применением АСУ-ТП, САПР, станков с ЧПУ и др. компьютеризированных технологий проектирования и реализации технологических процессов.

Дисциплина «Компьютерное моделирование процессов электрохимического формообразования на биполярных микросекундных импульсах тока высокой плотности» базируется на дисциплинах общематематической вузовской подготовки слушателей.

В свою очередь, полученные при изучении дисциплины «Компьютерное моделирование процессов электрохимического формообразования на биполярных микросекундных импульсах тока высокой плотности» знания и умения будут необходимы слушателям в дальнейшем обучении при изучении таких дисциплин как «Теория процесса электрохимического растворения в условиях прецизионного изготовления деталей из объемных наноструктурных материалов и нанометрического структурирования поверхности», «Научные основы технологии, технологические схемы и способы электрохимического структурирования поверхности деталей из сталей и сплавов (наноматериалов)», а также при подготовке выпускной квалификационной работы.

1. Цель и задачи дисциплины

Целью изучения дисциплины является формирование у слушателей указанной ниже компетенции.

в проектно-конструкторской деятельности

Код компетенции	Содержание компетенции	Коды занятий
ПК 1	Способность ориентироваться в области математического моделирования процессов ЭХО, проводить теоретический анализ и оценивать оптимальные параметры технологических процессов ЭХО в области нанотехнологий.	Л.1-Л.8 РГР, СРС

Задачами изучения дисциплины является формирование у слушателей перечисленных ниже знаний и умений (навыков), соответствующих компетенциям.

№ п. п	Код компетен­ции	Содержание компетенции	Знания и умения (навыки)	Код формиру­емых знаний и умений (навыков)
1	ПК 1	Способность ориенти­роваться в области математического мо­делирования процес­сов ЭХО, правильно классифицировать и корректно ставить задачи математичес­кого моделирования;	– знать основы мате­матического модели­рования электрохими­ческой обработки и основные подходы к формализации. – понимать постановку и решение простейших типовых задач элект­рохимического размерного формообразования. – знать численные и аналитические методы решения стационар­ных, автомодельных, квазистационарных и нестационарных задач; – знать физические и математические моде­ли газогидродинамики потока электролита в узком сложнопрофиль­ном МЭП при протекании импульс­ного тока высокой плотности, кавитаци­онные явления; – знать методики расчета геометричес­кого профиля рабочей части ЭИ. – владеть математи­ческим аппаратом моделирования, аналитическими и численными методами решения задач; – уметь пользоваться физическими и математическими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	З1 З2 З3 З4 З5 У1 У2

2. Виды и объем учебных занятий

Виды занятий и аттестаций	Объем занятий (час)
Всего занятий	84
Всего аудиторных занятий	44
в том числе
лекции	16
лабораторный практикум	28
Всего самостоятельной работы слушателей	40
в том числе
расчетно-графическая работа	25
Другие виды самостоятельной работы	15
Аттестация
зачет	+

3. Содержание дисциплины и требования к уровню его усвоения

3.1. Содержание разделов дисциплины и виды занятий

№ п. п.	Наименование	Объем занятий, час.
	разделов дисциплины	Лек­ции	Практ. заня­тия	Лаб. практи­кум	Тьют. заня­тия	СРС
1	Расчет напряженности поля в МЭП	1				1
2	Расчет электропровод­ности электролита и скорости его течения	1		4		1
3	Моделирование величины анодного выхода по току	1		4		1
4	Виды режимов ЭХО и соответствующих задач	1		4
5	Основные подходы к формализации	1
6	Метод гидродинами­ческой аналогии	1
7	Решение задач с помощью конформных отображений	1		4		2
8	Метод Жуковского точного решения неко­торых задач, имеющих сложные граничные условия	1
9	Решение задач ЭХО с помощью гипергеометри­ческих функций	1		4
10	Другие способы аналити­ческого решения задач	1
11	Численно-аналитические методы решения плоских задач	1				4
12	Начальное электрохими­ческое формообразование	1				1
13	Стационарное электрохимическое формообразование	1		4		2
14	Автомодельные решения	1				1
15	Нестационарное электрохимическое формообразование	2		4		2

СРС – внеаудиторная самостоятельная работа слушателей

3.2. Содержание и требования к уровню усвоения теоретической части дисциплины

Наименова­ние раздела дисциплины	Изучаемые дидактические единицы	Объем занятий в часах	Учебные задачи (формируемые знания и умения)	Коды формируемых знаний и умений (навыков)	Код уровней формиру­емых знаний и умений
Номер лекции	Лекций	СРС
Расчет напряжен­ности поля в МЭП	Уравнения теории поля	1	1		Знать основы математичес­кого моделирования элек­трохимической обработки и основные подходы к формализации.	З1	ЗУ
Закон Фарадея	ЗВ
Уравнение Лапласа	ЗВ
Краевые условия	ЗВ
Задача Хеле-Шоу	ЗУ
Расчет электропро­водности электролита и скорости его течения	Уравнения теплопровод­ности и массопереноса	1	1		Знать основы математичес­кого моделирования элек­трохимической обработки и основные подходы к формализации.	З1	ЗУ
Уравнения Навье-Стокса	ЗУ
Уравнение Бернулли	Знать физические и мате­матические модели газо­гидродинамики потока электролита в узком сложнопрофильном МЭП при протекании импульс­ного тока высокой плот­ности, кавитационные явления.	З4	ЗВ
Безразмерные переменные и константы	УО
Моделиро­вание величины анодного выхода по току	Типы электролитов	2	1		Знать основы математичес­кого моделирования элек­трохимической обработки и основные подходы к формализации.	З1	ЗУ
Модели зависимостей выхо­да по току от плотности тока	ЗВ
Влияние нестационарности ЭХО на выход по току	УИ
Виды режимов ЭХО и соответствующих задач	Физические условия, соответствующие различным режимам ЭХО	2	1		Уметь пользоваться физи­ческими и математичес­кими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	У2	УИ
Краевые условия, соответст­вующие различным режимам ЭХО	ЗУ
Основные подходы к формали­зации	Математический аппарат	3	1		Знать основы математичес­кого моделирования элек­трохимической обработки и основные подходы к формализации.	З1	ЗВ
Векторное поле и комплекс­ный потенциал	ЗВ
Физические приложения	Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	ЗУ
Уметь пользоваться физи­ческими и математичес­кими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	У2	УП
Постановка плоских задач	Знать физические и мате­матические модели газо­гидродинамики потока электролита в узком сложнопрофильном МЭП при протекании импульс­ного тока высокой плот­ности, кавитационные явления.	З4	ЗУ
Сведение к задаче гидро­динамики	УП
Метод гидродина­мической аналогии	Использование вспомога­тельного течения идеальной жидкости, моделирующего распределение поля при ЭХО	3	1		Знать физические и мате­матические модели газо­гидродинамики потока электролита в узком сложнопрофильном МЭП при протекании импульс­ного тока высокой плот­ности, кавитационные явления.	З4	УП
Решение задач с помощью конформных отображений	Прямое конформное отобра­жение	4	1		Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УС
Метод годографа	Знать методики расчета геометрического профиля рабочей части ЭИ.	З5	ЗУ
Метод Жуковского точного решения некоторых задач, имеющих сложные граничные условия	Идея метода Жуковского	4	1		Владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач.	У1	УП
Решение задач методом Жуковского	Уметь пользоваться физи­ческими и математичес­кими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	У2	УН
Решение задач ЭХО с помощью гипергеометрических функций	Определение гипергеометри­ческих функций и методы их вычисления	5	1		Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УН
Виды задач, решаемых с помощью гипергеометричес­ких функций	Знать методики расчета геометрического профиля рабочей части ЭИ.	З5	УП
Другие способы аналитического решения задач	Метод особых точек Чаплыгина	5	1		Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УН
Функция Жуковского	Уметь пользоваться физи­ческими и математичес­кими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	У2	УН
Решение задач с помощью формулы Шварца и Келдыша-Седова	Знать численные и анали­тические методы решения стационарных, автомодель­ных, квазистационарных и нестационарных задач.	З3	УП
Численно-аналитичес­кие методы решения плоских задач	Метод Леви-Чивиты и его модификации	6	1		Владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач.	У1	ЗУ
Задачи с двумя участками границы, имеющими сложные условия	УН
Обработка точечным ЭИ	Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УП
Начальное электрохими­ческое формообра­зование	Задача об обработке детали с выступом	6	1	1	Знать численные и анали­тические методы решения стационарных, автомодель­ных, квазистационарных и нестационарных задач.	З3	УН
Задача об электрическом поле в зазоре между стерж­невым и плоским электро­дами	Владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач.	У1	УИ
Задача об ЭХО плоской поверхности с помощью осесимметричного ЭИ	Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УС
Стационар­ное электро­химическое формообразо­вание	Задача о стационарном электрохимическом формо­образовании с помощью стержневого ЭИ	7	1	2	Знать численные и анали­тические методы решения стационарных, автомодель­ных, квазистационарных и нестационарных задач.	З3	УО
Формообразование стержне­вым ЭИ с изолированной державкой	УИ
Задача об электрохимичес­кой резке с помощью цилиндрического ЭИ	Владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач.	У1	УО
Задача об определении напряженности электричес­кого поля при обработке ЭИ, сдвинутым относительно стационарной поверхности	Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УИ
Автомодель­ные решения	Задача об автомодельной обработке ЭИ, удаленным на бесконечность	7	1	1	Знать численные и анали­тические методы решения стационарных, автомодель­ных, квазистационарных и нестационарных задач.	З3	УО
Плоский и клиновидный ЭИ	Владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач.	У1	УП
Клиновидный ЭИ с изолиро­ванными боковыми поверх­ностями	УИ
Бесконечно удаленный ЭИ при наличии изолированного клина	УО
Клиновидный ЭИ с одной изолированной боковой поверхностью	УО
Плоская задача об автомодельной обработке точечным ЭИ	Понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования.	З2	УО
Нестационар­ное электро­химическое формообразо­вание	Нестационарная обработка криволинейным ЭИ	8	2	2	Знать численные и анали­тические методы решения стационарных, автомодель­ных, квазистационарных и нестационарных задач.	З3	УО
Нестационарная обработка трапецеидальным ЭИ	УС
Нестационарная обработка плоским вертикальным ЭИ	Владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач.	У1	УО
Нестационарная обработка точечным ЭИ (плоская задача)	Уметь пользоваться физи­ческими и математичес­кими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	У2	УО

Примечание. ЗУ – знание узнавания, ЗВ – знание воспроизведения по памяти, УО – умение получение первоначального опыта, УИ – умение репродуктивная сознательная деятельность по инструкции, УП – умение репродуктивная сознательная деятельность по памяти, УН – умение навык, УС – умение продуктивная сознательная деятельность

3.3. Перечень тем лабораторного практикума и требования к уровню усвоения их содержания

Наименова­ние раздела дисциплины	Тема занятия	Объем занятий в часах	Учебные задачи (формируемые знания и умения)	Коды формируемых знаний и умений (навыков)	Код уровня формиру­емых знаний и умений
Но­мер заня­тия	Аудит. заня­тий	СРС
Расчет напряженности поля в МЭП	Действия с комплексными числами и применение функций комплексного переменного	1	4	1	– знать основы математи­ческого моделирования электрохимической обра­ботки и основные подходы к формализации; – владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и численны­ми методами решения задач	З1 У1	ЗВ УИ
Расчет электропрово­дности электролита и скорости его течения	Численное интегрирование функций комплексного переменного	2	4	1	– владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и численны­ми методами решения задач; – знать основы математи­ческого моделирования электрохимической обра­ботки и основные подходы к формализации	У1 З1	ЗВ УИ
Моделирование величины анодного выхода по току	Разложение в ряды и решение систем уравнений	3	4	1	– знать основы математи­ческого моделирования электрохимической обра­ботки и основные подходы к формализации; – владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и числен­ными методами решения задач	З1 У1	ЗВ УИ
Решение задач с помощью конформных отображений	Конформные отображения	4	4	2	– понимать постановку и решение простейших типовых задач электро­химического размерного формообразования; – владеть математическим аппаратом моделирования, аналитическими и численны­ми методами решения задач.	З2 У1	УН УП
Решение задач с помощью конформных отображений	Решение плоских задач методом конформных отображений	5	4		– знать методики расчета геометрического профиля рабочей части ЭИ; – уметь пользоваться физическими и математи­ческими моделями процесса ЭХО и адекватно их применять.	З5 У2	УИ УС
Численно-аналитические методы решения плоских задач	Численно-аналитические методы	6	4	2	– знать численные и аналитические методы ре­шения стационарных, авто­модельных, квазистационар­ных и нестационарных задач; – знать физические и математические модели газогидродинамики потока электролита в узком сложно­профильном МЭП при протекании импульсного тока высокой плотности, кавитационные явления.	З3 З4	УН УП
Численно-аналитичес­кие методы решения плоских задач	Метод Леви-Чивиты	7	4	2	– знать численные и аналитические методы ре­шения стационарных, авто­модельных, квазистационар­ных и нестационарных задач; – знать физические и математические модели газо­гидродинамики потока элект­ролита в узком сложно­профильном МЭП при протекании импульсного тока высокой плотности, кавитационные явления.	З3 З4	УН УП

4. Учебно-методическое и информационно-технологическое обеспечение дисциплины

4.1. Рекомендуемые учебно-методические издания и иные информационные источники

Основная литература

1.  Зайцев, А. Н. Высокоскоростное анодное растворение в условиях нестационарности электродных потенциалов. – Уфа: Гилем, 2005. – 219 с.

2.  Житников, В. П. Импульсная электрохимическая размерная обработка / В. П. Житников, А. Н. Зайцев. – М.: Машиностроение, 2008. – 413 c.

3.  Житников, В. П. Моделирование течений весомой жидкости с применением методов многокомпонентного анализа / В. П. Житников, Н. М. Шерыхалина. – Уфа: Гилем. 2009. – 336 с.

Дополнительная литература и иные информационные источники

1.  Ландау, Л. Д. Теоретическая физика. Т. VI: Гидродинамика / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. – М.: Наука, 1988. – 733 с.

2.  Житников, В. П. Решение плоских и осесимметричных задач с помощью методов теории функций комплексного переменного: Учебное пособие. – Уфа: УГАТУ, 1994. – 106 с.

3.  Житников, В. П. Математическое моделирование электрохимической размерной обработки / В. П. Житников, А. Н. Зайцев. – Уфа: УГАТУ, 1996. – 221 с.

4.  Лаврентьев, М. А. Методы теории функций комплексного переменного / М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. – М.: Наука, 1987. – 688 с.

5.  Лаврентьев, М. А. Проблемы гидродинамики и их математические модели / М. А. Лаврентьев, Б. В. Шабат. – М.: Наука, 1977. – 408 с.

4.2. Информационно-технологическое обеспечение

1.  Операционная система Microsoft Windows XP или Microsoft Windows Vista.

2.  Среда разработки Microsoft Visual Studio 2005.

3.  Компилятор Intel Compiler 10.

4.  Офисный пакет Microsoft Office 2003.

Основной теоретический материал дисциплины излагается в лекционном курсе. При проведении лекций по дисциплине необходимым является использование технических средств обучения, позволяющих сопровождать изложение материала наглядными презентациями, содержащими эффекты анимации и цветового выделения различных смысловых участков текста и, тем самым, акцентировать внимание слушателей на наиболее значимых и важных положениях излагаемого материала.

Перед выполнением слушателями лабораторных работ формулируются цели и задачи лабораторной работы, а также проводится краткий опрос по теоретической части, связанной с лабораторной работой.

Все лабораторные работы предполагают написание и отладку собственных программ на языке С++, поэтому, при необходимости, перед началом лабораторной работы можно повторить базовые синтаксические конструкции этого языка программирования, которые потребуются при выполнении работы.

5. Материально-техническое обеспечение дисциплины

5.1. Перечень специализированных аудиторий и лабораторий

Лекционные занятия и лабораторные работы по дисциплине должны проводиться в специализированных аудиториях.

Лекционная аудитория 1-327, оборудованная мультимедийным оборудованием и рабочими станциями для выполнения лабораторных работ.

Основные порталы (построено редакторами)

Домашний очаг Дом • Дача • Садоводство • Дети • Активность ребенка • Игры • Красота • Женщины • (Беременность) • Семья • Хобби Здоровье: • Анатомия • Болезни • Вредные привычки • Диагностика • Народная медицина • Первая помощь • Питание • Фармацевтика История: СССР • История России • Российская Империя Окружающий мир: Животный мир • Домашние животные • Насекомые • Растения • Природа • Катаклизмы • Космос • Климат • Стихийные бедствия Справочная информация Документы • Законы • Извещения • Утверждения документов • Договора • Запросы предложений • Технические задания • Планы развития • Документоведение • Аналитика • Мероприятия • Конкурсы • Итоги • Администрации городов • Приказы • Контракты • Выполнение работ • Протоколы рассмотрения заявок • Аукционы • Проекты • Протоколы • Бюджетные организации Муниципалитеты • Районы • Образования • Программы Отчеты: • по упоминаниям • Документная база • Ценные бумаги Положения: • Финансовые документы Постановления: • Рубрикатор по темам • Финансы • города Российской Федерации • регионы • по точным датам Регламенты Термины: • Научная терминология • Финансовая • Экономическая Время: • Даты • 2015 год • 2016 год Документы в финансовой сфере • в инвестиционной • Финансовые документы - программы

Техника Авиация • Авто • Вычислительная техника • Оборудование • (Электрооборудование) • Радио • Технологии • (Аудио-видео) • (Компьютеры) Общество Безопасность • Гражданские права и свободы • Искусство • (Музыка) • Культура • (Этика) • Мировые имена • Политика • (Геополитика) • (Идеологические конфликты) • Власть • Заговоры и перевороты • Гражданская позиция • Миграция • Религии и верования • (Конфессии) • Христианство • Мифология • Развлечения • Масс Медиа • Спорт (Боевые искусства) • Транспорт • Туризм Войны и конфликты: Армия • Военная техника • Звания и награды Образование и наука Наука: Контрольные работы • Научно-технический прогресс • Педагогика • Рабочие программы • Факультеты • Методические рекомендации • Школа • Профессиональное образование • Мотивация учащихся Предметы: Биология • География • Геология • История • Литература • Литературные жанры • Литературные герои • Математика • Медицина • Музыка • Право • Жилищное право • Земельное право • Уголовное право • Кодексы • Психология (Логика) • Русский язык • Социология • Физика • Филология • Философия • Химия • Юриспруденция

Мир Регионы: Азия • Америка • Африка • Европа • Прибалтика • Европейская политика • Океания • Города мира Россия: • Москва • Кавказ • Регионы России • Программы регионов • Экономика Бизнес и финансы Бизнес: • Банки • Богатство и благосостояние • Коррупция • (Преступность) • Маркетинг • Менеджмент • Инвестиции • Ценные бумаги: • Управление • Открытые акционерные общества • Проекты • Документы • Ценные бумаги - контроль • Ценные бумаги - оценки • Облигации • Долги • Валюта • Недвижимость • (Аренда) • Профессии • Работа • Торговля • Услуги • Финансы • Страхование • Бюджет • Финансовые услуги • Кредиты • Компании • Государственные предприятия • Экономика • Макроэкономика • Микроэкономика • Налоги • Аудит Промышленность: • Металлургия • Нефть • Сельское хозяйство • Энергетика Строительство • Архитектура • Интерьер • Полы и перекрытия • Процесс строительства • Строительные материалы • Теплоизоляция • Экстерьер • Организация и управление производством