1. Цели и задачи дисциплины
1.1 Цель преподавания дисциплины
изучение магистрантами средств и методов автоматизации всех стадий проектных, технологических, конструкторских работ; приобретение навыков выполнения конечно-элементного анализа в среде АРМ Structure3D; приобретение навыков автоматизированного расчета и проектирования деталей машин, механизмов, элементов конструкций и узлов в системе АРМ WinMachine; развитие у студентов научного мышления.1.2 Задачи изучения дисциплины
Задачей курса является изучение общих принципов функционирования типовых для машиностроения механизмов, машин и приборов, методов их расчета и конструирования, получение знаний по системе автоматизированного проектирования (САПР) АРМ WinMachine, анализа процессов проектирования задач машиностроения, привитие студентам практических навыков проектирования, расчета и построения автоматизированного промышленного производства, необходимых при непосредственной работе с использованием программного обеспечения САПР, созданию, в соответствии с нормативными требованиями Комитета стандартизации РК, инженерных документов, по управлению документооборота и его архивацией, умение самостоятельно ставить и решать задачи САПР.
В результате изучения магистрант должен:
иметь представление о современных методах проектирования механизмов, машин и механической части аппаратов, включая системы автоматизированного проектирования (САПР); знать конструкции и принципы работы типовых механизмов, машин и механической части аппаратов, используемых в машиностроении; иметь опыт анализа конструкций и выполнения проектно-конструкторских работ, в том числе с использованием элементов САПР.
1.3 Пререквизиты: инженерная и компьютерная графика, теоретическая механика, сопротивление материалов, теория упругости.
1.4 Постреквизиты: дипломное проектирование.
2. Система оценки знаний
По кредитной технологии обучения применяется рейтинговый контроль знаний студентов.
Рейтинг дисциплины оценивается по 100 - бальной шкале.
Для дисциплины устанавливается следующие виды контроля: текущий контроль, рубежный контроль, курсовая работа, итоговый контроль (таблица 1).
Таблица 1
Распределение рейтинговых баллов по видам контроля
Вид итогового контроля | Виды контроля | Баллы |
Экзамен | Итоговый контроль | 40 |
Рубежный контроль | 20 | |
Текущий контроль | 40 |
Таблица 2
Календарный график сдачи всех видов контроля
по дисциплине «Компьютерное моделированин в механике»
Недели | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 |
Виды контроля | Дз1 | Дз2 | Дз3 | Л1 | Дз4 | Л2 | РК1 | Дз5 | Дз6 | Л3 | Дз7 | Л4 | Дз8 | РК2 | Л5 |
Количество | 1 | 1 | 1 | 7 | 1 | 6 | 10 | 1 | 1 | 7 | 1 | 6 | 1 | 10 | 6 |
Виды контроля: Дз – домашнее задание, Л – лабораторная работа, РК – рубежный контроль. |
Студент допускается к сдаче итогового контроля при наличии суммарного рейтингового балла 
30. Итоговый контроль считается сданным в случае набора 
20 баллов. Итоговая оценка по дисциплине определяется по шкале (таблица 3).
Таблица 3
Оценка знаний студентов
Оценка | Буквенный эквивалент | В процентах % | В баллах |
Отлично | А | 95-100 | 4 |
А- | 90-94 | 3,67 | |
Хорошо | В+ | 85-89 | 3,33 |
В | 80-84 | 3,0 | |
В- | 75-79 | 2,67 | |
Удовлетворительно | С+ | 70-74 | 2,33 |
С | 65-69 | 2,0 | |
С- | 60-64 | 1,67 | |
D+ | 55-59 | 1,33 | |
D | 50-54 | 1,0 | |
Неудовлетворительно | F | 0-49 | 0 |
3 Содержание дисциплины
3.1 Тематический план курса
Таблица 4
№ недели | Наименование темы | Количество академических часов | |||
Лекция | Практ зан. | Лаб. зан. | СРСП | СРС | |
1-2 | Введение. Общие понятия об автоматизированном проектировании. Создание расчетной модели стержневой конструкции. | 2 | 4 | 5 | 5 |
3-4 | Статический расчет стержневой модели конструкции и анализ полученных результатов. Создание и расчет стержнево-пластинчатой модели конструкции. | 2 | 4 | 6 | 6 |
5 | Дополнительные функциональные возможности модуля АРМ STRUCTURE3D по созданию стержневых моделей конструкций. | 2 | 2 | 6 | 6 |
6-7 | Создание и расчет моделей конструкций, содержащих пластинчатые и объемные конечные элементы, в редакторе модуля АРМ STRUCTURE3D. Использование 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения, и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. | 2 | 4 | 6 | 6 |
8-10 | Нагрузки специального вида. Другие виды расчетов. | 2 | 4 | 5 | 5 |
11-12 | Модули проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций (APM Joint), проектирования передач вращения (APM Trans), расчета неидеальных передач поступательного движения (APM Screw). | 2 | 4 | 6 | 6 |
13 | Модули проектирования балочных элементов конструкций (APM Beam), расчета, анализа и проектирования валов и осей (APM Shaft), расчета неидеальных подшипников качения (APM Bear), расчета радиальных и упорных подшипников скольжения (APM Plain). | 2 | 4 | 5 | 5 |
14-15 | Модули, проектирования привода произвольной структуры и планетарных передач (APM Drive), проектирования пружин (APM Spring), проектирования кулачковых механизмов (APM Cam). | 1 | 4 | 6 | 6 |
Всего (часов) | 15 | 30 | 45 | 45 |
3.2 Наименование тем лекционных занятий и их содержание
1. Введение. Общие понятия об автоматизированном проектировании. Создание расчетной модели стержневой конструкциии. Стадии проектирования. Разновидности САПР. Особенности применения метода конечных элементов в АРМ STRUCTURE3D. Редактор создания и редактирования моделей. Подготовка стержневой модели конструкции к расчету. Задание параметров материала. Задание поперечных сечений. Задание опор. Задание действующих на элементы модели внешних нагрузок.
2. Статический расчет стержневой модели конструкции и анализ полученных результатов. Создание и расчет стержнево-пластинчатой модели конструкции. Параметры расчета и запуск модели на расчет. Просмотр результатов статического расчета напряженно-деформированного состояния стержневой модели конструкции. Виды пластинчатых конечных элементов. Режимы разбиения пластин. Задание параметров пластин и их нагружение. Визуализация результатов расчета стержнево-пластинчатой модели конструкции.
3. Дополнительные функциональные возможности модуля АРМ STRUCTURE3D по созданию стержневых моделей конструкций. Типы стержневых конечных элементов. Работа с инструментами, предназначенными для изменения и редактирования модели конструкции. Создание шарниров. Освобождение связей стержневого элемента в узле. Задание упругих опор. Введение в модель конструкции сосредоточенных масс и моментов инерции. Внецентренное соединение стержневых элементов модели конструкции. Задание упругих связей. Задание совместного перемещения элементов модели конструкции.
4. Создание и расчет моделей конструкций, содержащих пластинчатые и объемные конечные элементы, в редакторе модуля АРМ STRUCTURE3D. Использование 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. Оболочечные модели. Создание и расчет моделей конструкций, содержащих объемные конечные элементы. Трехмерный редактор создания, импорта и разбиения моделей на конечные элементы. Создание или импорт объемной модели. Закрепление твердотельной модели и задание действующих на нее нагрузок. Генерация КЭ-сетки.
5. Нагрузки специального вида. Другие виды расчетов. Действие нагрузок на узлы модели конструкции. Особые случаи приложения нагрузок к стержневым элементам. Действие нагрузок на пластинчатые элементы. Давление на объемные элементы модели. Действие нагрузок на всю модель в целом. Моделирование динамических нагрузок. Проверка несущей способности стержневых элементов модели конструкции и подбор поперечных сечений. Расчет модели конструкции на устойчивость. Деформационный расчет. Нелинейный расчет. Расчет собственных частот и собственных форм. Расчет вынужденных колебаний модели конструкции. Тепловой расчет и решение задачи термоупругости.
6. Модули проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций (APM Joint), проектирования передач вращения (APM Trans), расчета неидеальных передач поступательного движения (APM Screw).
7. Модули проектирования балочных элементов конструкций (APM Beam), расчета, анализа и проектирования валов и осей (APM Shaft), расчета неидеальных подшипников качения (APM Bear), расчета радиальных и упорных подшипников скольжения (APM Plain).
8. Модули, проектирования привода произвольной структуры и планетарных передач (APM Drive), проектирования пружин (APM Spring), проектирования кулачковых механизмов (APM Cam).
3.3 Наименование тем практических занятий, их содержание и объем в часах
1-2. Создание расчетной модели стержневой конструкции. Задание параметров материала, поперечных сечений, опор и действующих на элементы модели внешних нагрузок примера стержнево-пластинчатой модели конструкции. (4 часа).
3-4. Статический расчет стержневой модели конструкции и анализ полученных результатов. Создание и расчет стержнево-пластинчатой модели конструкции. Запуск модели на расчет. Просмотр результатов статического расчета. Режимы разбиения пластин. Визуализация результатов расчета примера стержнево-пластинчатой модели конструкции. (4 часа).
5. Дополнительные возможности модуля АРМ STRUCTURE3D по созданию стержневых моделей конструкций. Изменение и редактирование моделей различных конструкций. Примеры по созданию шарниров, освобождения связей стержневого элемента в узле, задания упругих опор, введения в модель конструкции сосредоточенных масс и моментов инерции. Создание внецентренно соединенных стержневых элементов. Задание упругих связей, совместного перемещения элементов модели конструкции. (2 часа).
6-7. Создание и расчет моделей конструкций, содержащих пластинчатые и объемные конечные элементы, в редакторе модуля АРМ STRUCTURE3D. Использование 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения, и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. Примеры создания и расчета моделей конструкций, содержащих объемные конечные элементы. Трехмерный редактор создания, импорта и разбиения моделей на конечные элементы. Примеры создания или импорта объемной модели. Закрепление твердотельной модели и задание действующих на нее нагрузок. Генерация КЭ-сетки. (4 часа).
8-10. Нагрузки специального вида. Другие виды расчетов. Создание примеров действия нагрузок на узлы, приложения нагрузок к стержневым элементам. Создание примеров действия нагрузок на пластинчатые и объемные элементы модели, действия нагрузок на всю модель в целом. Примеры моделирования динамических нагрузок. Примеры проверки несущей способности стержневых элементов конструкции и подбора поперечных сечений. Примеры расчета модели конструкции на устойчивость. Деформационный и нелинейный расчет. Расчет собственных частот и собственных форм конструкции, расчета вынужденных колебаний, теплового расчета и решения задачи термоупругости. (4 часа).
11-12. Модули проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций (APM Joint), проектирования передач вращения (APM Trans), расчета неидеальных передач поступательного движения (APM Screw). (4 часа).
13. Модули проектирования балочных элементов конструкций (APM Beam), расчета, анализа и проектирования валов и осей (APM Shaft), расчета неидеальных подшипников качения (APM Bear), расчета радиальных и упорных подшипников скольжения (APM Plain). (4 часа).
14-15. Модули, проектирования привода произвольной структуры и планетарных передач (APM Drive), проектирования пружин (APM Spring), проектирования кулачковых механизмов (APM Cam) (4 часа).
3.4 Самостоятельная работа студентов (СРС)
Лабораторные работы.
№ недели | Задание |
1-4 | Задание 1. Проектирование конструкции остановки. Условие задания. При создании модели использовать стержни и пластины. |
5-6 | Задание 2. Расчет напряженно-деформированного состояния катушки. Условие задания. При создании модели использовать оболочки и модуль APM Studio. |
9-10 | Задание 3. Расчет напряженно-деформированного состояния гайковерта. Условие задания. При создании модели использовать 3D тела. |
11-12 | Задание 4. Проектирование болтового и сварного соединения. |
13-15 | Задание 5. Расчет узла машины. |
Семестровые задания студентам выдаются преподавателем.
Домашние задания
№ недели | Задание |
1 | Домашнее задание 1 - 2 [стр.32-34] Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов балки. |
2 | Домашнее задание 1 - 2 [стр.38-43] Расчет плоской рамной конструкции. |
3 | Домашнее задание 1 – 2 [стр.50-53] Построение эпюр внутренних силовых факторов криволинейной рамы. |
4 | Семестровое задание № 1 |
5 | Домашнее задание 1 - 2 [стр.53-55] Построение эпюр внутренних силовых факторов Построение эпюр внутренних силовых факторов пространственной рамы. |
6 | Семестровое задание № 2 |
7 | Рубежный контроль – тест. задание по модулю № 1 |
8 | Домашнее задание 2 - 2 [стр.60-63] Расчет геометрических характеристик сечения. |
9 | Домашнее задание 2 - 2 [стр.67-69] Расчет на устойчивость стержня. |
10 | Семестровое задание № 3 |
11 | Домашнее задание 2 - 2 [стр.20-24] Расчет статически неопределимой системы в модуле Beam. |
12 | Семестровое задание № 4 |
13 | Домашнее задание 2 - 2 [стр.25-26] Расчет балочной конструкции в модуле Beam. |
14 | Рубежный контроль– тест. задание по модулю № 2 |
15 | Семестровое задание № 5 |
3.5 Самостоятельная работа студентов под руководством преподавателя (СРСП).
№ | Задание |
1 | Тестовый опрос по теме 1. Решение задач по созданию расчетных моделей стержневых конструкций. |
2 | Тестовый опрос по теме 1. Решение задач по заданию параметров материала, поперечных сечений, опор и действующих на элементы модели внешних нагрузок. |
3 | Тестовый опрос по теме 2. Решение задач по вводу параметров расчета и запуск моделей на расчет. Просмотр результатов статического расчета напряженно-деформированного состояния стержневой модели конструкции. |
4 | Тестовый опрос по теме 2. Решение задач по созданию и разбиению пластин, заданию параметров и нагружению. Визуализация результатов расчета стержнево-пластинчатой модели конструкции. |
5 | Тестовый опрос по теме 3. Решение задач по изменению и редактирования модели конструкции, созданию шарниров, упругих опор, введению сосредоточенных масс и моментов инерции. |
6 | Тестовый опрос по теме 4. Решение задач по использованию 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения, и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. |
7 | Рубежный контроль – тест. задание по модулю № 1 |
8 | Тестовый опрос по теме 4. Решение задач по использованию 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения, и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. |
9 | Тестовый опрос по теме 5. Решение задач по действию нагрузок на узлы модели конструкции, на пластинчатые элементы. Давление на объемные элементы модели. Проверка несущей способности стержневых элементов модели конструкции и подбор поперечных сечений. |
10 | Тестовый опрос по теме 5. Решение задач по расчету модели конструкции на устойчивость, деформационный расчет, нелинейный расчет, расчет собственных частот и собственных форм. |
11 | Тестовый опрос по теме 5. Решение задач по расчету вынужденных колебаний модели конструкции, тепловому расчету и решению задачи термоупругости. |
12 | Тестовый опрос по теме 6. Модули APM Joint, APM Trans, APM Screw, APM Beam, APM Shaft. |
13 | Тестовый опрос по теме 7. Модули APM Bear, APM Plain, APM Drive, APM Cam, APM Spring. |
14 | Рубежный контроль– тест. задание по модулю № 2 |
15 | Тестовый опрос по теме 8. |
Таблица 5
3.6 График проведения занятий
№ | Дата | Время | Наименование темы |
Лекции | |||
1 | Введение. Общие понятия об автоматизированном проектировании. Создание расчетной модели стержневой конструкции. | ||
2 | Статический расчет стержневой модели конструкции и анализ полученных результатов. Создание и расчет стержнево-пластинчатой модели конструкции. | ||
3 | Дополнительные функциональные возможности модуля АРМ STRUCTURE3D по созданию стержневых моделей конструкций. | ||
4 | Создание и расчет моделей конструкций, содержащих пластинчатые и объемные конечные элементы, в редакторе модуля АРМ STRUCTURE3D. Использование 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения, и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. | ||
5 | Нагрузки специального вида. Другие виды расчетов. | ||
6 | Модули проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций (APM Joint), проектирования передач вращения (APM Trans), расчета неидеальных передач поступательного движения (APM Screw). | ||
7 | Модули проектирования балочных элементов конструкций (APM Beam), расчета, анализа и проектирования валов и осей (APM Shaft), расчета неидеальных подшипников качения (APM Bear), расчета радиальных и упорных подшипников скольжения (APM Plain). | ||
8 | Модули, проектирования привода произвольной структуры и планетарных передач (APM Drive), проектирования пружин (APM Spring), проектирования кулачковых механизмов (APM Cam). | ||
Практические занятия | |||
1. | Создание расчетной модели стержневой конструкции. | ||
2 | Задание параметров материала, поперечных сечений, опор и действующих на элементы модели внешних нагрузок. | ||
3 | Статический расчет стержневой модели конструкции и анализ полученных результатов. | ||
4 | Создание и расчет стержнево-пластинчатой модели конструкции. | ||
5 | Дополнительные возможности модуля АРМ STRUCTURE3D по созданию стержневых моделей конструкций. | ||
6 | Создание и расчет моделей конструкций, содержащих пластинчатые и объемные конечные элементы, в редакторе модуля АРМ STRUCTURE 3D. | ||
7 | Использование 3D-препроцессора АРМ STUDIO для создания, нагружения, и генерации конечно-элементной сетки трехмерных моделей. | ||
8 | Нагрузки специального вида. | ||
9 | Примеры расчета модели конструкции на устойчивость. Деформационный и нелинейный расчет. | ||
10 | Примеры расчета собственных частот и собственных форм конструкции, авынужденных колебаний, теплового расчета и решения задачи термоупругости. | ||
11 | Модули проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций (APM Joint), проектирования передач вращения (APM Trans), расчета неидеальных передач поступательного движения (APM Screw). | ||
12 | Модуль проектирования балочных элементов конструкций (APM Beam), расчета, анализа и проектирования валов и осей (APM Shaft), | ||
13 | Модуль расчета неидеальных подшипников качения (APM Bear), расчета радиальных и упорных подшипников скольжения (APM Plain). | ||
14 | Модуль проектирования привода произвольной структуры и планетарных передач (APM Drive) | ||
15 | Модуль проектирования пружин (APM Spring), проектирования кулачковых механизмов (APM Cam). |
4. Учебно-методические материалы по дисциплине
4.1 Основная литература
1. Замрий и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D. – М.: Издательство АПМ. 2006. – 288 с.
2. , Чугунова проектирования машин. Примеры решения задач. – М.: издат-во АПМ., 2004 – 240 с.
3. Шелофаст проектирования машин. – М.: издат-во АПМ., 2004 – 472 с.
4. Норенков автоматизированного проектирования: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2000. – 360 с.
5. Кунву Ли. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.
6. , Круглов конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающей промышленности. - М.: Машиностроение, 1978. – 328 с.
4.2 Дополнительная литература
7. ANSYS в примерах и задачах. М.: Компьютер Пресс, 2002. – 224 с.
8. , , ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 272 с.
9. , , ANSYS в для инженеров: Справочное пособие. – М.: Машиностроение-1, 2004. – 512 с.
10. ANSYS: справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.
11. ANSYS в примерах и задачах. – М.: Компьютер Пресс, 2002. – 224 с.
12. , Динасылов на прочность и жесткость балок и валов в системе Mechanical Desktop. Методические указания к практическим занятиям (для студентов всех форм обучения). - Алматы: КазНТУ, 2005.
13. , Динасылов плоских деталей методом конечных элементов в системе Mechanical Desktop. Методические указания к практическим занятиям (для студентов всех форм обучения). - Алматы: КазНТУ, 2005.
14. , Динасылов резьбовых соединений в системе Mechanical Desktop. Методические указания к практическим занятиям (для студентов всех форм обучения). - Алматы: КазНТУ, 2005.
15. , Динасылов и расчеты валов на прочность в системе Mechanical Desktop. Методические указания и задания к курсовой работе (для студентов всех форм обучения). - Алматы: КазНТУ, 2005.
16. , Рахымбаева графика. Методические указания к лабораторно-практическим занятиям., КБТУ, Алматы, 2003, 1-42 с.
Содержание
1. Цели и задачи дисциплины 3
2. Система оценки знаний 3
3 Содержание дисциплины 4
4. Учебно-методические материалы по дисциплине 9
