Файл: Методические указания по выполнению самостоятельной работы по дисциплине Вычислительная механика икомпьютерный инжиниринг..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.03.2024
Просмотров: 12
Скачиваний: 0
Таблица 1 . 3
Планируемые результаты выполнения СРС по дисциплине
№ |
Компоненты |
Формулировкикомпонентовкомпетенций |
|
п/п |
компетенций |
||
|
|||
1 |
«Знать» |
Методывычислительноймеханики |
|
2 |
«Знать» |
Способырешенияинженерныхзадачметодамивычислитель- |
|
|
|
ноймеханики |
|
3 |
«Знать» |
Основныеметодыиалгоритмывычислительноймеханики |
|
4 |
«Знать» |
Основныепрограммныесистемыкомпьютерногоинжиниринга |
|
|
|
(САЕ-системы) |
|
|
«Знать» |
Методыматематическогомоделированияивычислительной |
|
5 |
механикидлярешенияинженерныхзадачитехнологиюих |
||
|
|
компьютернойреализации |
|
|
|
Методыматематическогомоделированияивычислительной |
|
6 |
«Знать» |
механикидлярешенияинженерныхзадачитехнологиюих |
|
|
|
компьютернойреализации |
|
7 |
«Уметь» |
Построитьдискретнуюсхемуисследуемойсистемы |
|
8 |
«Уметь» |
Оценитькачествосетки |
|
|
|
Рациональносочетатьаналитическиеметодымеханикидефор- |
|
9 |
«Уметь» |
мируемоготвердоготелаичисленныеметодывычислительной |
|
|
|
механики |
|
|
«Уметь» |
Решатьзадачимеханикидеформируемоготвердоготеласпри- |
|
10 |
менениемпрограммныхсистемкомпьютерногомоделирования |
||
|
|
икомпьютерногоинжиниринга(САЕ-систем) |
|
11 |
«Уметь» |
Сделатьобзорлитературныхисточников |
|
12 |
«Уметь» |
Осуществитьматематическуюпостановку инженернойзадачи |
|
13 |
«Уметь» |
Выбратьиприменитьметодрешенияданнойинженернойзадачи |
|
14 |
«Владеть» |
Навыкамиисследованиякачественныххарактеристиксеточ- |
|
|
ныхзадач(устойчивость, сходимость, точностьаппроксимации |
||
|
|
||
15 |
«Владеть» |
Навыкамииспользованиясовременногопрограммногообеспе- |
|
|
чениядлярешенияинженерныхзадач(ANSYS) |
||
|
|
||
16 |
«Владеть» |
Современнымиметодамивычислительноймеханики |
|
|
«Владеть» |
Навыкамипостроенияфизико-механических, математических |
|
17 |
икомпьютерныхмоделейирешениязадачприкладноймеха- |
||
|
никисприменениемпрограммныхсистемкомпьютерного |
||
|
|
||
|
|
инжиниринга(САЕ-систем) |
|
18 |
«Владеть» |
Программнымисредствами(языкAPDL – ANSYS PARA- |
|
|
METRIC DESIGN LANGUAGE), позволяющимисоздавать |
||
|
|
ипроизводитьрасчётыкомплексныхинженерныхсистем |
|
19 |
«Владеть» |
Программнымисредствами(языкAPDL – ANSYS PARA- |
|
|
METRIC DESIGN LANGUAGE), позволяющимисоздавать |
||
|
|
ипроизводитьрасчётыкомплексныхинженерныхсистем |
11
2. ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАННЫХ ВИДОВ СРС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Ниже изложены методики выполнения основных видов СРС по дисциплине «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг».
2.1. Самостоятельное изучение теоретического материала (ИТМ) и подготовка к аудиторным занятиям (ПАЗ)
Самостоятельному изучению подлежит теоретический материал, вынесенный в рабочей программе дисциплины на самостоятельную проработку (не рассматриваемый на лекциях). Самостоятельное изучение этого материала направлено на дополнение (расширение, углубление) содержания лекций и семинаров. ИТМ иПАЗ обеспечивают формирование компонентов «знать», «уметь», «владеть» заданныхкомпетенций.
Самостоятельное изучение теоретического материала и подготовка к аудиторным занятиям происходит по следующему алгоритму:
–студенту дается тема из перечня тем по разделам для самостоятельного изучения теоретического материала, представленных в табл. 2.1 для составления отчёта;
–студенту даётся основной список рекомендуемой литературы [5–8], используемый для написания отчёта по заданной теме. Также студент может пользоваться дополнительными источниками (например, электронными ресурсами);
–назначается срок сдачи отчёта (две недели после выдачи задания) и объём отчёта (от четырех страниц);
–при наступлении срока проверки студент должен представить преподавателю отчёт о выполненном задании;
–проверка и оценка отчёта осуществляется согласно шкале, представленной в табл. 2.2.
12
|
|
|
|
Таблица |
2 . 1 |
||
|
Перечень тем для самостоятельного изучения |
|
|
||||
|
|
|
теоретического материала |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Раздел |
|
Наименованиетем |
Рекомендуе- |
Вид |
Форма |
|
|
|
маябазовая |
СРС |
|
СРС |
||
|
|
|
|
литература |
|
|
|
Раздел1. |
Аппроксимациядифференциально- |
[5, с. 40–62] |
ИТМ |
Конспект |
|||
Методконеч- |
гооператоравторойпроизводной |
[6, с. 20–34] |
ПАЗ |
|
|
||
ныхразностей |
нанеравномернойсетке. |
|
|
|
|||
|
|
Интегроинтерполяционныйметод |
[7, с. 70–82] |
|
|
|
|
|
|
Методпеременныхнаправлений |
|
|
|
||
Раздел2. |
Изопараметрическиеконечные |
[8, с. 13–31] |
|
|
|
||
Методконеч- |
элементы. |
|
|
|
|||
ныхэлемен- |
МКЭ в задачах на собственные |
[5, с20–23] |
|
|
|
||
тов |
|
значения. |
|
|
|
||
|
|
Понятиеометодеграничныхэле- |
[8, с. 40–45] |
|
|
|
|
|
|
ментов |
|
|
|
||
Раздел3. |
Решение контактных задач |
[6, c. 90–108] |
|
|
|
||
Применение |
в ANSYS. |
|
|
|
|||
вычислитель- |
Гармонический и модальный |
|
|
|
|
||
ныхпакетов |
анализ уголкового кронштейна |
|
|
|
|
||
длярешения |
в ANSYS. |
|
|
|
|
||
инженерных |
Расчёт связной задачи взаимо- |
|
|
|
|
||
задач |
действия жидкость – твердое |
|
|
|
|
||
|
|
тело в ANSYS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
2 . 2 |
||
|
|
|
Шкала оценки ИТМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Формулировки |
Критерииоценки |
|
|
Вид |
||
п/п |
оценкиИТМ |
|
|
СРС |
|||
|
|
|
|
||||
1 |
Незачёт |
Объём конспекта менее заданного объёма |
|
|
ИТМ |
||
|
|
|
Конспектнесодержитосновныхпонятий, указанныхв |
ПАЗ |
|||
|
|
|
теме |
|
|
|
|
|
|
|
Нерепрезентативныйвидконспекта, непозволяющий |
|
|||
|
|
|
преподавателюпрочитатьтекстипроверитьполноту |
|
|
||
|
|
|
отражениясодержаниятемы |
|
|
|
|
2 |
Зачёт |
|
Объём конспекта соответствует (или выше) задан- |
|
ИТМ |
||
|
|
|
ному объёму |
|
|
|
ПАЗ |
|
|
|
Конспект содержит основные понятия, указанные |
|
|||
|
|
|
в теме |
|
|
|
|
|
|
|
Репрезентативныйвидконспекта, позволяющийпре- |
|
|
||
|
|
|
подавателюпрочитатьтекстипроверитьполноту от- |
|
|
||
|
|
|
ражениясодержаниятемы |
|
|
|
|
13
2.2. Подготовка к контрольным работам (ПКР)
Подготовка к контрольным работам (ПКР) является одной из наиболее важных частей СРС, характеризующей эффективность освоения компетенций дисциплины «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг».
Для эффективной подготовки к контрольной работе студент должен уточнить методические рекомендации ПКР, которые позволят ему успешно написать контрольную работу.
Методические рекомендации:
•ИТМ и ПАЗ;
•использование практических и теоретических навыков других студентов для анализа тем и вопросов, выносимых на контроль;
•консультация с преподавателем по темам и вопросам, выносимым на контроль.
Эффективность ПКР контролируется сдачей КР на оценку
«удовлетворительно» и выше. Критерии оценки приведены в табл. 2.3. Перечень тем и заданий, выносимых на контроль по дисциплине «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг», приведён в ФОС по дисциплине «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг». На КР студенту выдается 10 заданий, время выполнения 90 мин. Примеры заданий приведены в табл. 2.4.
|
|
Таблица 2 . 3 |
|
|
|
Шкала оценки КР |
|
|
|
|
|
№ |
Формулировки |
КритерииоценкиКР |
|
п/п |
оценки КР |
||
|
|||
1 |
Неудовлетворительно |
Числоправильновыполненныхзаданийменее40 % |
|
|
|
(менее4 из10) |
|
2 |
Удовлетворительно |
Числоправильновыполненныхзаданий40–60 % |
|
3 |
Хорошо |
Числоправильновыполненныхзаданий60–80 % |
|
4 |
Отлично |
Числоправильновыполненныхзаданий80–100 % |
14
Таблица 2 . 4 Примеры заданий для выполнения КР
Перечислите основные этапы решения задач любого типа конечноэлементного анализа.
Что такое постпроцессор?
Назовите составляющие любой программы, реализующей технологию МКЭ.
Перечислите основные типы анализа и задачи, решаемые в среде ANSYS.
Чем отличаются CAE-системы от CAD-систем?
За выполнение какой функции отвечает команда Define Loads?
Пояснитетермины«локальнаясистемакоординат» и«глобальнаясистемакоординат».
В чём заключается алгоритм формирования матрицы жёсткости в плоском треугольном элементе?
Приведите примеры использования условного оператора для создания цикла.
Какая команда отвечает за задание типа материала в ANSYS?
2.3. Выполнение индивидуальных заданий (ИЗ)
СРС ИЗ осуществляется согласно следующему алгоритму:
–студент выбирает тему из перечня тем для ИЗ представленных в табл. 2.5 для составления конспекта;
–назначается срок сдачи отчёта (две недели после выдачи задания) и объём отчёта (от пяти страниц);
–при наступлении срока проверки студент должен представить преподавателю отчёт;
–проверка и оценка отчёта осуществляется преподавателем согласно шкале, представленной в табл. 2.6.
Таблица 2 . 5
Темы для ИЗ
Решение задачи нестационарной теплопроводности для плоской стенки с использованием явной и неявной разностных схем.
Решениезадачиокручениипризматическогостержняметодомвзвешенныхневязок.
МКЭ-анализ вынужденных колебаний плоской конструкции.
Решение двумерной задачи теории упругости непрямым методом граничных элементов.
Анализ напряженно-деформированного состояния вала, нагруженного однонаправленным поверхностным давлением.
Решение задачи о течении неньютоновской жидкости в Т-образной трубе.
МКЭ-анализ вынужденных колебаний пространственной конструкции.
15
Тема 1. Решение задачи нестационарной теплопроводности для плоской стенки с использованием явной и неявной разностных схем.
Рассматривается процесс теплопередачи через плоскую cтенку.
Необходимо найти распределение температуры по толщине стенки в моменты времени t = 10, 30, и 60 с. На одной границе стенки поддерживается постоянная температура Tk, на другой границе – температура Tп. Начальная температура T0 равна 50 °С, источники тепловыделения внутри стенки отсутствуют.
Пластина изготовлена из стали: λ = 46 Вт/(м°C),
ρ = 7800 кг/м3, с = 460 Дж/(кг°C).
Задание выполняется в среде MatLab. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.
Тема 2. Решение задачи о кручении призматического стержня методом взвешенных невязок.
Рассматривается кручение призматического стержня, один конец которого защемлен, а в середине участка нагружен изгибающим моментом M=10 кН·м; модуль упругости E=5 МПа, коэффициент Пуассона=0,3.
Необходимо построить эпюру крутящих моментов. Из условий прочности (с использованием гипотезы наибольших касательных напряжений) и жесткости определить диаметры стержня сплошного круглого поперечного сечения.
Задание выполняется в среде MatLab. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с ил-
16
люстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.
Тема 3. МКЭ-анализ вынужденных колебаний плоской конструкции.
Пластина толщиной 8 мм имеет размеры 100 × 200 мм. Пластина закреплена по боковой грани. При проведении гармонического анализа к нижним углам конструкции прикладываются сосредоточенные гармонические силы. При проведении гармонического анализа отыскиваются первые (низшие) четыре собственных частоты и формы.
Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.
Тема 4. Решение двумерной задачи теории упругости непрямым методом граничных элементов.
Необходимо провести НДС-анализ плоской конструкции, подвергнутой статическому воздействию P=40 кН. Толщина пластины 0,005 м. Параметры: EX = 2е11 Па и коэффициент Пуас-
сона PRXY = 0,27, ρ = 7800 кг/м3. Размеры сторон 0,2 и 0,05 м.
Найтиперемещения, деформации, напряжения.
Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.
17
Тема 5. Анализ напряженно-деформированного состояния вала, нагруженного однонаправленнымповерхностнымдавлением.
Цилиндрический вал нагружен однонаправленной равномерно распределенной поверхностной нагрузкой. Диаметр оси 40 мм, длина 50 мм. Вследствие симметрии моделируется только одна ее половина. Граничные условия − заделка по торцевой поверхности; типзадачи − статический анализ.
Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.
Тема 6. Решение задачи о течении неньютоновской жидкости в Т-образной трубе.
Модель T-образной трубки представляет собой смеситель для двух потоков. Свойства неньютоновской жидкости
(модель Каро) (η∞=4,5 мПа·с, Г= 0,033, η0=62,5 мПа·с, m=0,56).
Давление на входе 1 и на входе 2 = 100 Па, давление на выходе=20 Па. Найти распределения скоростей и давлений.
Задание выполняется в среде ANSYS. Отчет в стандартной форме представляется на бумажном носителе (от пяти страниц), содержит подробное описание этапов работы с иллюстрациями, анализом и личными комментариями. Отчеты по выполнению должны быть оформлены в соответствии с требованиями ГОСТ 7.32-101.
Тема 7. МКЭ-анализ вынужденных колебаний пространственной конструкции.
Тонкостенный кронштейн толщиной 2,54 мм имеет размеры 101,6 × 177,8 мм. Радиус изгиба 50,8 мм. Кронштейн имеет центральный вырез и четыре отверстия по углам. По контуру верхних отверстий конструкция закреплена. При проведе-
18