CC BY
19
6/2Q11 мвВЕСТНИК
ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА» КАК НАЧАЛЬНАЯ СТАДИЯ ДЛЯ ПРИВЛЕЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ К НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
DISCIPLINE «THEORETICAL MECHANICS» AS INITIAL STEP FOR THE INVOLVEMENT OF STUDENTS OF TECHNICAL SPECIALTIES IN SCIENTIFIC ACTIVITIES
B.M. Завьялов, Ф.Б. Киселев, A.A. Локтев
V.M. Zavialov, F.B. Kiselev, A.A. Loktev
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
В работе рассматривается методика привлечения студентов начальных курсов к научно-исследовательской работе под руководством преподавателей кафедры Теоретической механики, приводятся несколько тем исследований, по которым в данное время активно ведется работа и получены новые результаты.
In the paper, methodology of the involvement of initial course students in research work with the supervisor lecturers of the department of theoretical mechanics is considered. Additionally, several research topics that are at present actively investigated with the new results are described.
Подготовка будущих научных сотрудников и специалистов высшей квалификации может начинаться уже на 1-м, 2-м курсе ВУЗа. Конечно, методика привлечения может быть совершенно разной в зависимости от обучающих в данное время студента кафедр конкретного ВУЗа, а также индивидуальных педагогических качеств преподавателя, а также его научных интересов. Один из возможных подходов в этом вопросе осуществляется на кафедре теоретической механики МГСУ. Суть этого подхода состоит в выявлении студентов желающих заниматься научно-исследовательской работой, отборе ребят способных осуществлять эту деятельность, выборе научного руководителя из числа сотрудников кафедры и совместного создания тех научных заделов, которые укрепят желание заниматься исследовательской деятельностью в дальнейшем.
Аттестация студента по дисциплине складывается из его работы на каждом занятии. Это большая система, подразумевающая получение определенных баллов на каждом занятии. В конце семестра по количеству набранных баллов студент получает либо допуск к экзамену, либо соответствующую экзаменационную оценку. Возможно, что в результате неактивной работы студент не получает допуск к экзамену. Важной частью такого подхода является то, что студенты в зависимости от способностей решают после выполнения обязательных задач задачи повышенной сложности и задачи, предполагающие не стандартные подходы, а также более способные студенты часто
ВЕСТНИК МГСУ
6/2011
проверяют решение задач у тех, кто успевает значительно медленнее, и объясняют им, как правильно решать задачи. Если менее способный студент после объяснения начинает сам решать задачи, то объяснивший студент получает дополнительные баллы при аттестации. Такой подход вызывает более твердое понимание материала и у объяснивших, и у тех, кому была оказана помощь в понимании, а также сплачивает коллектив группы и способствует развитию чувства взаимовыручки товарищей.
Очень важно (а в теоретической механике это легко достигается) подбирать задачи, которые могли бы вызвать практический интерес, хотя бы у части группы. Например, в статике при расчете ферм возможен вопрос: «Какие из стержней можно заменить в этой задаче тросом?» «Как расположить силы, чтобы как можно большее число стержней заменялись тросами?» и тому подобное. Еще больше возможностей появляется у студентов второго курса. Например, после того, как было рассмотрено общее уравнение динамики, студенты для студенческой научной конференции разработали конструкцию плитоуклад-чика (рис.1). Идея этой конструкции состоит в том, что потенциальная энергия пакета плит, загруженных на исходной точке, позволит плитоукладчику двигаться, укладывая эти плиты на раствор, подаваемый этим же плитоукладчиком. Это движение идет до следующего контрольного пункта, где механизм получает новый пакет плит и в него заливается дополнительный раствор. Идея создания энергосберегающих установок понравилась студентам и, может быть, они будут работать над этим и в дальнейшем.
Рис. 1. Модель плитоукладчика
Студентам, склонным к анализу и более всестороннему изучению вопроса, можно предложить попробовать себя в решении сложных задач, выходящих за рамки традиционной программы по теоретической механике, и связать их с преподавателями, желающими найти себе таких помощников, которые могли бы уже в студенческие годы ознакомиться с какой-то прикладной научной задачей и в какой-то мере вникнуть в нее, и затем работать под руководством этого преподавателя над данной проблемой с целью дальнейшего научного роста. Разумеется, это не должна быть очень трудоемкая
6/2011
ВЕСТНИК _МГСУ
загрузка, так как студент занят основной деятельностью - обучением. Но этот студент привыкает к кафедре (одной или нескольким), преподавателям, знакомится в какой-то мере с задачами кафедры и тем, как они решаются. Те студенты, которые находят интерес в такой деятельности, в дальнейшем могут войти в состав кафедры и самостоятельно или под руководством того же преподавателя заниматься НИР.
а)
б)
Рис. 2 Вид противоударных изоляторов с вязкоупругими элементами: а) Кельвина-Фойгта, б) Максвелла
Большое значение для выбора способной молодежи играют студенческие олимпиады. На кафедре теоретической механики МГСУ олимпиадам, как внутривузовским, так и городским, уделяется большое внимание. Например, студенты второго курса под руководством преподавателя кафедры работают над следующей проблемой: «Совместное де-
ВЕСТНИК 6/2011
формирование грунта и погруженной в него железобетонной конструкции при «мягком» ударе». Несмотря на имеющие место деформации, в решении данной задачи помогают аналогии с уравнениями и подходами, используемыми именно в теоретической механике. Поскольку курс механики сплошных сред не читается в МГСУ, а пространственная многомерность задачи не позволяет использовать методы сопротивления материалов, для вывода уравнений данной задачи используются уравнения движения, понятие силы инерции, принцип Даламбера для сплошного абсолютно твердого тела. Переход к уравнениям механики деформируемого твердого тела осуществляется введением внутренних поверхностных сил. При этом важно, чтобы студенты умели проводить математически корректные и логически строгие преобразования. Для изучения численных методов решения получаемых уравнений необходимо знание вариационных методов и принципов. Именно из полноценного курса теоретической механики студент имеет возможность получить все эти знания. Поэтому особенно важно, чтобы данный курс читался целиком, без многочисленных в последнее время урезаний.
Студенты третьего курса, после некоторой подготовки, работают над темой «Моделирование систем противоударной защиты с ограничением рабочих характеристик». Данная работа посвящена математическому моделированию ударного взаимодействия двух тел с учетом располагающегося между ними в зоне контакта противоударного изолятора, состоящего из упругого и вязкого элемента, соединенных параллельно и последовательно в разных вариантах изолятора (рис.2). Одно из взаимодействующих тел представляет собой балку, из-за податливости опор которой, вводятся некоторые ограничения, касающиеся длины балки и определяющие, что за время ударного взаимодействия стационарные колебательные и нестационарные процессы не дошли до ее торцов. Искомые зависимости перемещений точек мишени, их ускорений и контактной силы от времени определяются только для первого ударного импульса до отрыва ударника от балки.
Такая подготовка позволила студентам третьего курса выступить на Международной конференции «XVII-я Зимняя школа по механике сплошных сред» в 2011 году, проводимой в г. Пермь на базе Института механики сплошных сред УрО РАН. В результате научно-исследовательской работы с привлечением студентов на кафедре за год было опубликовано 4 статьи в журналах и сборниках трудов Всероссийских конференций [1-4] из них 2 работы были опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих изданий ВАК РФ [3,4].
Понятно, что научно-исследовательская работа со студентами требует определенных усилий и желания самого преподавателя. Немалую роль играет и личность преподавателя, его доброжелательность и терпение. Однако такая работа позволяет не только создавать в группах хорошую атмосферу, делать студентов более подготовленными к последующим дисциплинам ВУЗа, но и готовить смену сотрудникам кафедры.
Литература
1. Локтев A.A., Вершинин В.В. Расчет стержневой конструкции на динамическую нагрузку // Сборник трудов Всероссийской научно-практической и учебно-методической конференции «Фундаментальные науки в современном строительстве», 31 марта. М.: МГСУ, 2010., С. 78 - 84.
2. Локтев A.A., Вершинин В.В. Использование противоударных изоляторов в контактных задачах // Сборник докладов научных чтений, посвященных 100-летию со дня рождения дважды лауреата Сталинской премии, лауреата Государственной премии СССР, д.т.н., проф. H.A. Стрельчука, М.: МГСУ, 2010., С. 56 - 70.
3. Рыжкова А.И., Локтев A.A. Влияние формы ударника на характеристики динамического контакта // Вестник МГСУ, №4, т.3, 2010, С. 309-315.
6/2Q11 мвВЕСТНИК
4. Вершинин В.В., Локтев А.А. Моделирование систем противоударной изоляции с ограничением рабочих характеристик // Вестник Пермского государственного технического университета, №1, 2011 С. 138-146.
Literatura
1. Loktev A. A., Vershinin V.V. Raschet sterzhnevoi konstruktsii na dinamicheskuyu nagruzku // Sbornik trudov Vserossiskoi nauchno-prakticheskoi i uchebno-metodicheskoi konferentsii «Fundamental'nie nauki v sovremennom stroitel'stve», 31 marta. M.: MGSU, 2010., P. 78 - 84.
2. Loktev A.A., Vershinin V.V. Ispol'zovanie protivoudarnih izolyatorov v kontaktnih zadachah // Sbornik dokladov nauchnih chtenii, posvyaschennih 100-letiyu so dnya rozhdeniya dvazhdi laureate Stalin-skoi premii, laureate Gosudarstvennoi premii SSSR, d.t.n. N.A. Strel'chuka, M.: MGSU, 2010., P. 56 - 70.
3. Ryzhkova A.I., Loktev A.A. Vliyanie formi udarnika na harakteristiki dinamicheskogo kontakta // Vestnik MGSU, №4, t.3, 2010, P. 309-315.
4. Vershinin V.V., Loktev A.A. Modelirovanie system protivoudarnoi izolyatsii s ogranicheniem ra-bocheh harakteristik // Vestnik Permskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta , №1, 2011., P. 138146.
Ключевые слова: научная работа, теоретическая механика, энергосберегающие технологии, совместное деформирование, противоударные изоляторы
Key words: research work, theoretical mechanics, energy-efficient technology, compatibility deformation, shock-resistant isolator
Почтовый адрес авторов: г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, кафедра Теоретической механики Телефон авторов: Завьялов Валентин Михайлович, Киселев Федор Борисович, Локтев Алексей Алексеевич - + 7 (499) 183-24-01
e-mail: [email protected]
Рецензент: д.т.н., проф. Шепитько Г.Е.
