CC BY
43
УДК 378.1 : 004.9 Н. В. САВИНОВА
Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург
ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ ПРОГРАММ ИНЖЕНЕРНОГО АНАЛИЗА В СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Подготовка современных инженеров диктует необходимость качественно менять как содержание, так и способы подачи материала специальных дисциплин. Статья посвящена опыту внедрения программ инженерного анализа и ЗЭ моделирования в курсы специальных дисциплин на кафедре горных машин и комплексов Уральского государственного горного университета для специальностей 15.04.02 «Горные машины и оборудование» и 13.06.02 «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов». Курс большинства спецдисциплин должен быть дополнен реализацией существующих методик в компьютерных расчетных программах, они должны широко применяться при выполнении практических заданий, в курсовом и дипломном проектировании, а также в научно-исследовательской деятельности студентов.
Ключевые слова: студент, навыки, Зй моделирование, анализ, ЭВМ.
Высокий уровень подготовки инженерных кадров прежде веет зависит от качества и глубины преподавания общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Кроме теоретических знаний в процессе обучения студенты для сокращения времени принятия решений должны освоить способы их применения на современном уровне с использованием вычислительной техники, т. е. выделение часов в учебном процессе на освоение студентами программ инженерной) анализа есть требование времени. В то же время количество аудиторных занятий сведено к минимуму, поэтому приходится сталкиваться с тем, что за время, предусмотренное учебными планами, преподаватель с трудом успевает дать основные теоретические положения. Без них освоение программ инженерною анализа не только бессмысленно, но и опасно, гак как легкость получения результатов различных расчетов может вызвать у студентов иллюзию ненужности базовых знаний. Как же быть в такой с виду безнадежной ситуации?
Опыт получения студентами навыков работы с вычислительной техникой на нашей кафедре заключается в следующем. Студенты попадают на выпускающую кафедру после второго курса, когда уже изучены такие общеинженерные дисциплины как теоретическая механика, сопротивление материалов и инженерная графика. После четвертого семестра наши студенты проходят учебно-методическую «вычислительную» практику. Она посвящена обучению студентов решению инженерных задач на ЭВМ. Исследовав различные варианты подачи учебною материала, мы разбили практику на три части.
Первая часть практики посвящена обучению студентов программированию для решения инженерных задач на языке Visual Basic |1|. Целью этой части является выработка навыков построения алгоритмов, необходимых для решения инженерных задач.
Во второй части практики студен ты для получения основ геометрического 3D моделирования учатся работать в программе трехмерной) моделирования Solid Works.
В завершающей третьей части студенты знакомятся с некоторыми модулями инженерной среды АРМ WinMachine. Задания на этом этапе позволяют закрепить у студентов знания уже пройденных инженерных дисциплин. Так как для расчета в модулях этой программы используются численные методы, студентам дается пошаговая методика подготовки данных для расчета. Методика включает в себя основные четыре этапа формирования расчетной модели (2|.
1. Создание моделей геометрической формы различными типами конечных элементов, и задание или изменение их переменных параметров (для стержней -поперечного сечения, для пластин — толщины).
2. Задание ограничений степеней свободы точкам фиксации конструкции в пространстве — модель закрепления.
3. Выбор модели материала, с помощью встроенной базы данных или путем ввода величин механических характеристик.
4. Создание модели нагружения. Расчет внешних силовых параметров действующих на конструкцию и учет влияния внутренних факторов.
Формирование у студентов четкого стереотипа, позволит им в дальнейшем использовать его при работе с любыми другими средами конечно-элементною анализа.
В табл. 1 приводится перечень заданий каждой части практики.
И Solid Works, и АРМ WinMachine приобретены нашим вузом в количестве 20 учебных мест, что обеспечивает индивидуальную работу каждого студента.
Продолжение освоения компьютерных программ происходит на практических занятиях по дисциплине «Детали машин и основы конструирования», которая близка к инженерной специализации выпускников кафедры ГМК — «проектирование и конструирование горных машин». К сожалению, только два практических занятия удается выделить для знакомства с такими модулями программы АРМ WinMachine, как АРМ Drive, АРМ Trans. В этой части большая роль отводится самостоятельной работе студентов. У большинства из них это не вызывает особой сложности,
*
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ИСТНИ« Г# 1 <•;> ЗОЮ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ I УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Типовые задания ■вычислительной практики»
N? Задание
1 - решение инженерных задан на языке Visual Ваяіс
1 Составить программу расчета реакций опор и построения эпюр изгибающих моментов для конкретной схемы балки
2 Рассчитать формулы с использованием подпрограмм и с передачей данных через аргументы
3 Рассчитать значення функции при изменении аргумента от min до шах с шагом
4 Расчет количества равносторонних многоугольников, выкраинаемых из прямоугольного листа определенной толщины, с минимизацией массы отходов
2 — моделирование в Solid Works
5 Выполнить 3D модель детали
б Выполнить чертеж по 3D модели
7 Создать 3D модель сборки
В Выполнить сборочный чертеж по 3D модели
3 - инженерный анализ
9 Выполнить подбор поперечного сечения балки но сортаменту проката (АРМ Structure3D)
10 Выполнить подбор размеров поперечного сечения балки (АРМ Structure3D)
Определить значения максимальных нагрузок иа ферменную конструкцию (АРМ Slructure3D|
11 Проверить устойчивость ферменной конструкции (АРМ Stniclure3D)
12 Создать плоскую, трехмерную модель вала и оыполннть ее рабочий чертеж (АРМ Shall, АРМ Studio. АРМ Graph)
13 Создать трехмерную модель кронш тейна, подобрать материал и проверить на прочность кронштейн, выполнить рабочий чертеж (АРМ Studio. АРМ Data. АРМ Structure3D. АРМ Graph)
Таблица 2
Задания по дисциплине «Металлоконструкции горных машин»
N» Задание (используемый модуль)
1 Выполнить расчет нахлестом ного сварного соединения (АРМ Лоіпі)
2 Создать монтажное болтовое соединение частей металлоконструкций (АРМ Лоіпі. АРМ вІпісІигеЗО)
3 Подобрать составное сечение центрально- и и 11 сцентренносжято го стержня (АРМ ЙІгисіигеЗО)
4 Подобрать составное сеченне многопролетной балки
так как модули АРМ WinMachine полностью русифицированы, имеют подробные пособия для пользователя, а главное соответствуют общепринятым в России методикам расчетов деталей машин [3J. Для активизации самостоятельной работы студентов в расчетно-графическую работу по дисциплине «Детали машин» введен обязательный проверочный расчет заданной передачи в модуле АРМ Trans с выполнением рабочего чертежа одного из элементов передачи в модуле АРМ Graph.
Полученные навыки закрепляются при выполнении курсовою проекта по деталям машин, в котором наряду с традиционными расчетами студентам предлагается выполнять проверочные расчеты, используя следующие модули: АРМ Drive, АРМ Trans, АРМ Shaft, АРМ Bear, АРМ Joint. Для эскизной компоновки используются АРМ Graph и АРМ Base. Такой же подход рекомендуется использовать для выполнения курсовых проектов по дисциплинам «Основы проектирования горных машин», «Конструирование горных машин», «Проектирование нефтегазового оборудования» и «Расчети конструирование машин и оборудования нефтегазопромыелового оборудования».
В учебные планы еще двух специальных дисциплин, изучаемых студентами на пятом курсе, включены задания, выполняемые в среде инженерного анализаАРМ WinMachine и в программе 3D моделирования Solid Works . Задания для практических занятиях по «Металлоконструкциям горных машин» с использованием АРМ помещены в табл. 2.
В дисциплине «Основы компьютерного проектирования» в Solid Works выполняется 3D модель механизма или металлоконструкции, с расчетом на прочность некоторых деталей (4J. Сложность задания получаемого студентами зависит от их подготовленности, то есть от их уровня как пользователей этих программ.
Пока, к сожалению, небольшая часть студентов, используют программы инженерною анализа и 3D моделирования при выполнении дипломных проек тов и научно-исследовательских работ. Но работы лучших наших выпусюгиков неоднократно побеждали на конкурсах студенческих работ. Вот темы некоторых из работ победителей:
— исследование металлоконструкции рукояти карьерного экскаватора с ковшом вместимостью Л£лг! »гл^юлуаотжешоттггаллоемкосги (рис. Г)';
Рис. 1. Пластинчатая конечно-элементная модель рукояти экскаватора
— создание конструкции стрелы кранлайна;
— исследования и оптимизация структуры башенной буровой пышки;
— выбор основных параметров ротора буровой установки и разработка поддерживающей металлоконструкции в среде инженерного анализа АРМ \Vin-МасЫпе;
исследование металлоконструкции двуногой стойки карьерного экскаватора (рис. 2);
— поиск рациональною исполнения емкостей для рабочих жидкостей.
В заключение хотелось бы отметить такую проблему, как подготовка и развитие преподавательских кадров для перехода на новый качественный уровень подачи теоретического материала и его практического применения. Творческий рост преподавателя должен быть связан с его научной деятельностью, выполнением хоздоговорных тем, участием в разработках реальных машин и т.д. Поэтому есть определенные трудности как с наличием всего перечисленного, так и с самим составом преподавателей вследствие малого притока в его ряды молодежи.
Рис. 2. Твердотельная модель надстройки экскаватора
Библиографический список
1. Шестаков, В. С. Компьютерное решение задач расчета параметров горных машин : учеб. пособие / B.C. Шестаков. — Екатеринбург: Изд-во УГГТА, 2004. - 224 с.
2. Шелофаст, В. В. Основы проектирование машин / В.В. Шелофаст. — М.: Изд-во АП М. 2000. — 240 с.
3. Шелофаст. В. В. Основы проектировании машин. Примеры решения задач / В.В. Шслофасг, Т.Б.Чугуиова. — М.: Изд-во АГ1М, 2004 - 240 с.
4. Прохоренко. В. П. SoUdWorks. Практическое руководство / В.П. Прохоренко. - М.: ОСЮ «Бином-Прессп, 2004 г. — 448 с.
САВИНОВА Наталья Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и комплексов.
Адрес для переписки: e-mail: nat [email protected]
Статья поступила в редакцию 17.12.2000г.
Ф И. В. Савинова
Книжная полка
Коноплева, И. А. Информационные технологии [Электронный ресурс] / И. В. Коноплева, О. А- Хохлова, А. В. Денисов; под ред. И. Л. Коноплевой. — М.: КНОРУС, 2009. — 1 эл. опт. диск (С1)-1ЮМ): цв., зв. — (Электронный учебник). — Электрон, версия печ. публикации. — 1ЯВЫ 978-5-390-00286-5.
Электронный учебник охватывает широкий круг вопросов, связанных с организацией и внедрением информационных технологий на экономическом объекте. Особое внимание уделено технологическому процессу обработки информации, функционированию сетевых информационных технологий, защите информации, платформе, открытым системам и др. Материал основан на отечественном и зарубежном опыте.
В интерактивном режиме можно провести самоконтроль с помощью тренировочных тестов. Далее целесообразно воспользоваться глоссарием (словарем терминов), запомнив точные определения новых категорий, вводимых в теме. Список персоналий позволит получить краткие сведения об ученых, внесших наибольший вкладе разработку соответствующих разделов теории.
Завершить работу помогут контрольные тесты. В отличие от тренировочных, они не дают студенту информации отом, какой о твет в каком задании являе тся верным, но выставляют итоговую оценку по заданиям в целом.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК № 1 (17) 2010 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 1 УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
