CC BY
23
пользования этих материалов, с очень небольшими изменениями в содержании, преподаватели, консультирующие студентов, неплохо адаптировались в материалах ФЭПО. Задания стали настолько привычными, что приведенные выше замечания могут для опытного взгляда постоянного участника представляться мелочами. Более того, в случае существенных корректировок потребуются очередные усилия по адаптации самих консультантов. Поэтому в повышении качества «измерительного инструмента» должны быть заинтересованы прежде всего организаторы экзамена, однако пока не заметно, как учитываются рекомендации рецензентов.
Отдельного замечания заслуживает разработанная система тренажеров для подготовки к Интернет-экзамену. Как показывает опыт автора статьи, тренажеры могут оказываться малополезными. Так, для проверки одной дидактической единицы в тренажере и в КИМ ФЭПО по математике (для специальности «Агрономия») предлагаются вопросы из различных частей этой единицы. Работа с тренажером в лучшем случае позволяет повторить более широкий круг вопросов, но ее непосредственный вклад в подготовку к Интернет-экзамену оказывается в таком случае весьма скромным. Учитывая, что студентами этой специальности математика изучается на протяжении нескольких семестров, расширение круга повторяемых вопросов не вызывает энтузиазма у студентов и отражается на результатах подготовки и отношении к ФЭПО скорее отрицательно.
© Мартыненко М. В., 2012
УДК 531
РЕШЕНИЕ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ СРЕДСТВАМИ ANSYS
А. И. Молчанов, Е. А. Молчанова
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
Построена компьютерная модель для конечно-элементного анализа упругих систем с помощью программного комплекса ANSYS.
Ключевые слова: метод конечных элементов, компьютерная модель, программный комплекс, инженерно-технические задачи.
ANSYS - это основанный на методе конечных элементов программный комплекс, предназначенный для автоматизированного инженерного анализа (Computer Aided Engineering - CAE) в таких областях, как механика деформируемого твердого тела, механика жидкости и газа, электромагнетизм, теплопередача, и многих отраслях техники (машиностроение, строительство, транспорт, авиация, космонавтика).
ANSYS является средством, с помощью которого создается CAD-модель конструкции. CAD-моделирование с помощью ANSYS проходит следующие этапы: построение геометрической модели, выбор типа конечных элементов, построение конечно-элементной сетки, задание свойств материалов, выбор типа анализа, приложение нагрузок, задание граничных условий, счет и анализ результатов [1].
Покажем, как реализуются эти этапы на примере решения простой задачи по сопротивлению материалов [2].
Для бруса, указанного на рис.1, найти N, с, е, u, полагая, что EF=const.
Рис. 1.
Аналитическое решение задачи.
Перемещение u(x) можно определить как решение краевой задачи
EF u»(x) = 0, u(0) = 0, EF u'(l) = P.
Общее решение дифференциального уравнения u = Ax + B содержит две константы интегрирования, которые определяются из граничных условий: A = P/ (EF), B = 0. Таким образом, u(x) = Px/(EF). Дифференцируя перемещение, определяем деформации e(x) = P/(EF). Умножая деформацию на модуль упругости, получаем напряжение c(x) = P/F. Умножая напряжение на площадь сечения, имеем продольную силу N = P.
Решение задачи средствами ANSYS.
Вход в ANSYS
1. Пуск > программы > ANSYS > ANSYS Product Launcher.
2. В открывшемся окне ANSYS Product Launcher выбрать вкладку File Management.
3. В поле Working Directory задать имя рабочей папки D:\GOTAR\GOTAR1.1.
4. В поле Job Name задать название сессии работы GOTAR1.1.
5. Нажать кнопку Run.
6. Открывается окно ANSYS Multiphysics Utility Menu (рис. 2).
Построение геометрической модели
1. Построить ключевые точки
Main Menu > Preprocessor > Create > Keypoints > In active CS
В открывшемся окне Create Keypoints In active Coordinate System ввести номер NPT=1 и координаты (0,0,0) точки-левого конца бруса, нажать Apply. Ввести номер NPT=2 и координаты (1,0,0) точки-правого конца бруса, нажать ОК.
2. Провести прямую линию через построенные две точки Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Straight Line. В открывшемся окне Create > Straight Line ввести через запятую номера построенных точек 1, 2 и нажать Enter. На мониторе появится отрезок прямой, соединяющий точки 1, 2. Можно поступить по-другому: курсором, который после появления окна Create > Straight Line имеет форму вертикальной стрелки, выделить последовательно точки 1, 2, нажать ОК.
И AMSYS Mulliphyjfcf Utility Menu (GOIAR1.1) |Г|®Ж
E*» S*<* U* №* ИоДО» ДОЯ«п» WtQuOrf» ДО
D, Ы <3 * & » SI • I 't J
AV>rS TOC*» ®l
SAVC_C«| (!ESUH_E«| QUIT| РС*М»®?М|
ANSYSMertMtnu
П Pi IS Ргцгапи!
В SefatNM*
В bmr«l Р*»(ргос В Tmw4«tt Pott pro Li TopoiogK«! Opt E ROM lool
ЕЙ DrwgnOpt В P»o*> D*-Mgn IS R.Mfc.tftnndpt В Run Тиме St at* □ Sc^MentdKor H Hnith
HCC-ES AN
СОТАМ. 1
•‘¿J?
COTAR1.1
• •>:
® *• _®J .?•_ ® •' e|
®J
Al
QJ
■nj
AJ
JJ
Jj
f.-. .. rtf.j -f ,T>Y af, Г.У f.y.j К ■'■!!< 1
Рис. 2
Выбор типа конечных элементов
1. Открыть окно выбора элементов Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add /Edit/Delete.
2. В открывшемся окне Element types нажать Add для добавления типа элементов.
3. В открывшемся окне Library of Element types выбрать в левой части окна тип Link, в правой - 2D spar 1,
нажать ОК (рис. 3).
Задание констант элементов
1. Открыть окно задания констант Main Menu > Preprocessor > Real Constants > Add /Edit/Delete.
2. В открывшемся окне Real Constants нажать Add.
3. В открывшемся окне Element type for real constants выбрать Typel LINK1, нажать OK.
4. В открывшемся окне Real Constant Set Number 1, for LINK1 задать значения площади поперечного сече-
ния AREA=25E-4 и начального растяжения (если оно есть), нажать ОК (рис. 4).
Задание свойств материала
1. Открыть окно задания свойств Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models.
2. В открывшемся окне задания свойств материала Define Material Model Behavior использовать пункт Structural-Linear-Elastic-Isotropic.
3. В открывшемся окне Linear Isotropic Properties for Material Number 1 установить EX=2E11, PRXY=0.3, нажать ОК (рис. 5).
Создание конечно-элементной сетки
1. Включить нумерацию ключевых точек и линий Utility Menu > PlotCtrls > Numbering. В открывшемся окне Plot Numbering Controls поставить флажки в позициях KP и LINE.OK.
2. Отобразить нумерацию ключевых точек и линий Utility Menu > Plot > Multiplots. Появятся изображение и обозначение точек и линий.
3. Установить число конечных элементов Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > Picked Lines. В открывшемся окне Element Size on Picked ... ввести 1 - номер (единственной) линии. Можно поступить по-другому: курсором выделить построенную линию, нажать ОК. В открывшемся окне Element Sizes on Picked Lines ввести число элементов NDIV=10.
4. Закрыть окно Element Sizes on Picked Lines кнопкой OK. Линия приобретает пунктирное изображение, отмеченное буквой М.
5. Построить сетку конечных элементов Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Lines. В открывшемся окне Mesh Lines ввести 1 - номер (единственной) линии. Можно поступить по-другому: курсором выделить построенную линию, нажать ОК. Линия приобретает сплошное изображение, означающее завершение разбиения.
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Приложение нагрузок
1. Поставить условия закрепления ключевых точек Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Keypoints. В открывшемся окне выбора Apply U,Rot on Kps ввести 1 - номер закрепляемой точки. Можно поступить по-другому: курсором выделить закрепляемую точку, нажать ОК. В открывшемся диалоговом окне с тем же названием Apply U,Rot on Kps в поле LAB2 выбрать степени свободы UX, UY и в поле VALUE ввести их значение, равное нулю.
2. Приложить силу к правому крайнему узлу Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes. В открывшемся окне выбора Apply F/M on Nodes ввести номер крайнего правого узла. Можно поступить по-другому: курсором выделить нужный узел, нажать ОК. В открывшемся диалоговом окне с тем же названием Apply F/M on Nodes в поле LAB выбрать компоненту FX вектора силы и в поле VALUE ввести его значение, равное 5Е5. Закрыть окно, нажав ОК. На правом конце бруса появляется изображение вектора силы (рис. 6).
ELEMENTS /114
HAT S 2010 Об:37:52
?_х
Решение задачи.
1. Выбрать тип анализа Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis. В открывшемся окне выбора типа анализа New Analysis выбрать Static, нажать OK (рис. 7).
Рис. 7
2. Запустить решение на текущем шаге нагружения Main Menu > Solution > Solve > Current LS
3. В открывшемся окне статуса решения STATUS Command просмотреть информацию и закрыть его. На одновременно открывшейся панели запуска на счет Solve Current Load Step нажать ОК. ANSYS начинает выполнение расчета, при успешном завершении которого появляется окно Note с сообщением Solution is done! (рис. 8)
Просмотр результатов.
1. Считать результаты решения Main Menu > General Postproc > Read Results > First Set.
2. Вывести таблицу решения в узлах Main Menu > General Postproc > List Results > Nodal Solution. В открывшемся окне List Nodal Solution из списка узловых решений выберем узловые перемещения: DOF Solution > X-Component of displacement > OK. В открывшемся окне PRNSOL Command содержится таблица узловых перемещений UX.
PRINT U NODAL SOLUTION PER NODE
***** POST1 NODAL DEGREE OF FREEDOM LISTING *****
LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0
THE FOLLOWING DEGREE OF FREEDOM RESULTS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM NODE UX 1 0.0000
2 0.10000E-02
3 0.10000E-03
4 0.20000E-03
5 0.30000E-03
6 0.40000E-03
7 0.50000E-03
8 0.60000E-03
9 0.70000E-03
10 0.80000E-03
11 0.90000E-03
MAXIMUM ABSOLUTE VALUES NODE 2
VALUE 0.10000E-02
Рис. 8
3. Сохранить эти данные для дальнейшего использования в виде твердой копии Utility Menu > File > Save as.. .> PRNSOL.lis заменить на PRNSOL.doc >сохранить.
4. Составить таблицу данных по элементам для построения эпюры перемещений Main Menu > General Postproc > Element Table > Define Table. В открывшемся окне Element Table Data нажать Add. В открывшемся окне Define Additional Element Table Items установить Lab=UX, выбрать в левом списке DOF Solution, в правом списке - Translation UX, нажать OK. Закрыть окно Element Table Data, нажав кнопку Close.
5. Построить эпюру перемещений Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Line Element Results. В открывшемся окне Plot Line Element Results установить LabI=LabJ=UX, выбрать форму (деформированную или исходную) бруса, нажать ОК, появится эпюра перемещений (рис. 9).
Из задачника [2] была намеренно взята простая задача, которая легко решается вручную. Авторы хотели сосредоточить внимание читателя не на трудностях решения задач сопротивления материалов, а на построении компьютерной модели средствами программного комплекса ANSYS.
Библиографический список
1. Каплун, А. Б. А№У8 в руках инженера: практическое руководство / А. Б. Каплун, Е. М. Морозов, М. А. Олферьева. - 2-е изд., испр. -М.: Едиториал УРСС, 2004. - 270 с.
2. Сборник задач по сопротивлению материалов с теорией и примерами : учебн. пособие для вузов / под ред. А. Г. Горшкова, Д. В. Тар-лаковского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Физматлит, 2003. - 632 с.
© Молчанов А. И., Молчанова Е. А., 2012
УДК 373.5.016
ЦЕННОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Л. А. Мохова
Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова
В статье показана необходимость ориентации современного содержания технологического образования в школе на общечеловеческие ценности. Такие ориентиры заложены, в целях технологического образования. Обосновывается необходимость развития технологической культуры учащихся в качестве указанной цели. Раскрыта специфика технологической культуры как регулятора технологической деятельности, культуросообразного освоения природы.
Ключевые слова: технологическое образование; ценностные ориентации; цель технологического образования; содержание технологического образования; технологическая культура.
Новые ценности образования требуют коренного изменения целей, содержания, организационных форм всей образовательной системы. Современные условия разработки содержания общего образования, ориентация образовательных стандартов на формирование ключевых компетенций ставят перед педагогической наукой и практикой ряд проблем, требующих научно обоснованных решений. Становится очевидной необходимость переосмысления подходов и к технологическому образованию в школе, как части общего образования, разработка концепции содержания технологического образования школьников.
Технологическое образование в школе мы рассматриваем как самостоятельный элемент общего образования, в процессе которого учащиеся овладевают способами преобразовательной деятельности человека, способностями самореализации в различных видах технологической деятельности.
В педагогической науке имеется целый ряд работ, посвященных рассмотрению различных проблем технологического образования школьников. Традиционно в педагогической теории и школьной практике овладение технологией рассматривалось в качестве обязательного элемента политехнического образования школьников, наряду с изучением техники, экономики и организации производства (П. Р. Атутов, Ю. К. Васильев, М. Н. Скаткин и др.). Коллективом авторов под руководством Ю. Л. Хотунцева, В. Д. Симоненко разработаны концепция и программа образовательной области «Технология», где в качестве ориентира построения содержания школьного образования в данной области выступает направленность на формирование у учащихся технологической грамотности, компетентности, технологического мировоззрения, воспитание трудовых и гражданских качеств личности. Вместе с тем недостаточно разработаны научно обоснованные подходы к технологической подготовке, определению его содержания, ориентирующие на новые ценности образования, гуманизацию технологического развития современного общества.
Содержание технологического образования в школе на разных уровнях его представления определяется в первую очередь его целями. Современная гуманистическая парадигма образования ориентирует его на личность, на создание условий для ее самореализации, обеспечение возможностей для интеграции личности в мировое национальное и культурное пространство. Для этого необходимо овладение человеком достижениями мировой и отечественной культуры, умение использовать свои культурные достижения для рационального переустройства жизни, экономики, быта.
Общеобразовательная подготовка в школе направлена на развитие личности, владеющей современным культурным достоянием. Такая ориентация общего образования на общечеловеческие ценности должна реализовываться и в процессе технологической подготовки школьников, цель которой заключается в формировании и развитии технологической культуры учащихся.
Содержательная специфика цели технологического образования в школе обусловлена особенностями современного технологического развития общества, связанными с тем, что преобразовательная деятельность человека все чаще вступает в противоречие с природой и законами ее функционирования, привод я-щее к угрозе существования цивилизации. Всякую технологию характеризуют две стороны взаимодействия человека с природой: преобразование природы в целях удовлетворения потребностей человека и преобразование природы, ведущее к ее разрушению, загрязнению. С одной стороны, человек все более полно осваивает природу и углубляет связи с ней. С другой, по мере развития этих связей растут масштабы разрушительных для природы воздействий на нее человека, умножаются негативные последствия ее технологического преобразования.
