close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

;docx

код для вставкиСкачать
Цели и задачи дисциплины
Цели дисциплины – дать теоретические основы расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) и его реализации с использованием современных компьютерных
технологий (владения основными приёмами алгоритмизации численных методов, практическими навыками выполнения и контроля правильности расчётов, сочетания МКЭ с проектирующими модулями современных программных комплексов); обучить навыкам самостоятельного совершенствования своих знаний в области применения метода конечных
элементов при проектировании строительных конструкций.
Задачи дисциплины: дать знания и представления о теоретических и практических
вопросах метода конечных элементов; об алгоритмизации и компьютерной реализации версии метода конечных элементов в форме метода перемещений; о способах решения различных задач строительной механики средствами МКЭ; о современном программном обеспечении.
1. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Перечень предшествующих дисциплин,
видов работ
Высшая математика.
Информатика.
Сопротивление материалов.
Строительная механика.
Перечень последующих дисциплин, видов работ
Динамический расчет и обеспечение
устойчивости зданий и сооружений при
строительстве и эксплуатации.
Металлические конструкции.
Железобетонные и каменные конструкции.
Конструкции из дерева и пластмасс.
Требования к «входным» знаниям, умениям, навыкам студента, необходимым при освоении
данной дисциплины и приобретенным в результате освоения предшествующих дисциплин:
Студент должен:
знать фундаментальные основы высшей математики, фундаментальные понятия и законы
строительной механики, основные принципы, положения и гипотезы сопротивления материалов, методы и практические приемы расчета элементов конструкций при различных
воздействиях, современные средства вычислительной техники;
уметь самостоятельно использовать математический аппарат, содержащийся в литературе
по строительным наукам; работать на персональном компьютере, пользоваться основными
офисными приложениями; применять полученные знания по высшей математике, информатике, сопротивлению материалов и строительной механике;
владеть навыками определения напряженно-деформированного состояния элементов конструкций при различных воздействиях с использованием современной вычислительной
техники, готовых программ.
3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
Процесс изучения дисциплины направлен на развитие и формирование следующих общекультурных и профессиональных компетенций (ОК и ПК):
– владения культурой мышления, способности к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
– умения логически верно, аргументировано и ясно строить устную и письменную речь (ОК-2);
– умения использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной
деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и
экспериментального исследования (ПК-1)
– способности выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, привлекать для их решения соответствующий физикоматематический аппарат (ПК-2).
В результате освоения дисциплины студент должен:
2
знать:
теоретические и инженерные основы методы конечных элементов; практические способы
расчётов конструкций и объектов строительства с использованием современной нормативно-методической литературы и программных средств, реализующих численные методы
теории сооружений; способы алгоритмизации расчётов при исследованиях и проектировании объектов строительства на основе численных методов строительной механики.
уметь:
формировать расчётные схемы, анализировать исходные данные и получать правильные
результаты расчёта систем методом конечных элементов.
владеть (уметь искусно пользоваться):
приёмами работы с программными средствами, реализующими МКЭ.
4. Объем и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет _3_ зачетных единицы, _108_ часов.
Вид учебной работы
Всего
часов
Общая трудоемкость
дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия, семинары
(ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
и (или) другие виды аудиторных занятий
Самостоятельная работа (СРС)
• Курсовой проект
• Курсовая работа
• Реферат
• Расчетно-графические работы
• Семестровое задание
• Подготовка к зачету, экзамену
• другие виды самостоятельной работы
Контроль самостоятельной работы
студента (КСР)
Вид итогового контроля (ИА) (зачет,
экзамен)
108
Разделение по семестрам в часах.
Номер семестра
4
108
12
6
6
12
6
6
86
86
16
16
10
60
10
60
10
10
зачет
зачет
5. Содержание дисциплины
Номер
раздела,
темы
1
Наименование разделов,
тем дисциплины
Основные понятия,
определения и этапы
метода конечных
элементов (МКЭ).
Атрибуты и классификация конечных
элементов. Расчет-
Всего
7
Объем занятий по видам в часах
Л
ПЗ
ЛР
СРС
КСР
2
–
–
5
ИА
–
3
2
3
ная схема –конечноэлементная модель.
Граничные условия.
Матрицы жёсткости
конечных элементов
и их преобразования
при переходе от
локальных систем
координат к глобальной.
Формирование и
решение системы
уравнений МКЭ.
Определение внутренних усилий в
элементах. Особенности расчета континуальных систем.
Современные программные средства
конечноэлементного анализа
9
2
92
2
2
–
5
–
–
4
16
10
30
30
5.1. Лабораторные работы не предусмотрены учебным планом.
5.2. Практические занятия
Номер
занятия
1
Номер раздела или темы
2
2
3
Наименование и краткое
содержание практических
занятий
Этапы расчета стержневых
систем методом конечных
элементов. Пример построения матрицы жесткости элемента.
Пример расчета стержневой системы методом конечных элементов
Характер
занятий
и цель
Закрепление теоретического материала
Кол-во
часов
2
Приобретение навыков
расчета стержневых систем методом конечных
элементов
4
5.3. Семинары не предусмотрены учебным планом.
5.4. Самостоятельная работа студентов
Номер Наименование и
раздела содержание
разделов, вынесенных на самостоятельную
работу
3
Формирование
и решение сис-
Вид работы1
Расчетнографическая рабо-
Объем
работы в
часах
для одного
студента
16
Список литературы (с указанием
разделов, глав,
страниц)
Форма
контроля2
Каримов И.Ш.
Проверка
Численные мето- РГР
4
темы уравнений
МКЭ. Расчет
стержневой системы.
Расчет методом
конечных элементов континуальных систем
Современные
программные
средства конечно-элементного
анализа
та (РГР)
Изучение и конспектирование
учебных пособий
30
Изучение и конспектирование
учебных пособий
30
ды строительной
механики. Учебное пособие. С.
66-68.
Каримов И.Ш.
Строительная механика.
Лекции
с примерами
решения задач.
Расчет статически
неопределимых
стержневых систем методом
конечных
элементов.
Разделы 9.7-9.9,
9.11, 9.17
http://www.stroitm
eh.ru
Проверка
конспектов
Проверка
конспектов
5.5. Контроль самостоятельной работы студентов
Формы управления самостоятельной работой студента и формы контроля СРС Кол-во
часов
(например, консультации по выполнению курсового проекта)
Консультации по выполнению расчетно-графической работы
10
6. Образовательные технологии, используемые в учебном процессе данной дисциплины
(рекомендации преподавателю)
6.1. Интерактивные формы обучения
Интерактивные формы обучения, применяеКраткое описание и примеры использования
мые при проведении практический занятий,
в темах и разделах, место проведения
лабораторных работ и семинаров
компьютерная симуляция
–
деловая или ролевая игра
–
разбор конкретных ситуаций
Тренинг
Использование программы «Лира» для расчета строительных конструкций методом конечных элементов
Встречи с представителями российских и заВстреча с представителями компании
рубежных компаний, государственных и об«Стройтехника»
щественных организаций
мастер-классы экспертов и специалистов
–
Другое (возможность ввести название)
–
6.2. Инновационные способы и методы, используемые в образовательном процессе
Краткое описание и примеры использования в те№ Наименование
мах и разделах
1. Использование информационных ре- Использование интернета, информационных
сурсов и баз данных
ресурсов и баз данных с сайта филиала
«ЮУрГУ»
в г. Златоусте http://www.zb-susu.ru/
2. Применение электронных мультиме- Электронный учебный курс И.Ш. Каримова
дийных учебников и учебных пособий http://www.stroitmeh.ru. для самостоятельной
работы студентов при выполнении расчетнографической работы и изучении теоретического материала
5
3. Ориентация содержания на лучшие
–
отечественные аналоги образовательных программ
4. Применение предпринимательских
–
идей в содержании курса
–
5. Использование проблемно- ориентированного междисциплинарного подхода к изучению наук
Обзор отечественных и зарубежных разрабо6. Применение активных методов обучения, «контекстного» и «на основе
ток
опыта»
7. Использование методов, основанных
–
на изучении практики (case studies)
–
8. Использование проектноорганизованных технологий обучения
работе в команде над комплексным
решением практических задач
9. Другие
–
7. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации
по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
(Возможность ввода тем: эссе, рефератов, курсовых работ и др. в зависимости от заполнения
таблицы п.4)
Тема расчетно-графической работы:
Расчет стержневой системы методом конечных элементов.
Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля
Конечные элементы, их типы. Степени свободы конечного элемента. Конечно-элементная
модель (расчетная схема). Приведение нагрузки на систему к узловой.
- Матрица жесткости конечного элемента. Ее структура. Связь между перемещениями узлов
элемента и усилиями, действующими на них.
- По каким формулам вычисляются элементы матрицы жесткости конечного элемента?
- По каким формулам вычисляются элементы матрицы геометрической жесткости конечного
элемента?
- По каким формулам вычисляются элементы матрицы масс конечного элемента?
- Сформулируйте метод разложения по собственным формам?
- Собственные формы какой матрицы участвуют в расчетах?
- Как определяются функции матриц?
- Преобразование матрицы жесткости конечного элемента при повороте координатных осей.
- Матрица жесткости системы конечных элементов. Ее структура. Связь между перемещениями узлов конечно-элементной схемы и усилиями, действующими на них.
- Векторы перемещений и усилий, действующих на элемент. Векторы перемещений и усилий, действующих и на систему элементов, их структура и связь между собой.
- Соединение конечных элементов. Условие равновесия узлов в конечно-элементной схеме.
Формирование системы разрешающих уравнений метода конечных элементов.
- Формирование глобальной матрицы жесткости конечно-элементной схемы из матриц жесткости конечных элементов.
- Определение внутренних усилий в стержневых конечных элементах после нахождения узловых перемещений в конечно-элементной схеме. Учет направленности осей местной системы координат конечного элемента по отношении к глобальной системе осей координат конечно-элементной схемы.
- Учет связей и заданных узловых перемещений в системе разрешающих уравнений метода
конечных элементов.
- На какие элементы делится плита при её расчёте методом конечных элементов?
- Зависимость между какими величинами представляет в методе конечных элементов матри6
ца жесткости отдельного элемента?
- Общая процедура расчета стержневых систем методом конечных элементов в форме метода
перемещений. Реализация алгоритма МКЭ в современных программных комплексах.
Контрольные вопросы и задания для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1. Расчётная модель конструкции. Аналитические и численные методы расчёта.
2. Идея метода конечных элементов (МКЭ). Основные понятия: конечный элемент (КЭ),
узел, функция формы (базисная функция), локальная и глобальная системы координат.
3. Основные типы конечных элементов.
4. Современные программные комплексы МКЭ. Понятия: препроцессор, процессор, постпроцессор.
5. Структура расчётной модели.
6. Основные понятия вариационного исчисления: вариация функции, функционал, вариация
функционала. Уравнение Эйлера. Метод Релея-Рица.
7. Основные уравнения теории упругости в операторно-матричном виде. Уравнения метода
перемещений.
8. Принцип возможных перемещений. Вариационный принцип Лагранжа.
9. Метод конечных элементов в форме метода перемещений. Понятие матрицы жёсткости
конечного элемента.
10.Матрица жёсткости простейшего стержневого КЭ.
11. Преобразование матриц жесткостей КЭ при переходе от локальной к глобальной системе
координат.
12.Матрица жёсткости треугольного КЭ для плоской задачи.
13.Формирование глобальной матрицы жёсткости, её свойства. Учёт граничных условий.
14. Формирование системы разрешающих уравнений.
15. Алгоритм расчета стержневых систем методом конечных элементов в форме метода перемещений.
16. Особенности расчета МКЭ континуальных систем.
17. Современные программные средства конечно-элементного анализа.
Вопросы и задания для контроля самостоятельной работы обучающегося по отдельным разделам дисциплины
См. тесты
8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
а) основная литература
1. Дарков, А. В. Строительная механика: учебник / А.В. Дарков, Н.Н. Шапошников. – СПб.:
Изд-во «Лань», 2004. – 656 с.
2. Каримов, И.Ш. Численные методы строительной механики: Учебное пособие / И.Ш. Каримов. – Уфа: Изд-во БГАУ, 2008. – 132 с.
б) дополнительная литература:
1. Городецкий, А.С. Компьютерные модели конструкций / А.С. Городецкий, И.Д. Евзеров. – М.:
Изд-во Ассоциации строительных вузов, 2009. – 360 с.
2. Лира 9.4. Примеры расчета и проектирования: Учебное пособие / В.Е. Боговис, Ю.В. Гензерский, Ю.Д. Гераймович и др. – Киев: Изд-во «Факт» , 2008. – 280 с.
________________________________________________________________
в) отечественные и зарубежные журналы по дисциплине, имеющиеся в библиотеке
1. "Строительная механика и расчет сооружений" (научно-теоретический журнал).
2. «Строительная механика и конструкции» (научно-технический журнал,
ВГАСУ)
_______ _________________________________________________________________
7
г) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
Программа «Лира» для расчета строительных конструкций методом конечных элементов.
электронная библиотека на сайте филиала «ЮУрГУ» в г. Златоусте: http://www.zb-susu.ru/
д) методические пособия для самостоятельной работы студента, для преподавателя
_______________________________________________________________________
9. Материально-техническое обеспечение дисциплины
№ ауд. Основное оборудование, стенды, макеты, компьютерная техника, наглядные пособия и другие дидактические материалы, обеспечивающие проведение лабораторных и практических
занятий, научно-исследовательской работы
студентов
1-219/2 Компьютерная техника
2-402
Основное назначение (опытное,
обучающее, контролирующее) и
краткая характеристика использования при изучении явлений и
процессов, выполнении расчетов
Для выполнения компьютерных
расчетов строительных конструкций методом конечных элементов
8
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа