[ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет механико-математический_
Кафедра математического моделирования в механике_
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебной работе В.П. Гарькин «_»_2011 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Численные методы и пакеты прикладных программ Профессиональная образовательная программа направления 010800 Механика и математическое моделирование Цикл Б3 «Профессиональный цикл», базовая часть Профиль подготовки Механика жидкости, газа и плазмы Квалификация (степень) выпускника Магистр Форма обучения Очная Курс 5, семестр Самара Рабочая программа составлена на основании федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования направления Механика и математическое моделирование, утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 21 декабря 2009 г. № 771. Зарегистрировано в Минюсте РФ 4 февраля 2010 г. № 16263.Составитель рабочей программы:
Сироченко В.П., доцент кафедры информатики и вычислительной математики, к. ф.-м. н.
Рецензент:
Астафьев В.И., профессор кафедры безопасности информационных систем, д.ф.-м.н.
«_»2010 г. _В.И.Астафьев_ Рабочая программа утверждена на заседании кафедры математического моделирования в механике (протокол № от «»2010 г.) Заведующий кафедрой «_»2010 г. _Н.И.Клюев
СОГЛАСОВАНО
Председатель методической комиссии факультета «_» 2010 г. _ Е.Я.Горелова Декан Факультета «_» 2010 г. _ _С.Я. Новиков_ Начальник методического отдела «_» 2010 г. _ _Н.В.Соловова 1. Цели и задачи дисциплины, ее место в учебном процессе, требования к уровню освоения содержания дисциплины 1.1.Цель и задачи изучения дисциплины Цель дисциплины – подготовить слушателей к использованию компьютерно ориентированных вычислительных алгоритмов и пакетов прикладных программ для математического моделирования задач механики.Задачи дисциплины:
раскрыть роль численных методов в исследовании сложных математических моделей;
изложить основные численные методы решения прикладных задач;
рассмотреть особенности применения численных методов для решения практических задач механики;
продемонстрировать возможности компьютерного моделирования задач механики деформируемого твердого тела с использованием прикладных программных 1.2. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля) В результате освоения учебной дисциплины обучающийся должен:
Иметь представление:
о роли численных методов в исследовании сложных математических моделей реальных процессов и объектов;
о современных численных методах решения прикладных задач;
о пакетах прикладных программ для моделирования задач механики.
основы теории численных методов решения задач математической физики;
основные численные методы решения задач механики сплошных сред;
назначение и возможности пакетов прикладных программ для компьютерного моделирования задач механики.
разрабатывать вычислительные алгоритмы решения задач, возникающих в процессе математического моделирования прикладных проблем механики;
применять пакеты прикладных программ для решения практических задач механики.
Быть способным:
ориентироваться в современных вычислительных методах и прикладных программах для моделирования задач механики;
к самостоятельной работе со специальной научной литературой по численному моделированию задач механики;
к решению проблем механики с применением численных методов и пакетов прикладных программ;
к научно-исследовательской деятельности.
Владеть компетенциями:
ОК - 10 Умение находить, анализировать и контекстно обрабатывать информацию, в том числе относящуюся к новым областям знаний, непосредственно не связанным со сферой профессиональной деятельности ПК – 1 Владение методами математического моделирования при анализе глобальных проблем на основе глубоких знаний фундаментальных математических дисциплин и компьютерных наук ПК – 2 Владение методами математического и алгоритмического моделирования при анализе проблем техники и естествознания ПК - 3 Способность к интенсивной научно-исследовательской и научноизыскательской деятельности ПК – 6 Способность к нахождению из определяющих экспериментов материальных функций (функционалов, постоянных) в моделях реальных тел и ПК – 8 Умение публично представлять собственные научные результаты ПК – 10 Способность к собственному видению прикладного аспекта в строгих ПК – 15 Способность различным образом представлять и адаптировать математические знания с учетом уровня аудитории 1.3. Место дисциплины в структуре ООП Для усвоения дисциплины «Численные методы и пакеты прикладных программ»
требуется знание основ математического анализа (теория пределов, дифференциальное исчисление функций, интегрирование), функционального анализа (линейные, нормированные пространства, линейные операторы), линейной алгебры (векторы, матрицы, определители, системы линейных уравнений). Студент должен владеть основными понятиями из курсов обыкновенных дифференциальных уравнений (постановка и условия разрешимости задачи Коши, краевых задач), уравнений с частными производными (постановки основных краевых задач для уравнений параболического, гиперболического, эллиптического типов, условия их разрешимости).
Понятия и методы, рассмотренные в дисциплине «Численные методы и пакеты прикладных программ», могут использоваться в других дисциплинах основной образовательной программы, использующих приближенные методы решения задач механики, при подготовке магистерской диссертации, в последующей профессиональной деятельности в областях, использующих математические методы и компьютерные технологии.
2. Содержание дисциплины 2.1. Объем дисциплины и виды учебной работы 10 семестр, вид отчетности – экзамен.
Обязательная аудиторная учебная нагрузка (всего) Самостоятельная работа студента (всего) Получение индивидуальных консультаций преподавателя 2.2. Тематический план учебной дисциплины Раздел 1 Численное науке и технике Тема 1.1 Численное моделирование Раздел 2 Пакеты прикладных задач Тема 2.1 КомпьюОсобенности применения пакетов прикладных ники с использованием пакетов приНазначение и возможности пакетов FLUENT и кладных программ Использование пакета прикладных программ 2 STAR-CD для решения задач механики жидко- 1 результатов расчетов.
2.3. Содержание учебного курса РАЗДЕЛ 1 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
РАЗДЕЛ 2 ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ
Тема 2.1 Компьютерное моделирования задач механики с использованием пакетов прикладных программ Общая характеристика пакетов прикладных программ для моделирования задач механики. Устройство пакета программ. Правило проведения вычислений. Визуализация результатов расчетов.Обзор пакетов программ для задач механики сплошных сред. Назначение и возможности пакетов ABAQUS, ADINA, ANSYS, DYNA2D/3D, JAS3D, NASTRAN, NIKE2D/3D, PRONTO3D.
Обзор пакетов программ для задач гидродинамики. Назначение и возможности пакетов ANSYS, CFX-5, COYOTE, FIDAP, FLUENT, LINFLOW, NASTRAN, STAR-CD.
3. Организация текущего и промежуточного контроля обучения.
3.1. Организация контроля.
Текущий контроль – использование бально-рейтинговой системы.
Промежуточная аттестация проводится на основании балльно-рейтинговой системы.
3.2. Тематика рефератов, проектов и т.п.
Рефераты и проекты по курсу не предусмотрены.
3.3.Курсовая работа.
Курсовая работа по курсу не предусмотрена.
3.4. Бально-рейтинговая ситема.
Максимальная сумма баллов, набираемая студентами по дисциплине «Механика хрупкого разрушения» за семестр, равна 100.
На основе набранных баллов, успеваемость студентов в семестре определяется следующими оценками:
- «Отлично» - 86-100 баллов - теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены (работа на практических занятиях, выполнение домашних работ, контрольных и индивидуальной работ), качество их выполнения оценено числом баллов, близким к максимальному.
- «Хорошо» - 74-85 баллов - теоретическое содержание курса освоено полностью, без пробелов, некоторые практические навыки работы с освоенным материалом сформированы недостаточно, все предусмотренные программой обучения учебные задания выполнены, качество выполнения ни одного из них не оценено числом баллов, близким к максимальному, некоторые виды заданий выполнены с ошибками.
- «Удовлетворительно» - 61-73 балла - теоретическое содержание курса освоено частично, но пробелы не носят существенного характера, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом в основном сформированы, большенство предусмотренных программой обучения учебных заданий выполнено, некоторые из выполненных заданий, возможно, содержат ошибки.
- «Неудовлетворительно» - менее 60 баллов - теоретическое содержание курса не освоено, необходимые практические навыки работы с освоенным материалом не сформированы, выполненные учебные задания содержат грубые ошибки, дополнительная самостоятельная работа над материалом курса не приведет к существенному повышению качества выполнения учебных заданий.
Распределение баллов, составляющих основу оценки работы студента по изучению дисциплины «Численные методы и пакеты прикладных программ» в течение семестра.
2. Работа на лабораторных занятиях (2 балла за успешный ответ) до 20 баллов 3. Выполнение индивидуальной работы (5 баллов за каждую) до 30 баллов 4. Сведения о материально-техническом обеспечении дисциплины Наименование оборудованных учебных Перечень оборудования и технических № п/п 5.1.Основная 1. Бахвалов, Н. С. Численные методы. Учеб. пособие для вузов / Н.С. Бахвалов, Н.П.
Жидков, Г.М. Кобельков. - 6-е изд. - М. : Бином. Лаборатория знаний, 2008. - 637 с.
: ил. (Классический университетский учебник). (Гриф минобразования; 57 экземпляров)) 2. Самарский А.А. Введение в численные методы. Учебное пособие для вузов. -М.:
Лань, 2005. – 288 с. (Гриф минобразования; 6 экземпляров) 3. Самарский А.А. Численные методы математической физики : Учеб. пособие для вузов / А.А. Самарский, А.В. Гулин. - 2-е изд. - М. : Научный мир, 2003. - 315 с. :
4. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. –М.: Едиториал УРСС, 2003. -784 с. (6 экземпляров) 5. Самарский А.А., Вабищевич П.Н., Самарская Е.А. Задачи и упражнения по численным методам: Учебное пособие. Изд. 3-е, стереотипное. —М.: КомКнига, 2007.
6. Петров И.Б. Лекции по вычислительной математике: Учебное пособие / И.Б. Петров, А.И Лобанов. —М.: Интернет-Университет Информационных Технологий;
БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006., —523 с. (4 экземпляра) 7. Рябенький В.С. Введение в вычислительную математику: Учеб. пособие. 2-е изд.
исправл. —М.: ФИЗМАТЛИТ, 2000. —296 с. (81 экземпляр) 8. Формалев В.Ф. Ревизников Д.Л. Численные методы. Изд. 2-е, испр., доп. —М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2006. —400 с. (6 экземпляров) 9. Ракитин В.И. Руководство по методам вычислений и приложения MATHCAD. - М.:
ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 264 с. (18 экземпляров) 10. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. М.: Издательство ЛКИ, 2009. 456 с. (25 экз.) 5.2. Дополнительная.
1. Самарский А.А. Теория разностных схем. -М.: Наука, 1989. – 616 с.
2. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы. -М.: Наука, 1989. – 430 с.
3. Марчук Г.И. Методы расщепления. -М.: Наука, 1988.
4. Стренг Г., Фикс Г. Теория метода конечных элементов. М.: Мир, 1980.
5. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галеркина. М.: Мир, 1988. – 6. Киреев В.И. Численные методы в примерах и задачах: Учеб. пособие / В.И. Киреев, А.В. Пантелеев. 2-е изд. стер. —М.: Высш. шк., 2006. —480 с.
7. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.:
8. Вабищевич П.Н. Численное моделирование: Учебное пособие.- М.: Изд-во Моск.
9. Вабищевич П.Н. Численные методы решения задач со свободными границами. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. – 164 с.
10. Вабищевич П.Н. Метод фиктивных областей в задачах математической физики. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. – 156 с.
11. Ворожцов Е.В. Разностные методы решения задач механики сплошных сред: Учеб.
пособие. —Новосибирск.: Изд-во НГТУ, 1998. —86 с.
12. Ворожцов Е.В. Сборник задач по теории разностных схем: Учеб. пособие. — Новосибирск.: Изд-во НГТУ, 2000. —41 с.
13. Самарский А.А., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики: Учеб пособие для вузов. 3-е изд. доп. —М.: Наука. Гл. ред. физ. мат. лит. 1992.
14. Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Численные методы газовой динамики: Учеб. пособие для студ. втузов. —М.: Высш. шк., 1987. —232 с.
15. Ковеня В.М., Яненко Н.Н. Метод расщепления в задачах газовой динамики. – Новосибирск: Наука, 1981.- 304 с.
16. Коннор Дж., Бреббиа К. Метод конечных элементов в механике жидкости. — Ленинград.: Судостроение, 1979.
17. Оден Дж. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред. - М.: Мир, 18. Морозов Е.М., Никишков Г.П. Метод конечных элементов в механике разрушения.
- М.: Издательство ЛКИ, 2010. 256 c.
19. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. - М.: Мир, 1980. – 616 с.
20. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. Т. 1,2. —М.: Мир, 1990.
21. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкости. Т. 1,2. —М.: Мир, 22. Победря Б.Е. Численные методы в теории упругости и пластичности: Учеб. пособие. 2-е изд. —М.: Изд-во МГУ, 1995. —366 с.
23. Кукуджанов В.Н. Численные методы МСС. М.: Наука, 2005.
24. Кукуджанов В.Н. Компьютерное моделирование деформирования, повреждаемости и разрушения неупругих материалов и конструкций. - М.: МФТИ, 2008. 215 с.
25. Кондранин Т.В., Ткаченко Б.К., Березникова М.В., Евдокимов А.В., Зуев А.П.
Применение пакетов прикладных программ при изучении курсов механики жидкости и газа: Учебное пособие. —М.: МФТИ, 2005. —104 с.
26. Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров: Справ. Пособие.
—М.: Машиностроение-1. 2004. —512 с.
27. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский А.С. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения. - М.: Издательство ЛКИ, 2008. 456 с.
5.3. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины для организации самостоятельной работы студентов.
1. http://eqworld.ipmnet.ru - Электронная библиотека «Мир математических уравнений».
2. http://library.krasn.ru – Библиотека Института вычислительного моделирования Сибирского отделения Российской академии наук. В библиотеке содержатся полнотекстовые журналы и реферативные базы данных.
3. http://www.imamod/ru/ - Институт математического моделирования Российской Академии Наук (ИММ РАН). Является головной организацией России в области математического моделирования. Научные разработки Института связаны с широким кругом фундаментальных проблем моделирования и новых информационных технологий. Они включают: построение математических моделей в различных областях науки и техники, решение на их основе актуальных и особо трудных задач естествознания, техники, технологий и народного хозяйства, создание и строгое обоснование численных методов и адаптацию их к новейшей вычислительной технике, составление, тестирование и применение пакетов прикладных программ для научных, инженерных и учебных задач. На сайте Института размещены электронные выпуски журнала «Математическое моделирование», в котором публикуются статьи по численному моделированию задач механики.
4. http:/www.ict.nsc.ru/ - Институт вычислительных технологий Сибирского отделения Российской кадемии наук (ИВТ СО РАН). Основными направлениями научной деятельности Института являются: разработка информационно-телекоммуникационных технологий в задачах принятия решений; математическое моделирование и вычислительные технологии в области механики сплошной среды, физики, энергетики и экологии. На сайте размещен в электронном виде журнал «Вычислительные технологии».
«