1. Цели и задачи освоения дисциплины

1.1. Цели изучения дисциплины

В соответствии с общими целями непосредственной целью изучения дисциплины является получение обучающимся знаний в области интегрированных инженерных расчетов, выполняемых с использованием современных САПР.

В результате освоения данной дисциплины бакалавр приобретает знания, умения и

навыки, обеспечивающие достижение целей основной образовательной программы «Автоматизация технологических процессов и производств».

1.2. Задачи изучения дисциплины В соответствии с задачами подготовки бакалавра к профессиональной деятельности непосредственными задачами изучения дисциплины являются следующие:

1. Ознакомление с физической сущностью основных аналитических и численных методов решения статических и динамических задач механики деформируемого твердого тела.

2. Освоение студентами алгоритмов и особенностей реализации рассматриваемых методов.

3. Овладение практическими навыками применения рассмотренных методы и реализующих их программных продуктов для решения конкретных задач, возникающих в научнотехнической практике.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата «Интегрированные инженерные расчеты» относится к дисциплинам математического и естественнонаучного цикла Б2.

«Интегрированные инженерные расчеты» - дисциплина, изучение которой способствует формированию у обучающегося логического мышления, воспитанию научного подхода к постановке и решению прикладных задач, формированию общей технической культуры будущего бакалавра (образ мышления, язык). Глубокие знания дисциплины, ее основных положений и законов необходимы бакалавру направления 220700 для дальнейшего самостоятельного выполнения сложных инженерных проектов с использованием методов решения статических и динамических задач механики деформируемого твердого тела.

Изложение дисциплины базируется на математике и физике, изучаемых в рамках общего и высшего профессионального образования.

Для успешного изучения дисциплины, помимо знаний элементарной математики и физики в рамках, школьного курса, обучающийся должен освоить следующие дисциплины:

Математика;

Физика;

Теоретическая механика;

Информационные технологии;

Информатика.

В свою очередь материалы данной дисциплины следует использовать при изучении следующих дисциплин:

Прикладная механика;

Материаловедение;

Технологические процессы автоматизированного производства Моделирование процессов и систем;

Автоматизация технологических процессов и производств;

а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Интегрированные инженерные расчеты»

В соответствии с ФГОСом, освоение дисциплины направлено на формирование следующих профессиональных компетенций (ПК):

ПК-1- способность собирать и анализировать исходные информационные данные для проектирования технологических процессов изготовления продукции, средств и систем автоматизации, контроля, технологического оснащения, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством;

ПК-3 - способность выбирать основные и вспомогательные материалы для изготовления изделий, способы реализации основных технологических процессов, аналитические и численные методы при разработке их математических моделей;

ПК-4 - способность использовать прикладные программные средства при решении практических задач профессиональной деятельности, методы стандартных испытаний по определению физико-механических свойств и технологических показателей материалов и готовых изделий, стандартные методы их проектирования, прогрессивные методы эксплуатации изделий;

ПК-8 - способность участвовать в разработке проектов изделий с учетом технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических и управленческих параметров;

ПК-10 - способность использовать современные информационные технологии при проектировании изделий, производств;

ПК-18 - способность выполнять работы по расчету и проектированию средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний, управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством в соответствии с техническими заданиями и использованием стандартных средств автоматизации расчетов и проектирования.

В соответствии с вышеприведенными компетенциями в результате освоения дисциплины обучающийся должен обладать следующими дисциплинарными компетенциями:

Знать:

1. Основы напряженно-деформированного состояния материала. Модели формы, материала, закрепления, нагружения и разрушения;

2. Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела;

3. Сложное напряженно-деформированное состояние деформируемого твердого тела;

4. Численные методы решения задач теории упругости.

Уметь:

1. Производить расчет прочности при переменном характере внешнего нагружения;

2. Производить расчет напряженно-деформированного состояния с использованием системы уравнений теории упругости;

Владеть:

1. Способностью использовать современные информационные технологии и прикладные программные средства при решении практических задач профессиональной деятельности при проектировании изделий, производств;

2. Навыками проектирования, конструирования и инженерных расчетов с использованием САПР;

3. Навыками расчетов напряжений и деформаций в контакте двух деформируемых тел;

4. Навыками работы с программным обеспечением для решения задач методом конечных элементов (МКЭ).

3.1. Матрица соотнесения тем/разделов учебной дисциплины (модуля) и формируемых в них профессиональных и общекультурных компетенций Дисциплинарные профессиональные и общекультурные компетенции КолРазделы Уме- Общее колво Знание Владение дисциплины, темы ние во дисцичасов плинарных компетенций Введение. Проектирование и конструирование и связанные с ними понятия. Интегрированные инженерные расчеты как часть твердотельных САПР Схематизация, моделирование при описании напряженно-деформированного состояния. Модели формы, материала, закрепления, 20 + ++ нагружения, разрушения.

Внутренние силовые факторы. Деформации и перемещения. Напряжения Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого 22 + твердого тела. Геометрические характеристики поперечных сечений Сложное напряженнодеформированное состояние. 17 + + Теории прочности Устойчивость конструкций.

Напряжения и деформации в контакте двух деформируемых 22 + тел. Расчет прочности при переменном характере внешнего нагружния Общий случай расчета напряженно - деформированного 15 + состояния. Полная система уравнений теории упругости Численные методы решения задач теории упругости:

тические основы, устойчивость, сходимость Программное обеспечение для решения задач МКЭ 4. Структура и содержание дисциплины «Интегрированные инженерные расчеты»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц или 144 часа.

4.1. Лекционные занятия Введение. Проектирование и конструирование и связанные с ними понятия. Интегрированные инженерные расчеты как часть твердотельных САПР [1-5].

Схематизация, моделирование при описании напряженнодеформированного состояния. Модель формы. Модель материала.

Модель закрепления. Модель нагружения. Модель разрушения [1-5].

Внутренние силовые факторы. Деформации и перемещения.

Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: растяжение-сжатие [1-7].

Геометрические характеристики поперечных сечений [1-7].

Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: сдвиг, кручение [1-7].

Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: изгиб [1-7].

Сложное напряженно-деформированное состояние. Теории прочности [1-7].

Напряжения и деформации в контакте двух деформируемых тел Расчет прочности при переменном характере внешнего нагружения [1-7].

Общий случай расчета напряженно - деформированного состояния. Полная система уравнений теории упругости [1-7].

Численные методы решения задач теории упругости - математические основы, устойчивость, сходимость [1-9]:

Программное обеспечение для решения задач МКЭ [1-9, 11-12].

4.2. Лабораторные занятия Основы сопротивления материалов: модели формы, материала, закрепления, нагружения, разрушения [1-9].

Механические характеристики конструкционных материалов [1Модуль WinMachine APM Beam: растяжение-сжатие[1-5,11].

Модуль WinMachine APM Beam: кручение[1-5,11].

Модуль WinMachine APM Beam: изгиб и сложное сопротивление[1-45,11].

Модуль WinMachine APM Structure 3D: трехмерные модели конструкций[1-5,11].

Модуль WinMachine APM Joint: расчет элементов соединений на Совместная работа модулей WinMachine APM Graph, APM Studio, APM Structure 3D – реализация конечно-элементных задач[1Демонстрация возможностей модуля интегрированных инженерных расчетов T-Flex Анализ (конечно-элементные задачи) [1Итого: 4.3. Практические (семинарские) занятия Практические (семинарские) занятия учебным планом не предусмотрены.

4.4. Курсовое проектирование Курсовая работа в рамках дисциплины «Интегрированные инженерные расчеты» посвящена выполнению расчетов и решению задач определения напряженно-деформированного состояния материалов в условиях различных видов нагружения с использованием пакета программ WinMachine APM. При выполнении КР, по индивидуальным заданиям, выдаваемым преподавателем, студентами, при помощи указанного пакета программ, осуществляется моделирование и расчет напряженно-деформированного состояния конструкций на растяжение-сжатие, кручение, изгиб, срез, а также сложные виды сопротивления.

Выполнение КР базируется на знаниях, полученных из лекционного материала, лабораторных занятий, а также знаниях, полученных в результате самостоятельного изучения материалов дисциплины.

В результате выполнения КР студент овладевает следующими профессиональными компетенциями:

1. Способностью использовать прикладные программные средства при решении практических задач по определению физико-механических свойств и технологических показателей материалов и готовых изделий при проектировании изделий;

2. Способностью разрабатывать математические и физические модели процессов нагружения деталей машин и элементов конструкций;

3. Способностью выполнять инженерные расчеты с использованием современных САПР;

4. Навыками работы с программным обеспечением для решения задач методом конечных элементов.

4.5. Самостоятельная работа студента Выполнение курсовой работы (КР) Проектирование и конструирование и связанные с ними понятия. Интегрированные инженерные расчеты как часть твердотельных САПР (Пкл) Схематизация, моделирование при описании напряженно-деформированного состояния. Модель формы. Модель материала. Модель закрепления. Модель нагружения. Модель разрушения. Внутренние силовые факторы.

Деформации и перемещения. Напряжения. (Пкл) Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: растяжениесжатие, сдвиг, кручение, изгиб. Геометрические характеристики поперечных сечений. (Пкл) Сложное напряженно-деформированное состояние.

Теории прочности. Устойчивость конструкций Напряжения и деформации в контакте двух деформируемых тел. Расчет прочности при переменном характере внешнего нагружения (Пкл) Общий случай расчета напряженно-деформированного состояния. Полная система уравнений теории упругости (Пкл) Численные методы решения задач теории упругости: метод конечных элементов (МКЭ), метод конечных разностей (МКР), метод граничных элементов (МГЭ) - математические основы, устойчивость, сходимость (Пкл) Программное обеспечение для решения задач МКЭ Основы сопротивления материалов: модели формы, материала, закрепления, нагружения, разрушения (Лзп) Механические характеристики конструкционных материалов (Лзп) Модуль WinMachine APM Beam: растяжение-сжатие Модуль WinMachine APM Beam: кручение (Лзп) Модуль WinMachine APM Beam: изгиб и сложное сопротивление (Лзп) Модуль WinMachine APM Structure 3D: трехмерные Модуль WinMachine APM Joint: расчет элементов соединений на срез (Лзп) Совместная работа модулей WinMachine APM Graph, APM Studio, APM Structure 3D – реализация конечноэлементных задач (Лзп) Возможности модуля интегрированных инженерных расчетов T-Flex Анализ (конечно-элементные задачи) (Лзп) 4.6. Распределение трудоемкости изучения дисциплин по видам учебной аудиторной и самостоятельной работы студента (Трудоемкость освоения дисциплины - 5 ЗЕ) Недели семестра 5. Образовательные технологии В соответствии с требованиями ФГОС ВПО по достижению главной цели ООП о готовности выпускника к области и объектам профессиональной деятельности и овладению отмеченными в разделе 3 компетенциями при изучении дисциплины предполагается проведение не менее 20% учебных занятий в сочетании с внеаудиторной работой в следующих активных и интерактивных формах:

опрос изученного по домашнему Все указанные в содержании лекционные и заданию теоретического матери- дисциплины разделы практические Остальные учебные занятия и внеаудиторная работа студента осуществляются в традиционной форме: преподаватель читает лекции и проводит лабораторные занятия с выдачей и проверкой домашних заданий.

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.1. Оценочные средства для текущего контроля Номер недели 1. Результаты проверки и обсуждения выполнения домашнего задания по изучению материала дисциплины 2. Результаты выполнения и защит лабораторных работ 3. Результаты выполнения курсовой работы 6.2. Оценочные средства для промежуточной аттестации Номер недели 1. Результаты промежуточной аттестации за 5, 9, 13, и 17 недели Период экзаРезультаты устного или письменного экзамена в соответствии с экзаменацименационной онными билетами (перечень экзаменационных вопросов прилагается).

сессии 1. Проектирование и конструирование и связанные с ними понятия.

2. Интегрированные инженерные расчеты как часть твердотельных САПР.

3. Схематизация, моделирование при описании напряженно-деформированного состояния.

4. Модель формы.

5. Модель материала.

6. Модель закрепления.

7. Модель нагружения.

8. Модель разрушения.

9. Внутренние силовые факторы.

10. Деформации и перемещения.

11. Напряжения.

12. Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: растяжение-сжатие.

13. Геометрические характеристики поперечных сечений.

14. Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: сдвиг.

15. Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: кручение.

16. Основные случаи напряженно-деформированного состояния деформируемого твердого тела: изгиб.

17. Сложное напряженно-деформированное состояние. Теории прочности.

18. Напряжения и деформации в контакте двух деформируемых тел.

19. Устойчивость конструкций.

20. Расчет прочности при переменном характере внешнего нагружения.

21. Общий случай расчета напряженно-деформированного состояния.

22. Полная система уравнений теории упругости.

23. Численные методы решения задач теории упругости: метод конечных элементов (МКЭ.

24. Численные методы решения задач теории упругости: метод конечных разностей (МКР).

25. Численные методы решения задач теории упругости: метод граничных элементов (МГЭ).

26. Математические основы численных методов решения задач теории упругости. Устойчивость, сходимость.

27. Программное обеспечение для решения задач МКЭ.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 7.1. Основная учебная литература 1. Ли, К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) [Текст ]/ Кунву Ли. – СПб.: Питер, 2004. – 560 с 2. Бунаков,П.Ю. Сквозное проектирование в машиностроении : Основы теории и практикум : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроит. производств" специальности "Автоматизация технолог. процессов и производств (машиностроение)" направление подготовки "Автоматизированные технологии и производства" [Электронный ресурс]/ П. Ю. Бунаков, Э. В. Широких. М. : ДМК Пресс, 2010. - 120 с. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/86524/. – загл. с экрана.

3. Бунаков,П.Ю. Сквозное проектирование в T-FLEX [Электронный ресурс] :. - М. : ДМК Пресс, 2009. - 396 с. – Режим доступа: http://www.biblioclub.ru/book/47351/. – загл. с экрана.

7.2. Дополнительная учебная литература 4. Степин, П. А. Сопротивление материалов : учебник [Электронный ресурс] / П. А. Степин.

– 11-е изд., стер. – СПб. : Лань, 2010. – 320 с. - Режим доступа:

http://e.lanbook.com/books/element.php?pl1_cid=25&pl1_id=3179. – загл. с экрана.

5. Шелофаст, В. В. Основы проектирования машин [Текст] / В. В. Шелофаст. – М.: Изд-во АПМ, 2005. – 472 с.

6. Шелофаст, В. В. Основы проектирования машин. Примеры решения задач [Текст] / В.

В. Шелофаст, Т. Б. Чугунова. – М.: Изд-во АПМ, 2004. – 240 с.

7. Замрий, А. А. Практический учебный курс. CAD/CAE система APM WinMachine [Текст] / А. А. Замрий. – М.: Изд-во АПМ, 2008. – 144 с.

8. Замрий, А. А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure3D [Текст] / А. А. Замрий. – М.: Изд-во АПМ, 2006. – 288 с.

9. Галлагер, Р. Метод конечных элементов. Основы [Текст] : пер. с англ./ Р. Галлагер. – М.:

Мир. 1984. – 215 с.

10. Бенерджи, П. Методы граничных элементов в прикладных науках [Текст] : пер. с англ. / П. Бенерджи, Р. Баттерфилд. – М.: Мир, 1984. – 494 с.

7.3. Методическая литература 11. Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Интегрированные инженерные расчеты» для студентов направления подготовки бакалавров 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств», профиль «Автоматизация технологических процессов и производств» (находятся в стадии разработки) 7.4. Программное обеспечение и Интернет-ресурсы 12. Пакет прикладных программ APM WinMachine v.9.7. Лицензионное соглашение № 69508.

13. Пакет прикладных программ T-FLEX CAD 3D версия 10. Лицензионное соглашение № А00004605, выданное 07.12.2006 г.

14. Тестовая база данных Росакредагентства (г. Йошкар-Ола) для проведения репетиционного тестирования (ФЭПО).

15. Электронный каталог литературы НТБ ГУ КузГТУ с выходом на Всероссийскую и международные библиотеки.

16. Электронные информационные системы ГУ КузГТУ и кафедры ТМС по обеспечению учебного процесса.

ГУ КузГТУ обеспечен необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины 1. Аудитории 3008, 3109, 3115, 3208, 3511 для проведения лекционных занятий.

2. Лабораторное оборудование (ауд. 3109, 3208 и 3209).

3. Комплекты мультимедийной техники (аудитории 3115, 3208, 3503).

4. Рабочие компьютерные места в количестве 8 шт. для проведения тестирования и защит лабораторных работ (ауд. 3503).

5. Наличие персональных компьютеров у преподавателей (аудитории 3203, 3208, 3109, 3111а, 3506, 3507).