1. Цели освоения дисциплины

Дисциплина «Прикладные программы для решения задач

энергоресурсосбережения» является специальным курсом в системе подготовки магистра

по разработке и проектированию химическому оборудованию.

Его основная цель состоит в том, чтобы познакомить будущего специалиста с

современными программами инженерного проектирования и технического анализа

объектов химической техники, научить совместной работе в составе творческого коллектива.

2. Место дисциплины в структуре образовательной программы Курс «Прикладные программы для решения задач энергоресурсосбережения» не имеет своей теоретической базы и поэтому опирается на следующие общеинженерные и специальные дисциплиныбакалавриата:

Процессы и аппараты химической технологии: основы теории подобия; основы теории тепломассообмена; уравнения движения сплошной среды.

Основы моделирования: кибернетические модели структуры потоков; принципы построения математической модели; методы поиска и оптимизации решений.

Инженерная графика: основы машиностроительного черчения.

Расчет и конструирование химического оборудования: методы расчета на прочность элементов сварных химических аппаратов.

3. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины Освоение дисциплины направлено на формирование следующих общекультурных (ОК-3, ОК-7) и общепрофессиональных компетенций (ПК-22, ПК-23, ПК-24), определенных перечнем компетенций выпускника вуза по данному направлению подготовки. Освоение дисциплины предполагает приобретение следующих умений и навыков у обучающегося:

По компетенции ОК-3 «Готовностью к кооперации с коллегами, работе в коллективе»: способность соотносить свои устремления с интересами других людей и социальных групп; иметь навыки совместной деятельности в группе, умения находить общие цели, вносить вклад в общее дело.

По компетенции ОК-7 «Cтремлением к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства»: организовывать планирование, анализ, рефлексию, самооценку своей учебно-познавательной деятельности; формулировать собственные ценностные ориентиры по отношению к изучаемым учебным предметам и осваиваемым сферам деятельности.

По компетенции ПК-22 моделировать энерго и «Способностью ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»:

иметь представление о методах математического и физического моделирования и пользоваться ими как потребитель.

По компетенции ПК-23 «Способностью участвовать в проектировании отдельных стадий технологических процессов с использованием современных информационных технологий»: Собирать и обобщать данные, необходимые для составления рабочих проектов. Работая в команде специалистов, выполнять отдельные разделы проектов.

По компетенции ПК-24 «Способностью проектировать отдельные узлы (аппараты) с использованием автоматизированных прикладных систем» Применять и разбираться в имеющихся пакетах программ и использовать их в проектной деятельности. С учетом требований для составления проектных документов быть способным составлять типовые проектные, технологические и рабочие документы.

Таблица 3.1. Матрица соотнесения разделов дисциплины и формируемых в них компетенций Разделы дисциплины Кол. Компетенция Число часов ОК- ОК- ПК- ПК- ПК- компетенций 3 7 22 23 Введение 2 1. Основы методов КР и КЭ 30 + + + + + 2. Геометрическое 38 + + + + моделирование в Компас-3D 3. Программный продукт 32 + + + + +

NASTRAN

4. Программный продукт 6 + + + ANSYS Итого 4. Структура и содержание дисциплины 4.1. Содержание дисциплины Введение Предмет курса, его цели и задачи. Современные технологии инженерного проектирования сложных технических объектов. Методология автоматизированного проектирования. Программные средства CAD, CAE, автоматизированного рабочего место конструктора. Задачи, стоящие перед инженером-конструктором химической промышленности.

Основы методов КР и КЭ Виды математических моделей и их характеристика. Требования, предъявляемые к моделям. Параметры и переменные модели.

Описание геометрии объекта. Поверхностное и объемное моделирование формы объекта. Напряженно-деформированное состояние объекта. Дифференциальные уравнения механики твердого тела.

Описание физических явлений в объекте. Феноменологический и кибернетический подходы моделирования. Дифференциальные уравнения переноса количества движения, энергии и массы. Условия однозначности. Гидродинамические модели объекта и их математическое описание.

Оценка адекватности математического описания объекта. Масштабный эффект и причины его возникновения. Сущность процедуры гидродинамического моделирования объекта.

Основные понятия и принципы системного проектирования. Декомпозиция объекта и процесса проектирования. Восходящее и нисходящее проектирование.

Многовариантность и итеррационность проектирования. Объекты инженерного проектирования и виды технических проектов. Понятие и характеристика жизненного цикла объекта.

Геометрическое моделирование в Компас-3D Графический интерфейс Компас-3D. Главное меню и панели инструментов.

Система подсказки и помощи. Особенности работы с командами Компас-3D. Настройка интерфейса. Типы и характеристика создаваемых документов. Понятие эскиза, детали и сборки.

Принципы построения трехмерных моделей. Глобальная и локальные пространственные системы координат. Типовые направления проецирования. Построение трехмерных деталей. Создание эскиза и требования к нему. Формирование простых объемных тел методом вращения и выдавливания. Создание сложных тел путем объединения, вычитания и пересечения, кинетический элемент и элемент по сечениям.

Редактирование трехмерных объектов: зеркальное копирование, создание массива, фаски и скругления, создание оболочки, сечение плоскостью. Определение массовых характеристик тела.

Методы и приемы создания сборки деталей. Работа с библиотеками элементов и примитивов. Создание графических документов: ассоциативный чертеж, фрагмент, спецификация.

Программный продукт NASTRAN Назначение и состав программного продукта. Структура и интерфейс программы.

Характеристика разделов и пунктов меню. Технология моделирование объектов. Этапы подготовки расчетной модели. Создание точек, линий, поверхностей и объемов.

Редактирование геометрии объекта. Выбор материала, типа и параметров конечного элемента. Разбиение объекта на конечные элементы. Модифицирование и «улучшение»

сетки элементов. Задание граничных условий и нагрузок объекта. Типы нагрузок и особенности их применения. Динамическое ориентирование объекта. Формирование расчетного задания. Просмотр результатов анализа. Виды и режимы просмотра.

Работа со слоями и группами. Сравнительная характеристика слоев и групп.

Задание функциональных зависимостей. Изотропные, ортотропные и анизотропные материалы. Функциональные зависимости для материалов. Типы конечных элементов.

Характеристика линейных, плоских и объемных элементов.

Основные виды конечно-элементного анализа объекта. Линейный статический анализ объекта. Основные задачи нелинейного анализа. Характеристика задач устойчивости и выбор метода и параметров расчета. Динамический анализ объекта.

Задание параметров динамических расчетов.

Программный продукт ANSYS Назначение и состав программного продукта. Структура и интерфейс программы:

главное меню, система помощи и центр ресурсов. Характеристика разделов и пунктов главного меню. Панели инструментов и их назначение. Структура и области рабочего листа. Основные типы данных и операторов системы ANSYS. Настройка параметров рабочей среды.

Основные модули комплекса ANSYS. Структура и построение базы данных, Общие приемы и правила использования графического модуля ANSYS.Формирование и редактирования файлов макросов команд. Компоненты главного меню: назначеник и функции основных окон меню. Назначение разделов и функции главного меню:

preferences, preprocessor, solution, general postproc, design opt, prob design, radiation matrix, run-time stats, session edition и finish. Ручной и автоматический режимы обработки моделей. Контроль и трассировка ошибок. Сообщения об ошибках при обработке данных.

Общие свойства элементов ANSYS: типы элементов, узлы, степени свободы, геометрические характеристики, свойства материалов, типы нагрузок, специальные возможности. Корректировка исходных данных элемента. Процедуры и правила создания плоских и объемных моделей. Построение осесимметричных элементов. Библиотека типовых элементов среды ANSYS. Просмотр результатов расчета: узловые и элементные значения. Визуализация и анимация результатов расчетов.

4.2. Лабораторные занятия Лабораторные занятия предназначены для освоения современных методов проектирования на компьютере. Основное внимание уделяется освоению методик автоматизированного расчета на прочность и техники электронного конструирования элементов химических аппаратов и машин.

Каждому студенту выдаются индивидуальные задания, предусмотренные программой. Перечень заданий и объем часов, отводимый на их выполнение, приведен в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Распределение часов лабораторных занятий 4.3. Самостоятельная работа В рамках самостоятельной работы студенту необходимо выполнить курсовой проект, оформить отчеты по лабораторным и практическим занятиям, выполнить контрольные работы, освоить лекционный курс и подготовиться к зачету и экзамену.

Координация и контроль выполнения самостоятельной работы осуществляется в период проведения текущих занятий и в часы консультаций.

Ориентировочное распределение времени выполнения видов самостоятельной работы приведено в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Распределение часов самостоятельной работы 2. Освоение CAD-программ электронного конструирования и расчета 4.4. Оценка трудоемкости изучения дисциплины Освоение дисциплины предполагает выполнение комплекса работ в рамках учебных занятий, самостоятельной работы студента, оформления технических отчетов и проектов. В табл. 4.3 определен перечень видов занятий и работ, выполнение которых обязательно студентом в процессе обучения, а также их трудоемкость, выраженная в зачетных единицах.

Таблица 4.3. Распределение трудоемкости по видам занятий и работ Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.

Проверка степени усвоения дисциплины осуществляется в форме зачета в сроки, установленные учебным планом. Проверка осуществляется по контрольным вопросам, перечень которых выдается студенту заблаговременно. К сдаче зачета допускается студент, полностью выполнивший текущую учебную программу дисциплины.

6. Используемые образовательные технологии Изложение лекционного материала дисциплины производится с применением мультимедийных технических средств. Проведение практических занятий (выполнение расчетно-графических заданий) предполагает наличие компьютерного класса, оснащенного 15-ю персональными компьютерами.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины 1. Ганин, Н. Б. Автоматизированное проектирование в системе КОМПАС-3D V12: для изучения и практ. освоения САПР [Электронный ресурс]. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 360 с.. –– http://www.biblioclub.ru/book/86540/.

2. Максфилд, Брент. MathCAD в инженерных расчетах / пер. с англ. Н. Ю. Устьяна. – Киев : МК - Пресс, 2010. – 368 с.- 1 экз 3. Полещук, Н. Н. AutoCAD 2012: Самоучитель: наиболее полное руководство. – СПб. :

БХВ-Петербург, 2011. – 752 с.- 10 экз.

4. Басков К.А. ANSYS: справочник пользователя. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 640 с.

5. Кафаров, В. В. Математическое моделирование основных процессов химических производств / В. В. Кафаров, М. Б. Глебов. – М.: Высш. шк., 1991. – 400 с.

6. Кафаров, В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии / В. В. Кафаров – М.: Химия, 1985. – 448 с.

7. Кудрявцев, Е. М. Компас 3D V8. Система трехмерного твердотельного моделирования / Е. М. Кудрявцев. – М.: ДМК «Пресс», 2006. – 426 с.

8. Кудрявцев, Е. М. Оформление дипломных проектов на компьютере : учеб. пособие для студентов вузов. – М. : АСВ, 2010. – 416 с. - 30 экз 9. ANSYS v.9.0. Система моделирования и расчета МДЭ. ЗАО «EMT P», - 2006-2008.

10. AutoCAD 2006 v.Z.54.10. Универсальный графический редактор. Корпорация Autodesk, 1982-2005.

11. MathCAD v.11. Универсальная среда для технических вычислений. Корпорация Mathsoft Engineering & Education, 1986-2002.

12. Компас 3D V8. Система трехмерного твердотельного моделирования. ЗАО «Аскон», 1989-2005.

8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для проведения лекционных занятий требуется аудитория, оснащенная интерактивной доской. Для выполнения лабораторных работ требуются класс персональных компьютеров, оснащенный специализированным программным обеспечением (MathCAD, AutoCAD, Компас 3D, NASTRAN, ANSYS).