12 ноября 2018г.
Инновационный подход к обучению студентов состоит в использовании программ для ЭВМ в образовательном процессе [1-3]. Изучение и овладение различными компьютерными программами во время обучения необходимо выпускнику как для дальнейшего реального проектирования [4-6], так и для ведения научно-исследовательской работы.
На кафедре СМиСМ АСИ СамГТУ первые шаги в направлении внедрения современных компьютерных технологий были предприняты в 2011 г. с применением настольной версии обучающего программного комплекса виртуальных лабораторных работ COLUMBUS [11], разработанного ИП Кузьмин А.Л. (kuzmin-soft.ru) В 2015 г. началась подготовка к внедрению веб-версии обучающего программного комплекса виртуальных лабораторных работ KOLIBRI [14], также разработанного ИП Кузьмин А.Л. (kuzmin-soft.ru). С 2016 г. ведется подготовка информационной базы для внедрения вычислительного комплекса «Лира» в учебный процесс, включающий в себя лекции, лабораторные занятия, упражнения и самостоятельные работы для студентов [2].
Дополнительно стоит отметить, что на сайтах представлены виртуальные работы не только по курсу «Техническая механика» (Сопротивление материалов), но и по другим курсам: «Железобетонные конструкции», «Детали машин», «Гидравлика».
В данной статье приведено описание виртуальной работы «Растяжение» из веб-версии программного комплекса виртуальных лабораторных работ COLUMBUS [11]. Данная работа предназначена для исследования процесса растяжения металлического образца вплоть до разрушения и соответствует лабораторной работе по курсу «Техническая механика» (Сопротивление материалов). Главная особенность виртуальных испытаний на растяжение заключается в возможности:
– проводить испытания образцов без материальных затрат;
– определять и сравнивать прочностные и деформативные характеристики нескольких материалов различных марок за короткое время;
– активного участия в эксперименте всех студентов группы.
Рабочее пространство программы для виртуальных испытаний включает в себя модели разрывной машины и оборудования для измерения приложеной к образцу нагрузки (рис. 1). Управление оборудованием и проведением эксперимента осуществляется клавишами клавиатуры и мышью через стандартные элементы управления пользовательского интерфейса: кнопки и древовидный список. Кнопка «Помощь» открывает инструкцию по управлению программой. Кнопка «Материал» открывает или закрывает «Дерево материалов». Кнопка «Новый» устанавливает траверсу машины в положение, соответствующее длине выбранного образца.
Стандартный образец для испытания на растяжение в странах Европы принимается цилиндрическим с расчетной длиной l = 10D – длинный образец или l = 5D – короткий образец. В данном случае используется длинный образец, у которого длина цилиндрической части больше расчетной длины и равна l + D. Концы образца изготовлены большего диаметра, чтобы предохранить образец
от разрушения в зажимах машины, где возникает сложное напряженное состояние. «Дерево материалов» (см. рис. 1), содержащее различные материалы, сгруппированные по категориям, согласно соответствующим стандартам, позволяет выбрать интересующий материал для испытания.
Установка образца в разрывную машину происходит автоматически при нажатии кнопки «Новый» (рис. 2).
Для контроля величины нагрузки на образец в программе предусмотрен динамометр (рис. 3). Циферблат динамометра имеет градуировку в тонах-силы и килоньютонах.
Запись результатов испытания на растяжение происходит в виде диаграммы (рис. 4, а). При работе с диаграммой существует возможность дополнительной фиксации координат характерных точек. Для этого нужно подвести указатель мыши к соответствующей точке и записать в бланк значение силы и абсолютной деформации, которые выводятся рядом с диаграммой.
После построения
диаграммы
имеется возможность
изменять ее масштаб с целью детального исследования определенных участков (например, площадки текучести) (рис. 4, б).
Таким образом, основными задачами виртуальных испытаний являются:
- исследование механических свойств и определение механических характеристик материалов;
- опытная проверка теоретических выводов
и законов;
-
изучение студентами
современных
экспериментальных методов
исследования напряженного и деформированного состояний материала и обработки экспериментальных данных.
Внедрение виртуальных комплексов в учебный процесс позволит:
- повысить эффективность освоения преподаваемых дисциплин;
- повысить качественный уровень выполняемых научно-исследовательских работ.
В заключение необходимо отметить, что представленная разработка на той же методической базе применена для других лабораторных работ по курсу «Техническая механика»:
- Испытание металлических и деревянных образцов на сжатие.
- Определение модуля упругости и коэффициента Пуассона.
- Испытание валов на кручение с определением модуля упругости при сдвиге.
- Испытание стальной балки на чистый изгиб.
- Испытание стальной балки на поперечный изгиб.
- Внецентренное растяжение стального стержня.
- Внецентренное сжатие стального стержня.
- Испытание балки на косой изгиб.
- Исследование продольно-поперечного изгиба стержня большой гибкости.
- Исследование явления потери устойчивости при сжатии стержня большой гибкости.
- Определение ударной вязкости металлического образца.
Список литературы
1.
Найштут Ю. С. Моделирование сооружений и их узлов с помощью программных комплексов // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 70-й юбилейной Всерос. науч.- техн. конф. / СГАСУ. Самара, 2013. С. 162-163.
2.
Холопов И.С., Алпатов В.Ю., Атаманчук А.В.
Современные проблемы проектирования и
расчета строительных конструкций зданий и сооружений с использованием вычислительных комплексов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. № 1. С. 66-68.
3.
Алпатов В.Ю., Петров С.М., Лукин А.О., Холопов И.С., Соловьев А.В. Автоматизированный расчет системы «фундаменты-силовой пол» для производственного здания с металлическим каркасом и значительными нагрузками на пол // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство: материалы 72-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР / СГАСУ. Самара, 2015. C. 23-27.
4.
Холопов И.С., Алпатов
В.Ю., Атаманчук А.В. Современные проблемы
проектирования и расчета строительных конструкций зданий и сооружений с использованием вычислительных комплексов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2008. № 1. С. 66-68.
5.
Алпатов В.Ю., Лукин А.О., Сахаров А.А. Исследование жесткости узла базы стальной колонны, состоящей
из одной опорной плиты // ПГС. 2015. №9. С. 11-17.
6.
Лукин А.О.
Сравнительный анализ на
основе метода
конечных элементов работы балок с гофрированной стенкой в условиях стесненного кручения // Актуальные вопросы технических наук: материалы II Международной научной конференции. Сер. «Молодой ученый». 2013. С. 75-77.
7.
Лукин А. О. Исследование напряженного состояния гофрированной стенки в местах, расположенных под сосредоточенными силами // Технические науки в России и за рубежом: материалы II Международной научной конференции. Сер. «Молодой ученый». 2012. С. 113-115.
8.
Широков В.С. Поиск оптимальных соотношений стрелы подъема и пролета структурной купольной конструкции // Вестник МГСУ. 2013. № 9. С. 32-40. МГСУ. 2017. Т. 12. Вып. 2 (101). С. 142-149. DOI : 10.22227/1997-0935.2017.2.142-149.
9.
Алпатов В.Ю., Лукин А.О., Сахаров А.А., Жученко Д.И. Компьютерное моделирование и численные исследования узловых соединений структурных конструкций // Градостроительство и архитектура. 2016. № 4 (25). С. 19-22. DOI: 10.17673/Vestnik.2016.04.3.
10.
Лютов Л.В., Синцов В.П. Численное моделирование работы двутавровых комбинированных балок
с гофрированной стенкой // Строительство и техногенная безопасность.
2016. № 3 (55). С.
39- 45.
11.
Литиков А.П., Муморцев А.Н., Ахмедов А.Д. Обучающий программный комплекс виртуальных лабораторных работ «COLUMBUS-2007» по курсу «Сопротивление материалов» // Традиции и инновации в строительстве и
архитектуре: материалы 70-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР / СГАСУ. Самара, 2013. Т. 2. C. 33-34.
12. Муморцев А.Н., Фролов Е.А., Литиков А.П., Лукин А.О., Ахмедов А.Д., Емец В.Н. Виртуальные лабораторные работы. Техническая механика (сопротивление материалов): учебно-методическое пособие / СГАСУ. Самара, 2015. 98 с.
13.
Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 2014613606 Российская Федерация.
Обучающий программный комплекс
виртуальных
лабораторных работ
по курсу «Сопротивление материалов» / Литиков А.П., Исаев Д.И., Фролов Е.А., Ахмедов А.Д., Муморцев А.Н.; заявитель и правообладатель СГАСУ. № 2014613606; заявл. 26.11.2013; опубл. 31.03.2014, Бюл. № 4, 2014.
14.
Лукин А.О., Литиков А.П. Применение программного комплекса «KOLIBRI» для выполнения расчетно-графической работы №1 по курсу «Техническая механика» // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Естественные науки и техносферная безопасность: материалы 73-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР / СГАСУ. Самара, 2016. C. 225- 228.
15.
Муморцев А.Н., Фролов Е.А.
Сборник задач по сопротивлению материалов. Ч. I: учеб. пособие
/ СГАСУ. Самара, 2011. 112 с.