6838

На занятиях рассматриваются: современные средства компьютерного моделирования и расчёта строительных конструкций и сооружений. Функции программных комплексов

NASTRAN, DYTRAN, ANSYS, SCAD, Plaxis; Программы, разработанные на кафедре ГС ННГАСУ (NORD, Talik, Filtr, Stream2D и др).

Раздел 6. Численные методы, лежащие в основе программных САЕ продуктов, вы-

полняющих расчёты численным моделированием.

Цель: Дать студентам понимание того что такое численный метод расчёта и моделиро-

вания сооружений и объектов, основных этапах исследования с его применением.

На занятиях рассматриваются:

-понятие численных методов;

-численные методы при решении инженерныхзадач гидротехники; примеры расчётов;

-уравнения в частных производных, определяющие математические и физические мо-

дели работы ГС: Лапласа; Фурье; Пуассона; Фурье-Киргофа; уравнения гидродинамики На-

вье-Стокса и Сен-Венана; - метод конечных разностей (МКР) – дискретизация дифференциальных уравнений,

разностные сетки, явные и неявные схемы, краевые (граничные и начальные) условия;

-основные принципы метода конечных элементов (МКЭ);

-методы решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ): прямые и ите-

рационные.

- этапы решения задач численными методами при решении новой исследовательской задачи, и при использовании стандартных САПР.

Раздел 7. Стандартные САЕ продукты для расчётов ГС.

Цель: получение практических навыков использования стандартных пакетов САПР ба-

зирующихся на аналитических зависимостях (Slope) и численных методов (Plaxis) для расчёт-

ных обоснований сооружений.

На занятиях рассматриваются:

Программные САЕ продукты в области расчётов гидротехнических сооружений – Slope, Plaxis. Этапы решениязадаччисленнымиметодами прирешенииприиспользованиистандарт-

ных САПР.

Раздел 8. Географические информационные системы (ГИС).

11

Цель: Показать студентам классы задач при управлении и контроле территорий с водо-

хозяйственными объектами и гидротехническими сооружениями, а также при их проектиро-

вании решаемых на географической информационной основе с применением Географических информационных систем (ГИС).

На занятиях рассматриваются:

-сфера применения ГИС в гидротехническом строительстве;

-функциональные виды ГИС;

-представление географической информации картами ГИС;

-типы слоёв ГИС;

-пространственная привязка и системы координат в ГИС;

-проекции, используемые в картографии и ГИС

-основные типы и элементы географической информации ГИС.

12

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ К ЛАБОРАТОР-

НЫМ ЗАНЯТИЯМ

3.1. Общие рекомендации по подготовке к лабораторным занятиям

Лабораторные занятия проводятся за компьютерами и представляют практическую часть курса.

Задача практической части получить составляющие компетенций – умения и владения.

Осваиваютсяизучаемыепо программедисциплины темы, выполняютсяв аудиторииосновные этапы расчётно-графическихработ (РГР), которые позжедоделываются иоформляютсяв ходе самостоятельной работы.

В ходе подготовки к лабораторным занятиям необходимо изучать основную литера-

туру, знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в перио-

дических изданиях: журналах, газетах и т.д. При этом необходимо учесть рекомендации пре-

подавателя и требования учебной программы.

Студент может дополнить список использованной литературы современными источни-

ками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использо-

вать собственные подготовленные учебные материалы при оформлении РГР.

3.2. Общие рекомендации по изучению материала практической части

На практические занятия выносится материал далее приведённых разделов.

1. Раздел4.ИспользованиеСАПР архитектурно-строительного направления.AutoCAD,

СПДС GraphiCS.

2. Раздел 7. Стандартные САЕ продукты для расчётов ГС.

В рамках раздела 4 выполняется РГР 1. В рамках раздела 7 выполняется РГР 2 и РГР 3.

Темы РГР и требования к ним приведены в нижеследующих подразделах.

При выполнении РГР 3, на примере пояснений её выполнения излагаются следующие изучаемые темы:

- программно-вычислительный комплекс в области расчёта геотехнических сооруже-

ний Plaxis;

-создание в Plaxis численной модели геотехнического объекта: конечно-элементной сетки и краевых условий;

-численное моделирование этапов работы и нагружения геотехнического объекта;

-графический вывод и анализ результатов моделирования.

13

3.3. Темы Расчётно-графических работ (РГР)

РГР 1. Выполнение чертежа гидротехнического сооружения (плотины) в AutoCAD. (раздел 4).

РГР 2. Расчёт устойчивости откоса плотины в программе Slope. (раздел 7)

РГР 3. Расчёт устойчивостиоткосаплотины наосновечисленныхметодов, в программе

Plaxis. (раздел 7).

3.4. Требования к Расчётно-графическим работам (РГР)

По представленным трём РГР каждомустуденту выдаётся преподавателем на занятиях индивидуальное задание.

По РГР 1индивидуальное заданиесостоит изосновныхразмеров профиляплотины(отметка гребня Гр, ширина гребня B, высота плотины Hпл, заложение верхового откоса).

По РГР 2 и 3 индивидуальное задание может быть одно – рассчитать устойчивость откоса плотины запроектированного ранее в Курсовом проекте «Земляная плотина».

Расчётно-графические работы оформляются в виде единого отчёта, содержащего разделы по трём РГР.

Каждая РГР содержит описание теоретической части и практической части по выполнению индивидуального задания.

ВРГР 1: в теоретической части описывается интерфейс AutoCAD; системы координат; ввод точек и позиционирование при построении графических примитивов и редактировании; построение геометрических примитивов; редактирование геометрических примитивов; типы линий; стили текста; использование слоёв; простановка размеров и их стили; сканирование, обработка и перевод в векторный формат растрового изображения; компоновка чертежа гидротехнического сооружения в нескольких проекциях или видах; оформление чертежа и вывод на печать; в практической части представляется разработанный чертёж плотины (Рис 1).

ВРГР 2: в теоретической части описываются особенности программы Slope; в практической части выполняется расчёт устойчивости, представляется расчётная схема, расчётный метод, полученные возможные поверхности обрушения и проверяется коэффициент устойчивости откоса, на основе которого делается вывод о устойчивости и результатах расчёта.

ВРГР 3: в теоретической части описываются особенности программы Plaxis и выделяются основные этапы численного моделирования; в практической части описывается использование программы для выполнениярасчёта заданной плотины по этапам (построение геометрии модели, наложение краевых условий, расчётные исследования на численной модели, вывод результатов моделирования и их анализ), каждый этап поясняется иллюстрациями (расчётная схема, конечно элементная сетка, начальные и граничные условия, деформированная сетка, поверхность сдвига, коэффициенты устойчивости), и в итоге делается вывод по результатам работы.

Отчёт по Расчётно-графическим работамдо зачёта сдаётся преподавателюнапроверку, исправляется по замечания, и оценивается.

14

Рис. 1. Профиль земляной плотины

3.5. Контрольные вопросы

Контрольные вопросы, приведённые далее по изучаемым разделам дисциплины, нумерацией соответствуют вопросам выдаваемым студентам на зачёт

Контрольные вопросы к разделу 1 – Структура процесса проектирования:

1.Определение САПР. История.

2.Понятие инженерного проектирования в структуре процесса проектирования.

Контрольные вопросы к разделу 2 – Виды систем автоматизированного проекти-

рования:

3.Системный подход. Иерархические уровни проектирования.

4.Подсистемы САПР. Обеспечение САПР

5.Разновидности САПР (по приложениям и сфереприменения;по целевомуназна-

чению; по масштабам; по характеру базовой системы)

6.Характеристики и функции CAE/CAD/CAM систем.

Контрольные вопросы к разделу 3 – Виды систем автоматизированного проекти-

рования:

7.Комплексные автоматизированные системы.

Контрольные вопросы к разделу 4 – Использование САПР архитектурно-строи-

тельного направления. AutoCAD, СПДС GraphiCS:

8.Интерфейс AutoCAD. Создание в AutoCAD собственного пользовательского профиля и панелей инструментов.

9.Системы координат в AutoCAD. Ввод координат точек в AutoCAD при рисова-

нии графических примитивов и редактировании.

10.Рисование геометрических примитивов в AutoCAD.

11.Редактирование геометрических примитивов в AutoCAD.

12.Задание типов линий, стилей текста в AutoCAD.

13.Использование слоёв в AutoCAD.

14.Задание размерных стилей и простановка размеров в AutoCAD.

15.Компоновка чертежа гидротехнического сооружения в нескольких проекциях или видах. Оформление чертежа и вывод на печать.

16.Функции приложения СПДС GraphiCS.

Контрольные вопросы к разделу 5 – Современные средства компьютерного моде-

лирования и расчёта строительных конструкций и сооружений, САЕ продукты:

17.Современные средства компьютерного моделирования и расчёта строительных конструкций и сооружений. Функции программного комплекса NASTRAN.

18.Функции программного комплекса DYTRAN.

19.Функции программного комплекса ANSYS.

Контрольные вопросы к разделу 6 – Численные методы, лежащие в основе про-

граммных САЕ продуктов, выполняющих расчёты численным моделированием:

20.Понятия численных методов, лежащих в основе программных САЕ продуктов,

выполняющих расчёты численным моделированием.

21. Основные уравнения гидротехники в частных производных. Уравнения Лапласа, Фурье, Пуассона, Фурье-Киргофа. Уравнения гидродинамики Навье-Стокса и Сен-

Венана.

22.Основные этапы метода конечных разностей МКР.

23.Дискретизация дифференциальных уравнений методом конечных разностей.

24.Явные и неявные разностные схемы метода конечных разностей.

25.Граничные и краевые условия численных методов.

26.Основные принципы метода конечных элементов МКЭ.

27.Прямые методы решения систем линейных алгебраических уравнений (СЛАУ).

28.Итерационные методы решения (СЛАУ). Метод простой итерации (МПИ).

29.Метод решения СЛАУ Зейделя и Релаксаций.

30.Особенности итерационных методов решения СЛАУ и их сравнение.

Контрольные вопросы к разделу 7 – Стандартные САЕ продукты для расчётов

ГС:

31.Этапы решения задач численными методами.

Контрольные вопросы к разделу 8 – Географические информационные системы:

32.Географические информационные системы (ГИС), сфера применения.

33.Функциональные виды ГИС.

34.Представление географической информации картами ГИС.

35.Типы слоёв ГИС.

36.Пространственная привязка и системы координат в ГИС.

37.Проекции используемы в картографии и ГИС.

38.Основные типы и элементы географической информации ГИС.

17

3.6. Общие рекомендации для самостоятельной работы

Самостоятельнаяработа студентов являетсяосновным способом овладения учебным ма-

териалом в свободное от обязательных учебных занятий время.

Целями самостоятельной работы студентов являются:

- систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических уме-

ний студентов;

-углубление и расширение теоретических знаний;

-формирование умений использовать нормативную, правовую, справочную документа-

цию и специальную литературу;

-развитие познавательных способностей и активности студентов:

-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосо-

вершенствованию и самореализации.

Запланированнаяв учебном плане самостоятельная работастудента рассматривается как связанная либо с конкретной темой изучаемой дисциплины, либо с подготовкой к курсовой,

дипломной работе, а также к защите ВКР. В данном разделе рассматривается только самосто-

ятельная работа первого вида.

Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация.

Планирование самостоятельной работы включает:

-уяснение задания на самостоятельную работу;

-подбор рекомендованной литературы;

-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.

Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.

На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:

-изучение рекомендованной литературы;

-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);

-взаимное обсуждение материала.

Необходимо помнить, что на занятиях обычно в теоретической части рассматривается не весь материал. Оставшийся материал восполняется в процессе самостоятельной работы. В

связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна.

Работа с литературой и иными источниками информации включает в себя две группы приемов: техническую, имеющую библиографическую направленность, и содержательную.

18

Первая группа – уяснение потребностей в литературе; получение литературы; просмотр лите-

ратуры на уровне общей, первичной оценки; анализ надежности публикаций как источника информации, их относимости и степени полезности. Вторая – подробное изучение и извлече-

ние необходимой информации.

Для поиска необходимой литературы можно использовать следующие способы:

-поиск через систематический каталог в библиотеке;

-просмотр специальных периодических изданий;

-использование материалов, размещенных в сети Интернет.

Для того, чтобы не возникало трудностей понимания текстов учебника, монографий,

научных статей, следует учитывать, что учебник и учебное пособие предназначены для сту-

дентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя. Монографии дают обширное описание проблемы, содержат в себе справочную информацию и отражают полемикупо тем или иным дискуссионным вопросам. Статья в журнале кратко излагает пози-

цию автора или его конкретные достижении в исследовании какой-либо научной проблемы.

В процессе взаимного обсуждения материала закрепляются знания, а также приобрета-

ется практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.

При необходимости студенту следует обращаться за консультацией к преподавателю.

Составление записей или конспектов позволяет составить сжатое представление по изу-

чаемым вопросам. Записи имеют первостепенное значение для самостоятельной работы сту-

дентов. Они помогают понять построение изучаемого материала, выделить основные положе-

ния, проследить их логику.

Ведение записей способствует превращению чтения в активный процесс. У студента, си-

стематически ведущего записи, создаётся свой индивидуальный фонд подсобных материалов для быстрого повторения прочитанного. Особенно важны и полезны записи тогда, когда в них находят отражение мысли, возникшие при самостоятельной работе.

Можно рекомендовать следующие основныеформы записи: план, конспект, тезисы, пре-

зентация.

План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень вопросов,

отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный план вполне заменяет конспект.

Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Объем конспекта не должен превышать 10 страниц. Шрифт Times New Roman, кегль 14, интервал

19

1,5. Список литературы должен состоять из 5-8 источников, по возможности следует исполь-

зовать последние издания учебных пособий и исследований.

Тезисы — это последовательность ключевых положений из некоторой темы без доказа-

тельств или с неполными доказательствами. По объему тезисы занимают одну страницу фор-

мата А4 или одну – две страницы в ученической тетради. В конце тезисов студент должен сделать собственные выводы.

Презентации по предложенной теме составляются в программе Power Point или Impress.

Количество слайдов должно быть не менее 15 и не превышать 20 слайдов. Кроме текста на слайдах можно создавать схемы и таблицы. Шрифт должен быть читаемым, например, шрифт черного цвета на светлом фоне или светлый шрифт на тёмном фоне. Также шрифт не должен быть слишком мелким. В слайдах указываются только основные тезисы, понятия и нормы.

3.7.Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы

1.Соколова, Т. AutoCAD 2005 для студентов / Т. Соколова. - СПб. : Питер, 2005. - 317 с.

:ил. - 121-00.

2.Барбакадзе, В. Ш. Автоматизация, оптимизация, моделирование при проектировании конструкций и сооружений / В. Ш. Барбакадзе. - М. : Стройиздат, 1991. - 151 с. : ил. - 25-00.

3.САПР. Системы автоматизированного проектирования : учеб. пособие для втузов : в 9

кн. Кн.8 : Сборник примеров и задач / Д. М. Жук, Н. М. Капустин, С. С. Комалов / под ред. И.

П. Норенкова. - М. : Высш. шк., 1986. - 143 с. : ил. - 0-00.

3.8.Перечень ресурсов информационно – телекоммуникационной сети «интернет»

(далее - сеть «интернет»), необходимых для освоения дисциплины

1.http://www.autodesk.ru, http://www.autodesk.ru/products/spds/free-trial.

2.dwg.ru.

3.Введение в ArcGIS for Desktop / Справка ArcGIS, Режим доступа : http://resources.arcgis.com/ru/help/.

20