Міністерство освіти і науки, молоді і спорту України

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

С.І. Сидоренко, с.М. Волошко, г.Д. Холмська, с.І. Конорев

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО КОМП’ЮТЕРНОГО ПРАКТИКУМУ

З ДИСЦИПЛІНИ

«КОМП’ЮТЕРНІ МЕТОДИ

У ФІЗИЧНОМУ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВІ»

для студентів

спеціальності 6.050403 “Інженерне матеріалознавство”

Ухвалено на засіданні кафедри фізики металів

інженерно-фізичного факультету НТУУ «КПІ»

протокол № ___ від 2012 р.

Київ

НТУУ «КПІ»

2012

УДК 004.738.5(075.8)

С47

Гриф надано Методичною радою ІФФ

(Протокол № від 2013 р.)

Рецензенти: М.О. Васильєв, д-р фіз.-мат.наук, проф. (ІМФ НАНУ)

В.Ф. Мазанко, д-р фіз.-мат.наук, с.н.с. (ІМФ НАНУ)

С.І. Сидоренко, с.М. Волошко, г.Д. Холмська, с.І. Конорев

С47 Методичні вказівки до комп’ютерного практикуму з дисципліни «Комп’ютерні методи в фізичному матеріалознавстві»: Навч. посіб. – К.: ІВЦ „Політехніка”, 2013.- . с.

ISBN - - - -

У навчальному посібнику викладені математичні методи і способи автоматизації комп’ютеризованих розрахунків і моделювання, використовувані при дослідженні матеріалів, проектуванні та аналізі процесів їх промислової обробки. Описано комп'ютерний інструментарій, що рекомендується для проведення розрахунків і моделювання. Викладено теоретичний матеріал і наведено конкретні приклади використання методик виконання завдань практикуму, що спрощує вивчення матеріалу дисципліни і дозволяє виконувати самостійно домашні завдання, контрольні і курсові роботи з використанням комп’ютерного інструментарію.

Для студентів спеціальності 6.050403 “Інженерне матеріалознавство” (дисципліна «Комп’ютерні методи в фізичному матеріалознавстві»).

Посібник може бути корисним також для спеціалістів, магістрів та аспірантів металознавчих спеціальностей.

УДК 004.738.5(075.8)

ББК

2

© С.І. Сидоренко, С.М. Волошко, Г.Д. Холмська, С.І. Конорев

ISBN - - - - © ІВЦ „Політехніка”, 2013

ЗМІСТ

_С

Вступ……………………………………………………………...... 5

1. Комп’ютерний інструментарій для розрахунків ……………... 6

1.1. Виконання табличних розрахунків у середовищі

Microsoft Excel…….……………………………..…………….. 6

1.2. Елементи програмування у середовищі MathCAD……. 26

2.Опис фізичного явища різними за специфікацією

математичними моделями………………………………………….36

3.Використання різних моделей процесу з метою отримання спектру прогнозів……………………………………………………37

4. Вивчення особливостей апроксимації за допомогою поліному функцій, які швидко змінюються…………………………………..40

5. Оптимізація оснащення виробничої ділянки методом

лінійного програмування………………………………………… 41

6. Побудова мережних графіків для планування робіт з виготовлення промислової продукції…..…..……………………. 62

7. Регресійний аналіз результатів експериментів при визначенні здатності деталей до крихкого руйнування …………..…………. 84

8. Методи планування експериментів при розробленні

складу високоміцного сплаву…….................................................. 98

9. Оцінка анормальності результатів вимірювань

глибини дифузійного хромованого шару сталі ……………....... 125

10. Застосування генетичних алгоритмів при вивченні

дифузійних процесів………………..…………………………..... 133

11. Інтерполяція і екстраполяція таблиць при призначенні режиму нагріву сталевих виробів ..……………………................... …….. 149

12. Оптимізація технологічного оснащення термічних цехів методом параметричного програмування………………………. 155

13. Застосування методу цілочислового програмування при оптимізації оснащення термічних цехів …………………. …… 166

14. Визначення параметрів нормального розподілу

при вимірюванні твердості сталі.................................................... 175

15. Розрахунок параметрів дослідного розподілу, оцінка достовірності впливу термічної обробки на твердість хромованого шару……………………………………………………………….. 179

16. Визначення закону розподілу випадкової величини

при вимірюванні твердості сталі..………………….......................196

Список літератури………………………………………………….206

Перелік запитань……………………………………………………207

ВСТУП

Зараз неможливо уявити підготовку фахівців в галузі матеріалознавства матеріалознавців без надання їм знань і вмінь в частині використання комп'ютерної техніки і програмування для розв’язування наукових і практичних задач предметної галузі. Використовуючи комп'ютерний інструментарій і технології проектуються наукові дослідження і обробляються їх результати, моделювання технологічних процесів також комп'ютеризоване.

Комп'ютерний практикум з дисципліни “Комп'ютерні технології в фізичному матеріалознавстві” призначений для отримання студентом знань і вмінь грамотно і раціонально використовувати сучасні комп’ютерні технології, математичні моделі і методи в галузі матеріалознавства.

Роботи практикуму умовно розділяються на три групи. В першій групі студент знайомиться з проблемами, які виникають при побудові математичних моделей за результатами експериментальних досліджень (апроксимація і прогнозування). Друга група присвячена методам статистичної обробки і статистичного аналізу даних. Виконуючи завдання третьої групи студенти навчаються використанню алгоритмів і методів оптимізації для розв'язування задач професійного спрямування.

Комп'ютерні технології відкривають широкі можливості високоефективної організації проведення і забезпечення результативності навчального процесу.

Автори даного видання намагалися об'єднати «ідеологічну» і«технологічну» сторони використання обчислювальної техніки у навчальному процесі матеріалознавців, а також показати перспективи її використання при проектуванні технологічних процесів, термічної та хіміко-термічної обробки і дослідження їх результатів, розрахунку обладнання, розробки планувань термічних ділянок і дільниць.

Методичні розробки, подані у даному посібнику, виконані з участю бакалаврів і магістрів спеціальності «Фізичне матеріалознавство» кафедри фізики металів інженерно-фізичного факультету Національного технічного університету "Київський політехнічний інститут" і можуть бути використані при підготовці курсових і дипломних проектів, науково-дослідних робіт магістрів і аспірантів спеціальності.

Практикум №1 КОМП’ЮТЕРНИЙ ІНСТРУМЕНТАРІЙ