И.А. Самойлова

Карагандинский государственный университет им. академика Е.А. Букетова

Использование компьютерных технологий при решении задач механики

Современное развитие архитектуры компьютерной техники и ее программного обеспечения привело к появлению достаточно большого количества специализированных пакетов прикладных программ. К их числу относятся такие пакеты, как Maple, MathCAD, MathLab, AutoCAD, ArсhiCAD, Лира и др., которые позволяют проводить расчеты, обладают высокими графическими возможностями и могут быть успешно применимыми при решении широкого спектра задач механики.

В настоящее время во всех проектных организациях основную часть расчетов при проектировании строительных элементов конструкций, зданий и сооружений выполняют с применением специальных проектно-вычислительных комплексов. Последние примечательны тем, что в них отражаются и используются самые последние достижения по расчету и проектированию сооружений. При подготовке инженеров-механиков должны обязательно учитывать это и включать в учебные планы дисциплины, обучающие методам современного компьютерного проектирования сооружений с применением тех проектно-вычислительных комплексов, которые наиболее доступны для внедрения их в учебный процесс. Необходимо учитывать и то обстоятельство, что в наше время многие студенты имеют доступ к вычислительной технике и сети интернет вне стен учебных заведений и зачастую достаточно информированы о преимуществах современных программ и имеют возможность использования их бесплатных, демонстрационных версий при написании как курсовых, так и дипломных проектов.

Используемые в современной инженерной практике проектно-вычислительные комплексы при расчете строительных конструкций могут различаться между собой методическими и сервисными разработками, пользовательским интерфейсом, но все они без исключения включают в себя алгоритмы статических и динамических расчетов конструкций, реализующиеся основными методами строительной механики. Строятся алгоритмы численных расчетов в этих программных обеспечениях в большинстве случаев на методе конечных элементов, выполняемом в форме метода перемещений или метода сил.

Не рассматривая задачу сравнительного сопоставления характеристик и требований различных проектно-вычислительных комплексов, отметим, что в настоящее время наиболее доступным для применения в учебном процессе является программный комплекс «Лира». Последний в свою очередь широко применяется в расчетах различных объектов строительства, атомной энергетики, машиностроения, нефтедобывающей промышленности, мостостроения и в других сферах, используемых методы строительной механики. Программный комплекс Лира поддерживает информационную связь с другими широко распространенными CAD–системами, такими как AutoCAD и ArchiCAD [1].

Важно отметить, что в современной технической литературе по расчету строительных конструкций все заметнее перевес в сторону шаблонных подходов программного моделирования в ущерб аналитическим. Это, приводит к появлению специалистов, которые могут работать с программными комплексами, не имея фундаментальных знания. Для специалиста очень понимание степени адекватности реальной конструкции принятой схемы, а не только получение результата по программе и безошибочность ввода исходных данных.

Для подготовки студента необходимо сочетать ручной и машинный счет. Рассмотрим такое сочетание на примере написания курсовой работы по теоретической механике на тему "Расчет плоских ферм". Данная работа предполагает рассмотрение целого комплекса вопросов, для самостоятельного решения студентами, способствующего самостоятельному углубленному изучению основных, наиболее трудных и важных разделов учебной программы. Основными задачами курсовой работы студентов-механиков являются: 1) изучение аналитических методов расчета плоских ферм; 2) подготовка данных для компьютерного расчета с помощью программного комплекса; 3) анализ и сопоставление полученных результатов аналитического и компьютерного расчета.

К аналитическим методам относятся такие методы, как метод вырезания узлов, метод Риттера др. На основе этих методов студенты самостоятельно рассчитывают свои схемы, закрепляют знания, полученные при изучении теоретической механики [2].

Далее студент должен произвести расчет плоской фермы с помощью программного комплекса. Для этого ему необходимо правильно занести параметры конструкции, создать геометрическую модель, задать нагрузки и т.п. Современные программные комплексы обеспечивают пользователя широким набором функций для предварительной оценки достоверности напряженно-деформированного состояния интересующей схемы в каждом нагружении или для комбинаций нагружений, позволяет получить цифровую информации по каждому узлу и элементу.

При этом студент получает возможность самостоятельно проверить результаты своих ручных расчетов на основе аналитических методов и одновременно осваивает программный комплекс. Полученные навыки будут необходимы в дальнейшем для решения более сложных задач.

Литература

1. Боговис В.Е., Гензерский Ю.В., Гераймович Ю.Д. и др. ЛИРА 9.4. Примеры расчета и проектирования. Учебное пособие. – К.: издательство «Факт», 2008. – 280 с.

2. Турсунов К.А., Турсунов А.К. Основы расчета плоских элементов конструкций. – Караганда: КарГУ, 2002. – 41 с.