close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Математические модели проектирования технологического оборудования (практические работы)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Воронежская государственная лесотехническая академия»
Кадырметов А. М., Снятков Е. В., Мальцев А. Ф.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим работам по дисциплине “Математические модели
проектирования технологического оборудования” для магистрантов по направлению
подготовки 190600.68 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»
Воронеж 2014
2
УДК 519.1:519.2:519.6:519.8:629.3
Печатается по решению учебно-методического совета ГОУ ВПО «ВГЛТА»
(протокол № __ от _____________ 2014 г.)
Рецензент заведующий кафедрой эксплуатации машинно-тракторного
парка ВГАУ доктор техн. наук, профессор Е. В. Пухов
Кадырметов, А. М.
Математические модели на автомобильном транспорте [Текст] : Методические
указания к практическим работам по дисциплине “Математические модели
проектирования технологического оборудования” для магистрантов по
направлению
подготовки
190600.68
«Эксплуатация
транспортнотехнологических машин и комплексов» / А. М. Кадырметов, В. Е. Снятков, А.
Ф. Мальцев; ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2014. – 20 с.
ISBN _______________
В методических указаниях представлены материалы для выполнения заданий для
выполнения
практических
работ
по
дисциплине
«Математические
модели
проектирования технологического оборудования». В них содержатся основные понятия и
определения, исходные данные, методика выполнения заданий, изложены требования к
оформлению отчета. Методические указания предназначен для магистрантов по
направлению подготовки 190600.68 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и
комплексов».
УДК 630.001
© Кадырметов А. М, Никонов В. О., Мальцев А. Ф. 2014
ISBN ________________
© БГБОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2014
3
1. ЦЕЛЬ РАБОТ
Освоить методы построения математических моделей, используемых при
проведении исследований при проектировании технологического оборудования
в области автомобильного транспорта: математических моделей на основе
теории подобия и фундаментальных законов природы, процессов обеспечения
работоспособности автомобилей, создания и эксплуатации производственнотехнической базы предприятий автомобильного транспорта.
2. ЗАДАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА
Изучить теоретический и методический материал.
Решить задачи по основным методам построения математических
моделей, используемых в исследованиях при проектировании технологического
оборудования в области автомобильного транспорта.
Составить общий отчет из отдельных отчетов по каждой практической
работе в соответствии с требованиями ВГЛТА к студенческим работам1 и
подготовить устные ответы на контрольные вопросы.
3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Математическая модель какого-либо объекта является первым этапом
математического моделирования этого объекта и включает в себя в общем
случае
также
этапы
тестированием)
разработки
программы
алгоритма,
и
создания
непосредственно
(с
отладкой
и
математического
моделирования2 (рис. 1).
На
первом
этапе
построения
математической
модели
объекта
исследования по сути строится «эквивалент» объекта в математической форме,
отражающей важнейшие его свойства – законы, которым он подчиняется,
связи, присущие составляющим его частям и т. д.
1
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
Самарский А. А. Михайлов А. П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. – М. : Наука. –
Физматлит. – 1997. – 320 с.
2
4
Рис. 1. Схема математического моделирования
На втором этапе разрабатывается алгоритм реализации математической
модели на компьютере, то есть представления ее в удобной форме для
применения численных методов. Алгоритм определяет последовательность
вычислительных и логических операций для нахождения заданных величин с
заданной
точностью.
Алгоритм
должен
удовлетворять
требованиям
адекватности модели, экономичности и способности адаптации к особенностям
решаемых задач и используемых компьютеров.
На третьем этапе по разработанному алгоритму создается программа на
языке доступном компьютеру. Программы должны удовлетворять требованиям
экономичности затрат машинного времени и адаптивности. Именно программы
представляют исследуемый объект, а компьютер – «экспериментальную
установку».
Полученная триада «модель – алгоритм – программа» представляет собой
«универсальный,
гибкий
и
недорогой
инструмент,
который
вначале
отлаживается, тестируется в «пробных» вычислительных экспериментах2» до
состояния адекватности объекту, а затем используется для его исследования.
5
Процесс моделирования может сопровождаться уточнением модели и других
звеньев триады.
Математические
модели
при
проектировании
технологического
оборудования в области автомобильного транспорта включают в себя:
– динамические модели и их систем на основе алгебраических и
дифференциальных уравнений, а также на основе теории размерностей и
подобия;
– математические модели процессов обеспечения работоспособности
автомобилей на основе методов теории информации и анализа функций,
аппроксимирующих результаты экспериментальных исследований в задачах
оптимизации, а также технологических процессов восстановления деталей
автомобиля;
– математические модели имитационного моделирования в задачах
выбора и оптимизации по созданию и эксплуатации производственнотехнической базы предприятий автомобильного транспорта.
6
4. ТЕМА 1. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА
НА ОСНОВЕ ТЕОРИЙ РАЗМЕРНОСТЕЙ И ПОДОБИЯ
4.1. Цель работы
Освоить методику и приобрести практические навыки построения
физических моделей процессов на основе метода Букингема.
4.2. Задание
Изучить содержание работы и методику построения физических моделей
процессов на основе метода Букингема согласно лабораторной работы 1
лабораторного практикума [1-3]. По фрагменту исследования магистранта или
по заданию преподавателя сформировать математическую модель и определить
масштабные коэффициенты для построения физической модели объекта.
Оформить отчет по форме п. 4.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы в устной форме.
4.3. Порядок проведения работы
1. Согласовать с преподавателем по теме исследования или получить у
преподавателя вариант задания.
2. Изучить методический материал в работах [1-3].
3. Выполнить задание по п. 4.2. Сделать общий вывод по теме.
4. Оформить отчет по форме п. 4.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 4.5 в устной форме.
4.4. Содержание отчета
Отчет оформить по требованиям ВГЛТА к студенческим работам3. В
отчет занести:
– наименование работы, цель работы, вариант задания;
3
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
7
– содержание работы по заданию п. 4.2;
– анализ полученных результатов и общий вывод.
4.5. Контрольные вопросы
1. Понятие теории подобия и теории размерностей.
2. Понятие размерности физической величины.
3. Основная система размерностей.
4. Метод Букингема построения физических моделей.
5. Типовые критерии подобия механических систем.
4. Условия подобия явлений.
6. Способы определения критериев подобия.
7. Определение масштабных коэффициентов.
5. ТЕМА 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕШЕНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ С ПАРАМЕТРАМИ
5.1. Цель работы
Освоить методику и приобрести практические навыки построения
системы
исследования
моделей
процессов
на
основе
обыкновенных
дифференциальных уравнений с параметрами.
5.2. Задание
Изучить
содержание
работы
и
методику
построения
системы
исследования моделей процессов на основе обыкновенных дифференциальных
уравнений с параметрами согласно лабораторной работы 4 лабораторного
практикума [1-3]. По фрагменту исследования магистранта или по заданию
преподавателя определить характер изменения критериев процесса (например,
объема, или суммарной боковой поверхности геометрического объекта) в
заданном интервале времени.
8
Оформить отчет по форме п. 5.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 5.5 в устной форме.
5.3. Порядок проведения работы
1. Согласовать с преподавателем по теме исследования или получить у
преподавателя вариант задания.
2. Изучить методический материал в работах [1-3].
3. Выполнить задание по п. 5.2. Сделать общий вывод по теме.
4. Оформить отчет по форме п. 5.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 5.4 в устной форме.
5.4. Содержание отчета
Отчет оформить по требованиям ВГЛТА к студенческим работам4. В
отчет занести:
– наименование работы, цель работы, вариант задания;
– содержание работы по заданию п. 5.2;
– анализ полученных результатов и общий вывод.
5.5. Контрольные вопросы
1. Порядок постановки задач моделирования процессов и их решения.
2. Понятие дифференциальных уравнений обыкновенных и в частных
производных.
3. Одношаговые и многошаговые численные методы решения дифференциальных уравнений.
4. Понятие порядка точности и метода решения дифференциальных
уравнений.
4
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
9
6. ТЕМА 3. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ С
ВИНТОВЫМ ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ
6.1. Цель работы
Освоить методику и приобрести практические навыки расчетов при
проектировании технологического оборудования.
6.2. Задание
Изучить методический материал в методических указаниях [4] и в
соответствии с индивидуальным заданием решить провести расчет привода с
винтовым приводным механизмом согласно индивидуальному заданию по
схеме:
− исходные данные для расчета;
− составление расчетной схемы;
− выявление основных критериев работоспособности;
− выполнение необходимых расчетов;
− выводы и заключение.
Оформить отчет по форме п. 6.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 6.5 в устной форме.
6.3. Порядок проведения работы
1. Получить у преподавателя вариант задания.
2. Изучить методический материал в работе [4].
3. Последовательно по выданным вариантам выполнить задание по п. 6.2.
Сделать общий вывод по теме.
4. Оформить отчет по форме п. 6.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы в устной форме.
10
6.4. Содержание отчета
Отчет оформить по требованиям ВГЛТА к студенческим работам5. В
отчет занести:
– наименование темы, тематики, цель работы, вариант задания;
– содержание работы по заданию п. 6.2;
– анализ полученных результатов и общий вывод.
6.5. Контрольные вопросы
1. Приведите основные расчетные формулы расчетов на прочность
деталей оборудования.
2. Приведите основные расчетные формулы расчетов на жесткость
деталей оборудования.
3. Приведите основные расчетные формулы расчетов на устойчивость
деталей оборудования.
4. Приведите основные расчетные формулы кинематического расчета
винтовых приводов.
5. Приведите основные расчетные формулы и этапы расчета передачи
винт-гайка.
7. ТЕМА 4. АРМ WINMACHINE. МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ РАСЧЕТА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ БРУСЬЕВ И БАЛОК, КУЛАЧКОВЫХ И РЫЧАЖНЫХ
МЕХАНИЗМОВ
7.1. Цель работы
Освоить методику расчета и проектирования брусьев и балок, кулачковых
и рычажных механизмов, в системе программной среды АРМ WINMACHINE в
задачах проектирования технологического оборудования.
5
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
11
7.2. Задание
Изучить теоретический и методический материал в методических
указаниях [5].
В соответствии с методическими указаниями [5] и индивидуальным
вариантом провести расчет брусьев и балок в системе АРМ WINBEAM в
последовательности:
– изучить редактор балок АРМ WINBEAM;
– расчет статической прочности;
– расчет жесткости;
– расчет динамических характеристик балки.
Провести расчет кулачкового механизма в системе АРМ WINCAM в
последовательности:
– изучить редактор АРМ WINCAM;
– провести расчет кулачкового механизма.
Провести расчет системы рычажного механизма в системе АРМ
WINSLIDER в последовательности:
– изучить редактор АРМ WINSLIDER;
– провести расчет рычажного механизма.
Составить общий отчет и подготовить устные ответы на контрольные
вопросы.
Оформить отчет по форме п. 7.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 7.5 в устной форме.
7.3. Порядок проведения работы
1. Получить у преподавателя вариант задания.
2. Изучить методический материал в работе [5].
3. Последовательно выполнить задание по п. 7.2. Сделать общий вывод
по теме.
12
4. Оформить отчет по форме п. 7.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы в устной форме.
7.4. Содержание отчета
Отчет оформить по требованиям ВГЛТА к студенческим работам6. В
отчет занести:
– наименование темы, цель работы, вариант задания;
– содержание работы по заданию п. 7.2;
– анализ полученных результатов в соответствии с требованиями
методических указаний [5] и общий вывод.
7.5. Контрольные вопросы
1. Приведите основные критерии и возможности, используемые при
расчете балок в системе АРМ WINBEAM.
2. Какова методика расчета статической прочности балок в системе АРМ
WINBEAM.
3. Какова методика расчета жесткости балок в системе АРМ WINBEAM.
4. Какова методика расчета динамических характеристик балок в системе
АРМ WINBEAM.
5. Изложите общие принципы работы с редактором АРМ WINBEAM.
6. В чем состоит система расчета кулачковых механизмов в АРМ
WINCAM?
7. Изложите методику работы в системе АРМ WINCAM.
8. В чем состоит система расчета рычажных механизмов в АРМ
WINSLIDER?
9. Изложите методику работы в системе АРМ WINSLIDER.
6
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
13
8. ТЕМА 5. АРМ WINMACHINE. МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ РАСЧЕТА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И СОЕДИНЕНИЙ
8.1. Цель работы
Освоить методику расчета и проектирования трехмерных конструкций и
соединений в системе программной среды АРМ WINMACHINE в задачах
проектирования технологического оборудования.
8.2. Задание
Изучить теоретический и методический материал в методических
указаниях [5].
В соответствии с методическими указаниями [5] и индивидуальным
вариантом провести работы в последовательности:
– изучить редактор трехмерных конструкций АРМ WINSTRUTURE 3D,
графический редактор АРМ GRAPH и базу данных АРМ WINDATA;
– провести расчет трехмерной конструкции;
– изучить систему расчета соединений АРМ WINJOINT;
– провести расчет соединения.
Составить общий отчет и подготовить устные ответы на контрольные
вопросы.
Оформить отчет по форме п. 8.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 8.5 в устной форме.
8.3. Порядок проведения работы
1. Получить у преподавателя вариант задания.
2. Изучить методический материал в работе [5].
3. Последовательно по выданным вариантам выполнить задание по п. 8.2.
Сделать общий вывод по теме.
14
4. Оформить отчет по форме п. 8.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы в устной форме.
8.4. Содержание отчета
Отчет оформить по требованиям ВГЛТА к студенческим работам7. В
отчет занести:
– наименование темы, цель работы, вариант задания;
– содержание работы по заданию п. 8.2;
– анализ полученных результатов и общий вывод.
8.5. Контрольные вопросы
1. В чем состоит система расчета трехмерных конструкций в АРМ
WINSTRUTURE 3D?
2. Изложите общие принципы работы с редактором АРМ WINDATA.
3. Изложите методику работы в системе АРМ WINSTRUTURE 3D.
4. Перечислите основные компоненты редактора соединений АРМ
WINJOINT.
5. Изложите общие принципы работы с редактором АРМ WINJOINT.
9. ТЕМА 6. АРМ WINMACHINE. МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ РАСЧЕТА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАЛОВ, ОСЕЙ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ
ВРАЩЕНИЯ
9.1. Цель работы
Освоить методику расчета и проектирования валов, осей и механических
передач вращения в системе программной среды АРМ WINMACHINE в
задачах проектирования технологического оборудования.
7
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
15
9.2. Задание
Изучить теоретический и методический материал в методических
указаниях [5].
В соответствии с методическими указаниями [5] и индивидуальным
вариантом провести работы в последовательности:
– изучить редакторы системы расчета и проектирования валов и осей
АРМ WINSHAFT и механических передач вращения WINTRANS;
– провести расчет вала или оси;
– провести расчет механической передачи вращения.
Составить общий отчет и подготовить устные ответы на контрольные
вопросы.
Оформить отчет по форме п. 9.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы по п. 9.5 в устной форме.
9.3. Порядок проведения работы
5. Получить у преподавателя вариант задания.
6. Изучить методический материал в работе [5].
7. Последовательно по выданным вариантам выполнить задание по п. 9.2.
Сделать общий вывод по теме.
8. Оформить отчет по форме п. 9.4. Подготовить ответы на контрольные
вопросы в устной форме.
9.4. Содержание отчета
Отчет оформить по требованиям ВГЛТА к студенческим работам8. В
отчет занести:
– наименование темы, цель работы, вариант задания;
– содержание работы по заданию п. 9.2;
– анализ полученных результатов и общий вывод.
8
http://www.vglta.vrn.ru/docs/Standartjformstudrabot.pdf
16
9.5. Контрольные вопросы
1. В чем состоит система расчета валов и осей в АРМ WINSHAFT?
2. Перечислите основные компоненты редактора валов АРМ WINSHAFT.
3. Изложите общие принципы работы с редактором АРМ WINSHAFT.
4. Изложите общие принципы работы с редактором АРМ WINTRANS.
17
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дьячков, Ю.А. Моделирование технических систем: Учебное пособие
[Электронный ресурс] / Ю.А. Дьячков, И.П. Торопцев, М.А. Черемшанов. –
Пенза, 2011. - 239 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. –
Режим доступа: http://window.edu.ru/resource/190/75190/files/_mts_3.pdf. – Загл.
с экрана.
2. Дьячков, Ю. А. Прикладная теория оптимизации. Лабораторный практикум: учебное пособие [Электронный ресурс] / Ю. А. Дьячков. – Пенза: ПГУ,
2012. – 70 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – Режим
доступа: http://window.edu.ru/resource/292/78292/files/pto_lab_pract.pdf. – Загл. с
экрана.
3. Дьячков, Ю. А. Моделирование технических систем. Лабораторный
практикум. : учебное пособие [Электронный ресурс] / Ю. А. Дьячков, И. П. Торопцев. – Пенза, 2012. – 112 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным
ресурсам. – Режим доступа:
http://window.edu.ru/resource/289/78289/files/mts_lab_pract.pdf.
–
Загл. с экрана.
4. Алексеев, В. М. Методы расчетов при проектировании технологического оборудования и расчет приводов с винтовым приводным механизмом.
Методические указания к выполнению курсовой работы [Электронный ресурс]
/ В. М. Алексеев. – Улан-Удэ, 2005. – 20 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным ресурсам. – Режим доступа:
http://window.edu.ru/resource/630/18630/files/AutoMtd20.pdf.
5. Майстренко, А. В. Программные и аппаратные средства АРМ инженера-механика. Использование пакета прикладных программ АРМ WinMachine в
инженерном проектировании [Электронный ресурс] / А. В. Майстренко. – Тамбов : Изд-во ТГТУ, 2001. – 40 с. // ЭБС Единое окно доступа к образовательным
ресурсам. – Режим доступа:
http://window.edu.ru/resource/021/22021/files/maistren.pdf.
18
Оглавление
1. ЦЕЛЬ РАБОТ ........................................................................................................... 3
2. ЗАДАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА................................................ 3
3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ .............................................................................................. 3
4. ТЕМА 1. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА НА
ОСНОВЕ ТЕОРИЙ РАЗМЕРНОСТЕЙ И ПОДОБИЯ ............................................. 6
5. ТЕМА 2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ РЕШЕНИЯ ОБЫКНОВЕННЫХ
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ УРАВНЕНИЙ С ПАРАМЕТРАМИ ............................ 7
6. ТЕМА 3. МЕТОДЫ РАСЧЕТОВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ И РАСЧЕТ ПРИВОДОВ С
ВИНТОВЫМ ПРИВОДНЫМ МЕХАНИЗМОМ ..................................................... 9
7. ТЕМА 4. АРМ WINMACHINE. МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ
РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ БРУСЬЕВ И БАЛОК, КУЛАЧКОВЫХ И
РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ ............................................................................... 10
8. ТЕМА 5. АРМ WINMACHINE. МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ
РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И
СОЕДИНЕНИЙ ......................................................................................................... 13
9. ТЕМА 6. АРМ WINMACHINE. МОДЕЛИРОВАНИЕ В СИСТЕМЕ
РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАЛОВ, ОСЕЙ И МЕХАНИЧЕСКИХ
ПЕРЕДАЧ ВРАЩЕНИЯ ........................................................................................... 14
19
Учебное издание
Анвар Минирович Кадырметов
Евгений Вячеславович Снятков
Александр Федорович Мальцев
Математические модели
проектирования технологического оборудования
Практикум
Редактор _______________
Подписано в печать _____________. Формат 60×90/16. Объем __ п.л.
Усл. печ. л. __. Уч.-изд. л. 5,32. Тираж __ экз. Заказ
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
20
Размер файла
191 Кб
Теги
технологическая, оборудование, математические, практическая, работа, проектирование, модель
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа