Отчет о научно-исследовательской работе

Вид материала

Подобный материал:

1 2

), получаемой обычно с помощью записывающего устройства и перестроенной в координаты

(рисунок 1) [13–15]. В случае компьютерной лабораторной работы диаграмма, записанная на реальной испытательной машине, хранится в памяти и при необходимости воспроизводится. При этом возможно многократно имитировать не только нагружение образца до его разрушения, но и процессы разгрузки и повторного нагружения. Дальнейший сценарий компьютерной лабораторной работы близок к ходу работы в испытательной лаборатории. Отличительной особенностью компьютерной версии работы является то, что каждый обучаемый принимает в ее выполнении активное участие, а точнее просто от начала до конца ее выполняет. При этом студенту не нужна бумага, пишущие средства и калькулятор, поскольку все это содержит программа. Переход от одного этапа работы к другому осуществляется только после полного и правильного выполнения предыдущего. После успешного завершения лабораторной работы может быть распечатан отчет с основными полученными результатами.

Рисунок 1 – Диаграмма растяжения мягкой стали.

3 Краткое описание и инструкция по работе с компьютерной обучающей программой

При запуске компьютерной лабораторной работы студент может познакомиться с различными типами современных испытательных машин, предназначенных для испытания на растяжение (рисунок 2), а также внешним видом стандартных образцов из различных материалов. Наиболее подробно показана конструкция и размеры пятикратных и десятикратных цилиндрических образцов (рисунок 3).

Перед началом испытания на растяжение на экране компьютера представлены: планшет, на котором будет записываться диаграмма; блокнот для записи координат (

) характерных точек; панель прибора управления нагружением; рабочая зона испытательной машины. Чтобы начать работу, необходимо «включить» прибор в сеть. При этом загорается лампочка «сеть» и появляется изображение образца, установленного в захватах испытательной машины (рисунок 4). Если нажать клавишу «нагрузить», то начнется процесс растяжения образца, о чем будут свидетельствовать изменяющиеся показания измерителей нагрузки и удлинения. Нагружение образца будет продолжаться до т.А, которая ограничивает сверху участок диаграммы, где наблюдается прямо пропорциональная зависимость между

. Этой точке соответствует

– нагрузка пропорциональности (рисунок 5), до которой еще выполняется закон Гука. В блокноте фиксируются значения

. После этого нагружение образца может быть продолжено.

Следующей характерной точкой будет точка В. При растягивающем усилии

в образце возникают первые остаточные удлинения. До этой нагрузки материал деформируется упруго, однако на участке AB закон Гука уже не выполняется (рисунок 6).

На участке ВС рост нагрузки почти прекращается при одновременном росте удлинений. Это явление называется текучестью металла, а почти горизонтальная линия BC – площадкой текучести. До этого момента никаких видимых изменений с образцом, так же как и с положением захватов испытательной машины, не происходило. После достижения нагрузки Р_Т, которой соответствует на диаграмме зона общей текучести, полированная поверхность образца становится матовой. Этот эффект создает сетка линий, наклоненных к оси образца под углом примерно 45^о. Их называют линиями Чернова – Людерса или линиями сдвига [13–15]. Это следы сдвигов частиц материала, возникающих в площадках с наибольшими касательными напряжениями (рисунок 7). При дальнейшем нагружении становится заметным перемещение захватов испытательной машины.

Рисунок 2 – Испытательные машины

Рисунок 3 – Цилиндрические образцы для испытаний на растяжение

Рисунок 4 – «Включение» прибора и «установка» образца

Рисунок 5 – Нагружение в пределах закона Гука

Рисунок 6 – Упругое деформирование образца

Рисунок 7 – Нагружение в зоне общей текучести

Студенту предлагается остановить процесс нагружения в точке K и попробовать полностью разгрузить образец. Обсуждается закон разгрузки и повторного нагружения. На участке CD диаграммы, который соответствует зоне упрочнения, материал вновь приобретает свойство оказывать сопротивление нагрузке. Однако, в отличие от участка OA, удлинение растет значительно быстрее нагрузки (рисунок 8). В зоне упрочнения равномерное до этого уменьшение поперечных размеров рабочей части образца нарушается появлением местного сужения – шейки. Это происходит при максимальной нагрузке

.

Начиная с точки D, деформация образца приобретает местный характер течения материала в области шейки. Сечение образца быстро уменьшается, поэтому для его деформирования требуется меньшая нагрузка. Точка N соответствует моменту разрушения образца (рисунок 9).

Таким образом, моделируя процесс испытания образца на растяжение, получим диаграмму растяжения образца из малоуглеродистой стали.

После этого студент перестраивает ее в так называемую условную диаграмму растяжения материала по стандартной методике. Эта диаграмма уже позволяет получить численные значения основных характеристик прочности и пластичности рассматриваемого материала: модуль упругости, предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести предел прочности (временное сопротивление), относительное остаточное удлинение после разрыва, относительное поперечное сужение.

В заключительной части работы студенту предоставляется возможность сравнить диаграммы растяжения наиболее часто встречающихся в инженерной практике материалов, обсуждаются их характерные особенности, дается сравнительная оценка прочностных и пластических свойств представленных материалов.

Рисунок 8 – Нагружение в зоне упрочнения

Рисунок 9 – Разрушение образца

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведен анализ состояния и перспектив развития рынка прикладных обучающих программ.
Установлена необходимость и обоснована целесообразность разработки методики и технологии создания современного мультимедийного методического обеспечения курсов дисциплин.
Разработана методика проведения компьютерных лабораторных работ по механике деформируемого твердого тела.
Составлен алгоритм, разработана и отлажена программа, реализующая представленную методику.
Разработан дружественный пользовательский интерфейс.
В результате реализации данного проекта создан программный комплекс, обеспечивающий возможность самостоятельной работы студента в интерактивном режиме, в том числе в режиме удаленного доступа.
Подготовлен материал, отражающий методические рекомендации по созданию автоматизированного учебного комплекса для лабораторных практикумов, для опубликования в коллективную монографию по НТП «Основы открытого образования».
Разработанные методика и программное обеспечение используются в экспериментальном порядке в учебном процессе на кафедре «Прикладная механика» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Информация, связанная с выполнением проекта, представлена на сайте .ru.

Опыт применения компьютерной лабораторной работы в учебных занятиях показал, что студенты с большой заинтересованностью, очень активно, творчески осваивают предлагаемый программный продукт. Опросы учащихся свидетельствуют о желании иметь в своей домашней библиотеке подобные компьютерные обучающие программы по различным дисциплинам

Список использованных источников

Проектирование пользовательского интерфейса на персональных компьютерах / Под ред. М. Дадашова. Вильнюс: DBS, 1992. 186с.
Башмаков А.И., Башмаков И.А. Проблемы организации пользовательского интерфейса компьютерных тренажерных систем // Международная научная конференция «Пользовательский интерфейс в современных компьютерных системах». Сб. материалов конференции. Орел: Орловский ГТУ, 1999. С.79–91.
Тренажерные системы / В.Е. Шукшунов, Ю.А. Бакулов, В.Н. Григоренко и др. М.: Машиностроение, 1981. 256с.
Башмаков А.И., Башмаков И.А. Технология и инструментальные средства проектирования компьютерных тренажерно-обучающих комплексов для профессиональной подготовки и повышения квалификации. Часть 2 // Информационные технологии. 1999. № 7. С. 39–45.
Башмаков А.И., Башмаков И.А. Технология и инструментальные средства проектирования компьютерных тренажерно-обучающих комплексов для профессиональной подготовки и повышения квалификации. Часть 1 // Информационные технологии. 1999. № 6. С. 40–45.
Зайцева Л.В., Новицкий Л.П., Грибкова В.А. Разработка и применение автоматизированных обучающих систем на базе ЭВМ. Рига: Зинатне, 1989. 174с.
Савельев А.Я., Новиков В.А., Лобанов Ю.И. Подготовка информации для автоматизированных обучающих систем: Метод. Пособие для преподавателей и студентов вузов / Под ред. А.Я. Савельева. М.: Высшая школа, 1986. 176с.
Разработка и применение экспертно-обучающих систем: Сб. науч. Трудов. М.: НИИВШ, 1989. 154с.
Башмаков И.А., Щербин В.М. Организация дистанционного обучения с использованием компьютерных учебников // Международный форум информатизации-96: Тезисы докладов международной конференции «Информационные средства и технологии». М.: Изд-во «Станкин», 1996. С. 20–25.
Автоматизация построения тренажеров и обучающих систем / Самойлов В.Д., Березников В.П., Писаренко А.П., Сметана С.И. Киев: Наукова думка, 1989. 200с.
Башмаков А.И., Буртакова Л.В., Пойдо А.И. Методика и инструментальные средства разработки компьютерных режимных тренажеров // Международный форму информатизации-98: Доклады международной конференции «Информационные средства и технологии». Т.3. М.: Изд-во «Станкин», 1998. С. 18–23.
Скуратович Э.К., Соколов А.Г., Усков В.Л., Сафронов А.В., Башмаков И.А., Самсонов О.С. Учебно-исследовательские САПР в высшей школе. М., 1991. 40с. (новые информационные технологии в образовании: Обзор. Информ. / НИИВО; Вып. 7).
Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Учебник для втузов – 9-е изд., перераб.– М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1986.– 512 с.
Тимошенко С.П., Гере Дж. Механика материалов.– М.: Мир, 1976.– 669 с.
Цурпал И.А. и др. Сопротивление материалов: Лаб. работы: Учеб. пособие для вузов.– К.: Выща шк., 1988.– 245 с.

Blog

Отчет о научно-исследовательской работе