Приложение В (обязательное)

СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
Приложение В
(обязательное)
Памятка
для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная
техника» на 7-й семестр учебной дисциплины
«Применение CAE-систем в прикладной механике»
Направление
Факультет
Кафедра
230100 «Информатика и вычислительная техника»
Информационных технологий
Системы автоматизированного проектирования
Содержание дисциплины
Дисциплина «Применение CAE-систем в прикладной механике» изучается в
7-м и 8-м семестрах. На изучение дисциплины в 7-м семестре отводится 17 часов
лекций, 34 часа лабораторных работ и 57 часов СРС, расчетное задание, формой
промежуточной аттестации является зачет.
Лекции (17 часов)
Тема 1. Введение
Лекция 1 (2 часа [1-17]). Введение в курс. Цели и задачи курса. Структура
материала. Современное развитие открытых технологий для решения прикладных
инженерных задач.
Лекция 2 (2 часа [1-17]). Основные понятия, инструменты и алгоритмы
работы открытых инженерных пакетов (CAD/CAE). Cравнение возможностей
коммерческих и открытых пакетов. Примеры использования свободного
инженерного ПО в промышленных расчетах.
Лекция 3 (2 часа [1-17]). Конфигурирование автоматизированного рабочего
места.
Требования
к
аппаратному
и
программному
обеспечению.
Специализированные дистрибутивы (САЕLinux, CAEDebian, freeCAE). Варианты
развертывания.
Технологии виртуализации. Программа «Университетский
кластер» и технологическая платформа UniHUB.
Тема 2. Операционная система Linux
Лекция 4, 5 (4 часа [1-17]). Появление системы Linux. Распространение ПО.
Лицензии свободного ПО. Структура Unix систем. Современные Linux системы.
Структура файлов и каталогов. Обзор системного окружения.
Тема 3. Платформа SALOME-MECA
Лекция 6 (2 часа [1-17]). Введение в SALOME-MECA. Архитектура пакетов
SALOME и SALOME-MECA. Обзор возможностей пакета Code_Aster. Системные
требования, установка, конфигурирование, запуск пакета SALOME-MECA.
Особенности интерфейса.
Лекция 7 (2 часа [1-17]). Модуль Geometry: подготовка геометрии расчетной
области. Стратегия конструирования «сверху-вниз» и «снизу-вверх». Работа с
плоскими и объемными геометрическими примитивами. Булевы операции. Блочные
операции. Создание групп геометрических объектов. Инструменты для анализа,
восстановления и корректировки геометрии. Форматы экспорта и импорта
геометрии.
Лекция 8, 9 (3 часа [1-17]). Модуль Mesh: создание расчетной сетки.
39
СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
Топология расчетной сетки, структурированные и неструктурированные сетки.
Автоматизированное создание сетки на основе геометрии. Выбор генератора и
задание параметров расчетной сетки. Алгоритмы и гипотезы разбиения сетки.
Работа с под-сетками. Создание групп сеточных элементов. Контроль качества
сетки. Инструменты для корректировки и оптимизации сетки. Экспорт и импорт
готовых расчетных сеток.
Лабораторные работы (34 часа)
Лабораторная
работа
1-2.
Создание
и
конфигурирование
автоматизированного рабочего места на базе свободного ПО для решения
инженерных задач. (7 часов [1-17]).
Лабораторная работа 3-4. Работа с геометрией в Salome. (7 часов [1-17]).
Лабораторная работа 5-6. Создание расчетных сеток средствами Salome.
(8 часов [1-17]).
Лабораторная работа 7-8. Решение задачи конструкционного анализа
средствами Salome-MECA.(12 часов [1-17]).
Самостоятельная работа студентов (57 часов)
Самостоятельная работа студента включает:
– повторение и углубление материала лекций (8 часов);
– подготовка к выполнению и защите лабораторных работ (16 часов);
– подготовка к выполнению и защите расчетного задания (20 часов);
– подготовка к зачету (13 часов).
График контроля на 7 семестр
Вид занятия
Лабораторная работа 1
Лабораторная работа 2
Лабораторная работа 3
Лабораторная работа 4
Лабораторная работа 5
Лабораторная работа 6
Лабораторная работа 7
Лабораторная работа 8
Расчетное задание
Вид контрольного
испытания
защита
защита
защита
защита
защита
защита
защита
защита
защита
зачет
Время
проведения
2 неделя
4 неделя
5 неделя
7 неделя
9 неделя
11 неделя
14 неделя
17 неделя
16 неделя
17 неделя
Вес в итоговом
рейтинге
0,05
0,05
0,05
0,0,5
0,05
0,05
0,05
0,05
0,2
0,4
Примечания:
1. Выполненная лабораторная работа – 30 баллов. Лабораторная работа считается
выполненной, если студентом создана и показана преподавателю правильно работающая
программа, соответствующая индивидуальному варианту задания.
2. Выполненные лабораторные работы защищаются в соответствии с графиком
контроля. Без отчетов защита лабораторных работ не принимается.
3. Защита лабораторной работы в семестре после срока, указанного в графике
контроля оценивается на 10 % ниже.
4. Защита лабораторных работ после окончания семестра не принимается.
5. Студент допускается к экзамену, если семестровый рейтинг больше или равен 25
баллов.
6. Если студент не допущен или не явился на экзамен, то его итоговая оценка равна
нулю.
7. Если студент допущен до экзамена и оценка за экзамен меньше 25, то итоговый
рейтинг равен экзаменационному.
40
СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
Расчетное задание (20 часов)
Цель расчетного задания: расширить объем знаний студентов в области
автоматизированного проектирования и создать реальную основу использования
своих знаний для решения на компьютере задач по другим дисциплинам и в своей
дальнейшей практической деятельности .
Тема назначается руководителем расчетного задания.
Основная часть расчетного задания должна состоять из следующих разделов:
1. Дать полную физическую постановку задачи. Разработать техническое
задание на расчёт.
2. Привести математическую постановку задачи с указанием применяемых
численных методов.
3. Выбрать и обосновать средство построения геометрии расчетной области.
4. Разработать твердотельную модель конструкции. Указать формат обмена
данными с CAE-системой, привести его особенности.
5. Обосновать выбор топологии расчетной сетки. Выбрать средство
генерации расчетной сетки.
6. Указать начальные и граничные условия моделирования. Выполнить
расчет.
7. Оформить отчёт о проделанной работе с результатами расчёта и
протоколами выполнения задания.
Оформление расчётного задания должно соответствовать СТО АлтГТУ 12
570-2013. Общие требования к текстовым, графическим и программным
документам. Объем пояснительной записки 10 – 20 листов.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Волков Е. А. Численные методы: Учебное пособие. 5-е изд., стер. – СПб:
Изд-во «Лань», 2008. – 256 с. Режим доступа из ЭБС «Лань».
2. Советов Б. Я. Моделирование систем: [учеб. для вузов по направлениям
"Информатика и вычисл. техника" и "Информ. системы"] /Б. Я. Советов, С. А.
Яковлев.- М. : Высш. шк., 2007 - 343 с. ил. - 25 экз.
Дополнительная литература
3. SolidWorks: компьютерное моделирование в инженерной практике: науч.
издание /[А. А. Алямовский и др.].- СПб.: ХВ-Петербург, 2005. - 799 с. ил. 1 эл. опт.
диск (CD-ROM) - 5 экз.
4. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи.
Методы. Примеры. – 2-е изд., испр. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 320 с.
5. Киреев В.И. Численные методы в примерах и задачах: Учеб. пособие. – 3-е
изд. – М.: Высш. шк., 2008. – 480 с.
6. Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. – М.: ДМК
Пресс, 2010. – 464 с.
7. Дементьев Ю.В. САПР в автомобиле- и тракторостроении: Учебник для
студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 224 с.
8. Бахвалов Н.С. Численные методы : учеб. пособие для вузов. – М. :
Физматлит : Лаборатория базовых знаний, 2000. – 622 с.
9. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей : в 2 т.. – М. :
Мир, 1991. – 560 с.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
10. http://salome-platform.org – официальный сайт пакета Salome.
11. http://www. code-aster.org – официальный сайт пакетов Code_Aster и
Salome-Meca.
41
СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
12. http://www.openfoam.com – официальный сайт пакета OpenFoam.
13. http://www.caelinux.com – сайт разработчика дистрибутива CAELinux.
14. http://www.discreizer.org – официальный сайт пакета Discretizer.
15. http://ubuntu.ru/ – сообщество Ubuntu Linux.
16. http://www.unihub.ru
–
технологическая
платформа
программы
«Университетский кластер».
Учебно-методические
материалы
и
пособия
для
студентов,
используемые при изучении дисциплины
17. Тюнин А. В.
Методические указания к лабораторным работам и
расчетному заданию по дисциплине «Применение CAE-систем в прикладной
механике» направления 230100 «Информатика и вычислительная техника»/А. В.
Тюнин.– Барнаул: АлтГТУ, 2013. - 25 с. Режим доступа: http//new.elib.altstu.ru.
Шкала оценок и правила вычисления рейтинга
В АлтГТУ принята 100-бальная шкала оценок. Именно эти оценки
учитываются при подсчете рейтингов, назначении стипендии и в других случаях.
Традиционная шкала будет использоваться только в зачетных книжках.
Соотношение оценок устанавливается следующим образом: 75 баллов и выше
-"отлично", 50-74 балла - "хорошо", 25 - 49 баллов - "удовлетворительно", менее 25
баллов - "неудовлетворительно".
Успеваемость студента оценивается с помощью текущего рейтинга и
вычисляется по формуле:
 R i pi ,
RT 
 pi
где Ri - оценка за i-ю контрольную точку, pi - вес этой контрольной точки.
Суммирование проводится по всем контрольным точкам с начала семестра до
момента вычисления рейтинга.
Семестровый рейтинг вычисляется по формуле:
R с е м R Т
Где RT – текущий рейтинг на конец семестра.
Итоговый рейтинг, учитывающий экзамен:
Возможности повышения рейтинга
Для студентов с текущим рейтингом не менее 70 по их желанию и по
согласованию с преподавателем может быть организовано углубленное изучение
предмета.
Повышение
рейтинга
осуществляется
путем
выполнения
индивидуального задания повышенной сложности, выполнения обзора литературы
по тематике дисциплины. Форма контроля – защита отчета по заданию, результат
оценивается по 100-балльной шкале. После проведения такого контроля (с оценкой
R* ), текущий рейтинг пересчитывается по формуле:
R *Д  R Д 
(100  R Д )( R *  50 )
100
,
где RД* - новое, улучшенное значение рейтинга, RД- семестровый рейтинг по
дисциплине, R*>50 – оценка дополнительного задания. При R*<50 итоговый рейтинг
не повышается.
42
СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
Памятка
для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная
техника» на 8-й семестр учебной дисциплины
«Применение CAE-систем в прикладной механике»
Направление
Факультет
Кафедра
230100 «Информатика и вычислительная техника»
Информационных технологий
Системы автоматизированного проектирования
Содержание дисциплины
Дисциплина «Применение CAE-систем в прикладной механике» изучается в
7-м и 8-м семестрах. На изучение дисциплины в 8-м семестре отводится 22 часа
лекций, 22 часа лабораторных работ и 19 часов СРС, формой промежуточной
аттестации является экзамен 45 часов.
Лекции (22 часа)
Тема 3. Платформа SALOME-MECA
Лекция 10 (4 часа [1-17]). Модуль Aster: конструкционный и
термодинамический анализ. Принципы математического моделирования с
использованием метода конечных элементов. Примеры постановки и решения
задач.
Лекция 11 (4 часа [1-17]). Модуль Aster: задание начальных и граничных
условий. Настройка решателя. Тестовые задачи конструкционного и теплового
анализа. Проверка адекватности моделей.
Лекция 12 (3 часа [1-17]). Модуль PostPro и пакет ParaView: визуализация и
анализ результатов. Получение полей величин. Построение графиков изменения
величины во времени.
Лекция 13 (3 часа [1-17]). Модуль PostPro и пакет ParaView: Создание
анимации. Обзор пакета ParaView, архитектура и принципы работы. Понятие
конвейера визуализации. Экспорт данных.
Тема 4. Пакет OpenFOAM
Лекция 14 (2 часа [1-17]). Архитектура пакета OpenFOAM с точки зрения
исходного кода. Обзор основных возможностей языка программирования C++.
Использование технологий C++ (инкапсуляция, наследование, полиморфизм) в
OpenFOAM. Уровни абстракции в OpenFOAM.
Лекция 15 (2 часа [1-17]). Особенности создания расчетных сеток для задач
вычислительной гидрогазодинамики. Формат STL. Утилита полуавтоматической
генерации сетки snappyHexMesh.
Лекция 16 (2 часа [1-17]). Основы работы в пакете Discretizer. Форматы
расчетных сеток для OpenFoam.
Лекция 17 (2 часа [1-17]). Метод контрольного объема. Основные решатели
OpenFoam (simpleFoam, pisoFoam, rhosimpleFoam, rhopisoFoam, MRFsimpleFoam,
sonicFoam, rhoCentralFoam, dbnsFoam). Пример решения задачи внутреннего
течения. Пример решения задачи внешнего обтекания. Варьирование исходными
данными. Мониторинг процесса решения задачи.
43
СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
Лабораторные работы (22 часа)
Лабораторная работа 9. Подготовка расчетной сетки для OpenFoam.
Утилита snappyHexMesh. (6 часов [1-17]).
Лабораторная работа 10. Решение тестовых задач вычислительной
гидрогазодинамики в OpenFoam. Расчет течения в каверне. (4 часа [1-17]).
Лабораторная работа 11. Решение тестовых задач вычислительной
гидрогазодинамики в OpenFoam. Расчет обтекания обратного уступа. (4 часа
[1-17]).
Лабораторная работа 12-13. Решение тестовых задач вычислительной
гидрогазодинамики в OpenFoam. Моделирование свободной конвекции в комнате с
подогревом. (8 часов [1-17]).
Самостоятельная работа студентов (19 часов и 45 часов)
Самостоятельная работа студента включает:
– повторение и углубление материала лекций (7 часа);
– подготовка к выполнению и защите лабораторных работ (12 часов);
– подготовка к экзамену (45 часов).
График контроля на 8 семестр
Вид занятия
Вид контрольного
испытания
Время
проведения
Вес в итоговом
рейтинге
Лабораторная работа 9
Лабораторная работа 10
Лабораторная работа 11
Лабораторная работа 12
Лабораторная работа 13
защита
защита
защита
защита
защита
3 неделя
5 неделя
7 неделя
9 неделя
11 неделя
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
экзамен
сессия
0,5
Примечания:
1. Выполненная лабораторная работа – 30 баллов. Лабораторная работа считается
выполненной, если студентом создана и показана преподавателю правильно работающая
программа, соответствующая индивидуальному варианту задания.
2. Выполненные лабораторные работы защищаются в соответствии с графиком
контроля. Без отчетов защита лабораторных работ не принимается.
3. Защита лабораторной работы в семестре после срока, указанного в графике
контроля оценивается на 10 % ниже.
4. Защита лабораторных работ после окончания семестра не принимается.
5. Студент допускается к экзамену, если семестровый рейтинг больше или равен 25
баллов.
6. Если студент не допущен или не явился на экзамен, то его итоговая оценка равна
нулю.
7. Если студент допущен до экзамена и оценка за экзамен меньше 25, то итоговый
рейтинг равен экзаменационному.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Волков Е. А. Численные методы: Учебное пособие. 5-е изд., стер. – СПб:
Изд-во «Лань», 2008. – 256 с. Режим доступа из ЭБС «Лань».
2. Советов Б. Я. Моделирование систем: [учеб. для вузов по направлениям
"Информатика и вычисл. техника" и "Информ. системы"] /Б. Я. Советов, С. А.
Яковлев.- М. : Высш. шк., 2007 - 343 с. ил. - 25 экз.
Дополнительная литература
3. SolidWorks: компьютерное моделирование в инженерной практике/[А. А.
44
СТО АлтГТУ 13.62.1.3093-2013
Алямовский и др.].-СПб.:ХВ-Петербург, 2005. - 799 с. ил. 1 эл.опт.диск (CD-ROM).
4. Самарский А.А., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи.
Методы. Примеры. – 2-е изд., испр. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. – 320 с.
5. Киреев В.И. Численные методы в примерах и задачах: Учеб. пособие. – 3-е
изд. – М.: Высш. шк., 2008. – 480 с.
6. Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. – М.: ДМК
Пресс, 2010. – 464 с.
7. Дементьев Ю.В. САПР в автомобиле- и тракторостроении: Учебник для
студ. высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 224 с.
8. Бахвалов Н.С. Численные методы : учеб. пособие для вузов. – М. :
Физматлит : Лаборатория базовых знаний, 2000. – 622 с.
9. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей : в 2 т.. – М. :
Мир, 1991. – 560 с.
Программное обеспечение и Интернет-ресурсы
10. http://salome-platform.org – официальный сайт пакета Salome.
11. http://www. code-aster.org – официальный сайт пакетов Code_Aster и
Salome-Meca.
12. http://www.openfoam.com – официальный сайт пакета OpenFoam.
13. http://www.caelinux.com – сайт разработчика дистрибутива CAELinux.
14. http://www.discreizer.org – официальный сайт пакета Discretizer.
15. http://ubuntu.ru/ – сообщество Ubuntu Linux.
16. http://www.unihub.ru
–
технологическая
платформа
программы
«Университетский кластер».
Учебно-методические
материалы
и
пособия
для
студентов,
используемые при изучении дисциплины
17.Тюнин А. В.
Методические указания к лабораторным работам и
расчетному заданию по дисциплине «Применение CAE-систем в прикладной
механике»
направления
230100
«Информатика
и
вычислительная
техника»/А.В.Тюнин.– Барнаул: АлтГТУ, 2013. – 25 с. Режим доступа:
http//new.elib.altstu.ru.
Шкала оценок и правила вычисления рейтинга
В АлтГТУ принята 100-бальная шкала оценок. Именно эти оценки учитываются
при подсчете рейтингов, назначении стипендии и в других случаях. Традиционная
шкала будет использоваться только в зачетных книжках. Соотношение оценок
устанавливается следующим образом: 75 баллов и выше -"отлично", 50-74 балла "хорошо", 25 - 49 баллов - "удовлетворительно", менее 25 баллов "неудовлетворительно".
Успеваемость студента оценивается с помощью текущего рейтинга и
вычисляется по формуле:
 R i pi ,
RT 
 pi
где Ri - оценка за i-ю контрольную точку, pi - вес этой контрольной точки.
Суммирование проводится по всем контрольным точкам с начала семестра до
момента вычисления рейтинга.
Семестровый рейтинг вычисляется по формуле:
R с е м R Т
Где RT – текущий рейтинг на конец семестра.
Итоговый рейтинг, учитывающий экзамен:
45