Эффективность процесса обучения, его наглядность, формирование у студентов навыков применения современных программных продуктов в будущей профессиональной деятельности предъявляют повышенные требования к организации учебного процесса с использованием вычислительной техники. Важной составляющей профессиональной подготовки является применение в учебном процессе компьютерных систем автоматизации труда в соответствующей отрасли: систем автоматизации проектирования, производства, инженерного анализа. Особенностью дисциплин, таких как
«Строительные конструкции», «Инженерная механика», «Современные компьютерные расчеты» и др. является сочетание тесно взаимосвязанных графических и расчетных разделов. В качестве основной базы для выполнения широкого спектра графических работ используются так называемые электронные кульманы, наиболее известным и популярным из которых является «AutoCad». Его широкому распространению при выполнении графических работ способствует простая и высокоэффективная система формирования и редактирования изображения. Это позволило создать на базе «AutoCad» большое количество различных САПР [1].
Применение программно-вычислительных комплексов в учебном процессе на кафедре «Строительство» ЕНУ им.Л.Н.Гумилева позволило установить повышение эффективности освоения студентами отдельных тем курсов при сочетании традиционных способов их изложения с использованием вычислительной техники на практических занятиях, лабораторных практикумах и при курсовом проектировании. Особенно значительный эффект достигается при сквозном применении комплекса на всех этапах изучения специальных дисциплин кафедры. Кафедра «Строительство» ИСФ имеет возможность применить лицензионные версии программных комплексов, таких как Лира 9.4, МОНОМАХ, ППП, в учебном процессе. Расчетные модули комплекса базируются на типовых методиках, изложенных в наиболее популярных учебниках по соответствующим дисциплинам. Расчетные модули тесно интегрированы с графикой «Автокада». Например ПВК МОНОМАХ 4.2 - программный комплекс для автоматизированного проектирования железобетонных конструкций многоэтажных каркасных зданий. Широкое использование в современном строительстве монолитно-каркасной технологии определило класс задач, решаемых с помощью программ комплекса МОНОМАХ. За последние годы ПК МОНОМАХ был оценен проектировщиками как незаменимый инструмент расчета конструкций жилых и общественных многоэтажных зданий из монолитного железобетона. ПК МОНОМАХ оказывает реальную помощь при принятии проектных решений, при разработке индивидуальных проектов со свободной планировкой помещений, при большом объеме проектных работ, а также при экспертной оценке выполненных проектов. Для ускорения создания модели в программе КОМПОНОВКА предусмотрено использование планов, созданных в AutoCAD, и моделей, созданных в ArchiCAD. Особо привлекает пользователей быстрота моделирования объекта в таких программах комплекса как КОМПОНОВКА, ПЛИТА, РАЗРЕЗ (СТЕНА) с последующим экспортом данных в ПК ЛИРА, а также выполнение чертежей железобетонных конструкций.
- Расчет модели здания и его конструктивных элементов.
- Формирование рабочих чертежей и схем армирования.
- Информационная связь с AutoCAD, ФОК-ПК.
- Экспорт расчетных схем в программный комплекс ЛИРА.
- Непрерывное развитие и постоянное сопровождение.
Программный комплекс МОНОМАХ предназначен для расчета и проектирования конструкций зданий из монолитного железобетона, а также зданий с кирпичными стенами. В процессе работы комплекса производится расчет здания и его отдельных частей с формированием рабочих чертежей и схем армирования конструктивных элементов. ПК МОНОМАХ состоит из отдельных программ - КОМПОНОВКА, БАЛКА, КОЛОННА, ФУНДАМЕНТ, ПОДПОРНАЯ СТЕНА, ПЛИТА, РАЗРЕЗ (СТЕНА), КИРПИЧ. Эти программы связаны информационно, кроме того, каждая из них может работать в автономном режиме. КОМПОНОВКА. Создание модели проектируемого здания из конструктивных элементов на плане произвольной конфигурации. Автоматический сбор нагрузок, подбор и проверка сечений конструктивных элементов. Определение расхода и стоимости материалов. Формирование пространственной расчетной схемы здания и конечно- элементный расчет с возможностью анализа результатов. Экспорт данных в программы конструирования. Экспорт нагрузок на фундаменты в ФОК-ПК, экспорт расчетной схемы в программный комплекс ЛИРА. Программы конструирования БАЛКА, КОЛОННА,
ФУНДАМЕНТ, ПОДПОРНАЯ СТЕНА, ПЛИТА, РАЗРЕЗ (СТЕНА), КИРПИЧ. Работа в автономном режиме, а также работа с данными, автоматически созданными программой КОМПОНОВКА. Расчет железобетонных элементов. Представление результатов конструирования в виде рабочих чертежей [2]. Формирование dxf-файлов чертежей и текстовых файлов расчетных записок. Все программы снабжены справочной системой.
ПВК ЛИРА неизменно поддерживает высокое качество своей программной продукции, позволяющей автоматизировать выполнение конструктивного, сантехнического и электротехнического разделов проекта. ЛИРА обеспечивает квалифицированную поддержку и сопровождение своих программ:
развитую интуитивную графическую среду пользователя;
мощный многофункциональный процессор;
развитую библиотеку конечных элементов, позволяющую создавать компьютерные модели практически любых конструкций: стержневые плоские и пространственные схемы, оболочки, плиты, балки-стенки, массивные конструкции, мембраны, тенты, а также комбинированные системы, состоящие из конечных элементов различной мерности (плиты и оболочки подпертые ребрами, рамно-связевые системы, плиты на упругом основании и др.);
расчет на различные виды динамических воздействий (сейсмика, ветер с учетом пульсации, вибрационные нагрузки, импульс, удар, ответ-спектр);
конструирующие системы железобетонных и стальных элементов в соответствии с нормативами стран СНГ, Европы и США;
редактирование баз стальных сортаментов;
связь с другими графическими и документирующими системами (AutoCAD, ArchiCAD, MS Word и др.) на основе DXF и MDB файлов;
развитую систему помощи, удобную систему документирования;
возможность изменения языка (русский/английский) интерфейса и/или документирования на любом этапе работы;
различные системы единиц измерения и их комбинации.
Кроме того, ПК ЛИРА 9.4 обладает рядом дополнительных уникальных возможностей:
быстродействующие алгоритмы составления и решения систем уравнений;
суперэлементное моделирование с визуализацией на всех этапах расчета, позволяющее снять какие бы то ни было ограничения на размер решаемой задачи. Имеются примеры расчета конструкций, суперэлементные модели которых содержали свыше 1 млн.
неизвестных;
модули учета физической нелинейности на основе различных нелинейных зависимостей s-e, обеспечивающие возможность компьютерного моделирования процесса нагружения как моно-, так и би-материальных конструкций, с прослеживанием развития трещин, проявлением деформаций ползучести и текучести, вплоть до получения картины разрушения конструкции;
модули учета геометрической нелинейности, позволяющие определить большие перемещения конструкций с неизменяемой формой, а также установить первоначальную равновесную форму изменяемых конструкций — отдельных канатов, вантовых ферм, висячих вантовых покрытий, тентов, мембран.
большой набор специальных конечных элементов, позволяющий составлять адекватные компьютерные модели для сложных и неординарных сооружений. Например:
конечный элемент, моделирующий податливость узлов; конечный элемент, моделирующий работу грунта за пределами конструкции; конечный элемент, моделирующий натяжное устройство (форкопф) и позволяющий обеспечивать заданное первоначальное натяжение контура конструкции или находить необходимое натяжение, обеспечивающее заданную геометрию (например, тента).
У каждой программы есть свои сильные и слабые стороны при расчете конкретной конструкции [3]. Выбор программы расчета зависит от подготовленности пользователя в своей научной области, типа решаемой задачи, типа доступной ЭВМ, размерности задачи и других факторов.
К критериям, помогающим сделать выбор, следует отнести следующие факторы:
программа широко используется;
в программе используются новейшие научные достижения;
программа коммерчески вполне доступна;
имеется подробная и понятная документация.
Ознакомление с программной документацией и доступной литературой с описанием программы и ее элементов позволяют сделать окончательный вывод о целесообразности выбора программного комплекса.
При выборе САПР прежде всего необходимо было определить критерии выбора:
CAD/САЕ-системы должны быть русифицированными, с хорошим Help, поскольку часть студентов не знает английского, а работа вслепую неэффективна;
системы должны быть доступны по цене — в компьютерном классе необходимо 10-12 рабочих мест;
студент должен иметь возможность создавать чертежи в соответствии с ЕСКД;
автоматизация проектирования и конструирования;
организация интерактивного диалога и оперативного взаимодействия между участниками учебного процесса;
имитация и моделирование работы сложных объектов, протекания различных явлений и процессов в реальном масштабе времени;
работа в среде AutoCAD с поддержкой всех языковых версий;
импорт чертежей железобетонных элементов (балок, колонн, плит, столбчатых фундаментов, ленточных фундаментов), сгенерированных в программе;
расширенная система макросов для создания чертежей типовых железобетонных конструкций (столбчатые фундаменты, ленточные фундаменты, колонны, отверстия, углы);
базы данных арматурных стержней и сеток, в соответствии с нормами с возможностью их расширения;
автоматическая генерация таблиц армирования (ведомости расхода стали, ведомости деталей).
Рисунок 1. Конечно-элементная модель объекта
Список литературы:
1. Абрамов Н.Н., Беркун В.Б., Кучеренко В.В., Перекальский В.М. Эффективные итерационные алгоритмы решения тепловых задач: Учебное пособие – М.: МИСИ, 1987. 67 с.
2. Басов К.А. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002. 224 с.
3. Бердичевский В.Л. Вариационные принципы механики сплошной среды. М.: Наука, 1982, 448 с.