ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ В ПРЕПОДАВАНИИ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ В ВУЗЕ

Ахтямов А.В.¹, Колмыкова И.В.²

¹Кандидат технических наук, доцент;

²старший преподаватель,

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ В ПРЕПОДАВАНИИ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ В ВУЗЕ

Аннотация

Изложена методика преподавания теоретической механики в ВУЗе с использованием современной САПР.

Ключевые слова: теоретическая механика, САПР, методика, система APM WinMachine, модуль APM Dynamics.

Achtyamov A.V.¹, Kolmykova I.V.²

¹PhD in Engineering, assosiate professor; ²lecturer,

Belgorod State Technological University

INNOVATION METODS OF TEACHING IN THEORETICAL MECHANIC IN I.H.E. (INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION)

Abstract

In this paper a teaching methodology of theoretical mechanic in IHE with using modern CAD is stated.

Keywords: theoretical mechanic, CAD, methodology, system APM WinMachine, module APM Dynamics.

Преподавание теоретической механики в техническом ВУЗе в большинстве случаев ведется по «классической схеме» – лекции + практические занятия. Теоретическая механика является базовой дисциплиной для последующего изучения прикладной механики и инженерных дисциплин. Она закладывает основы инженерного мышления будущего специалиста. Иногда у студентов складывается превратное мнение об «оторванности» теоритической механики от задач инженерной практики, поскольку практические занятия по механике проводятся на основе решения задач с условными, идеализированными объектами.

В нашем университете предлагается иной подход в преподавании теоретической механики. Он не исключает традиционных методов обучения, а дополняет их. В процессе обучения студентов активно применяется система автоматизированного проектирования APM WinMachine. Применение данного программного продукта  начинается еще на этапе изучения курса «Начертательная геометрия и инженерная графика», где студентов обучают построению 2D и 3D моделей. Далее в курсе «Теоретическая механика» студенты приобретают навыки построения расчетной схемы задачи, выполнения расчетов и анализа полученных результатов. Причем изначально обучающиеся получают знания о нагрузках, учатся накладывать связи на объект, составлять уравнения равновесия тела, определять скорость и ускорение точек методом классической механики и только потом выполняют вычисления с помощью системы APM WinMachine. При этом учебный процесс построен таким образом, чтобы кинематический анализ плоского многозвенного  механизма выполнялся не только автоматизированным способом, но и «вручную».  Авторы обращают внимание, что первичной является отработка умений и навыков определения скоростей и ускорений точек механизма с помощью графоаналитического и аналитического методов. Именно эти методы позволяют проследить процесс последовательной передачи движения от звена к звену, выявить, что является полюсом для соответствующей точки, учитывая свойства движения каждого из звеньев, будь то кривошип, шатун, ползун, твердое тело, шаг за шагом определять скорости и ускорения тел и отдельных точек механизма. Затем студент приступает к расчету этой же схемы cиспользованием APM WinMachine в модуле APM Dynamics. Задания для таких лабораторных работ берутся из реальных задач инженерного проектирования, предлагаемых выпускающими кафедрами. В данной статье мы хотели бы проиллюстрировать сказанное примером выполнения лабораторной работы по расчету плоского механизма. На рисунке 1 представлена расчетная схема механизма, полученная студентом в качестве индивидуального задания, построенная в модуле APM Dynamics.

Рис. 1 – Расчетная схема

На рисунке 2 представлены результаты автоматизированного расчета  в виде графиков скоростей и ускорений узлов в зависимости от времени.

Рис. 2 – (а) Скорость узла; (б) Ускорение узла

Выполнение лабораторной работы предполагает обязательный расчет плоского механизма графоаналитическим или аналитическим методом, чтобыв последующем сопоставить результаты автоматизированного и ручного счета. Обучающийся в процессе выполнения лабораторной работы в модуле APM Dynamics учится анализировать результаты расчета, выбирая положения механизма с наибольшими и наименьшими значениями скоростей и ускорений точек. Такой подход позволяет научить будущего специалиста глубже применять методы и теоремы теоретической механики для решения конкретных инженерных задач. Освоив автоматизированный расчет  подобных схем, студент видит реальное преимущество автоматизированного метода по сравнению с расчетом «вручную» по наименьшей трудоемкости -  теперь  нет необходимости выстраивать в масштабе механизм для заданного положения, строить мгновенные центры скоростей, план скоростей и план ускорений, появилась возможность наблюдать в окне анимационного монитора, как будет двигаться механизм под действием соответствующих нагрузок.

Применение APM WinMachine в учебном процессе продолжается далее при изучении сопротивлении материалов, теории механизмов и машин, деталей машин. Реальную пользу от такого подхода студенты осознают на старших курсах, когда навыки, полученные при изучении теоретической механики, используют  при выполнении курсовых и дипломных проектов и работ. Один из разделов дипломного проекта, выполняемых студентами транспортно-технологического института обязательно содержит автоматизированный расчет элемента машины или механизма.

Авторы данной статьи продолжают цикл работ [1, 2], посвященных применению APM WinMachine в учебном процессе. Мы начинали с решения простейших задач статики, в настоящее время нами проделана большая методическая работа по кинематическому анализу плоских механизмов с применением APM WinMachine, в дальнейшем собираемся развить наши методические разработки для применения системы при решении сложных задач динамики тела и систем тел.

Литература

1. Ахтямов А.В., Колмыкова И.В. Применение APM WinMachine решению задач по теоретической механике. – Белгород: Издательство БГТУ, 2012 – 112с.
2. Ахтямов А.В., Колмыкова И.В. Теоретическая механика: методические указания к выполнению лабораторных работ с использованием APM WinMachine для студентов специальности 190109 – Наземные транспортно-технологические средства и направления бакалавриата 190100 – Наземные транспортно-технологические комплексы. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2014 - 47с.

References

1. Ahtjamov A.V., Kolmykova I.V. Primenenie APM WinMachine resheniju zadach po teoreticheskoj mehanike. – Belgorod: Izdatel'stvo BGTU, 2012 – 112s.
2. Ahtjamov A.V., Kolmykova I.V. Teoreticheskaja mehanika: metodicheskie ukazanija k vypolneniju laboratornyh rabot s ispol'zovaniem APM WinMachine dlja studentov special'nosti 190109 – Nazemnye transportno-tehnologicheskie sredstva i napravlenija bakalavriata 190100 – Nazemnye transportno-tehnologicheskie kompleksy. – Belgorod: Izd-vo BGTU, 2014 - 47 s.