Actual Problems in Machine Building 2020 Vol. 7 No. 1-2

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 7. № 1-2. 2020 Инновационные технологии в машиностроении ____________________________________________________________________ 63 УДК 372.862 ОСНОВЫ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ БАКАЛАВРОВ МАШИНОСТРОЕНИЯ В.В. СМИРНОВ, канд. техн. наук, доцент А.Г. ОВЧАРЕНКО, доктор техн. наук, профессор А.М. ФИРСОВ, канд. техн. наук, доцент А.Н. РОМАШЕВ, канд. техн. наук, доцент (БТИ АлтГТУ, г. Бийск) Смирнов В.В. – 659305, Алтайский край, г. Бийск, ул.Трофимова, 27, Бийский технологический институт (филиал) АлтГТУ им. И.И. Ползунова, e-mail : tmk@bti.secna.ru В статье обсуждается минимальный уровень знаний для осознанного использования метода конечных элементов при решении практических задач бакалавром машиностроения. Каковы должны быть представления о физическом смысле задачи? Какие основные математические идеи лежат в основе метода? По мнению авторов, ответы на эти два вопроса позволяют преподавателю сформулировать требования к учебным материалам и контрольно- оценочным средствам текущей и промежуточной аттестации. Ключевые слова: метод конечных элементов, бакалавр машиностроения. Введение Метод конечных элементов (МКЭ) прочно вошёл в состав инструментария инженера- проектировщика и требует включения в учебные планы бакалавров машиностроения [1]. Он может изучать более подробно как отдельная дисциплина или входить разделом в структуру какой-либо дисциплины, связанной с автоматизацией инженерных расчётов и проектирования [2-3]. Злободневной при этом остаётся учебная литература прошлого века [4-8], в которой авторы рассматривают основы, математические и алгоритмические подробности метода. Более современные учебные пособия несут большую практическую пользу [9-15], т.к. в них часто рассматриваются применение актуальных профессиональных программных средств. Анализ учебной деятельности студентов позволяет выделить несколько уровней усвоения основ МКЭ. На первом уровне проектировщик может использовать МКЭ как чёрный ящик, освоив стандартную последовательность выполнения действий по инженерному анализу конструкций. Например, для расчёта напряжённо-деформированного состояния конструкции в статике проектировщик загружает в CAE-систему электронную модель изделия, выбирает материал изделия, указывает точки, ребра, поверхности изделия, перемещения которых ограничены, а также указывает действующие на конструкцию нагрузки: сосредоточенные силы и моменты, распределённые силы. В этом случае для получения решения задачи может быть достаточно знаний, полученных из курса теоретической механики и сопротивления материалов. На выходе проектировщик имеет картину распределения искомой физической величины (например, механического напряжения) и её численные значения в любой интересующей его точке расчётной области. Таким образом, можно получить решение многих практических задач. Однако уже здесь необходимо понимать, что исходными данными в задаче, кроме свойств материала,