Поиск по базе сайта:
Развернутая аннотация магистерской программы «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» Направление «Прикладная механика» icon

Развернутая аннотация магистерской программы «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» Направление «Прикладная механика»




Скачати 169.28 Kb.
НазваРазвернутая аннотация магистерской программы «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» Направление «Прикладная механика»
Дата конвертації16.07.2013
Розмір169.28 Kb.
ТипДокументи

Развернутая аннотация магистерской программы

«Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг»

Направление «Прикладная механика»


Руководитель программы д.ф.-м.н., профессор Скрипняк Владимир Альбертович, зав. кафедрой механики деформируемого твердого тела физико-технического факультета ТГУ

1. Цель магистерской программы


Создание магистерской программы «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг»

Направление «Прикладная механика» имеет главной целью подготовку высококвалифицированных специалистов в области профессиональной деятельности, включающей:

– теоретическое, компьютерное и экспериментальное исследование научно-технических проблем и решение задач прикладной механики – задач динамики, прочности, устойчивости, рациональной оптимизации, долговечности, ресурса, живучести, надежности и безопасности машин, конструкций, композитных структур, сооружений, установок, агрегатов, оборудования, приборов и аппаратуры и их элементов;

– применение информационных технологий, современных систем компьютерной математики, технологий конечно-элементного анализа и вычислительной гидрогазодинамики, наукоемких компьютерных технологий – программных систем компьютерного проектирования (систем автоматизированного проектирования, САПР; CAD-систем, Computer-Aided Design), программных систем инженерного анализа и компьютерного инжиниринга (CAE-систем, Computer-Aided Engineering), применение передовых технологий “Simulation-Based Design” (компьютерного проектирования конкурентоспособной продукции, основанного на интенсивном применении многовариантного конечно-элементного моделирования) и “Digital Mock-Up” (технологии разработки цифровых прототипов на основе виртуальных, цифровых трехмерных моделей изделия и всех его компонентов, позволяющих исключить из процесса разработки изделия создание дорогостоящих натурных моделей-прототипов и позволяющих “измерять” и моделировать любые характеристики объекта в любых условиях эксплуатации);

– исследование проблем механики контактного взаимодействия, контактного повреждения и разрушения, проблем трибологии (трения, износа и смазки), надежности (в первую очередь, безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости, износостойкости, усталости и коррозии) машин, их деталей, узлов трения и триботехнических систем;

– управление проектами, управление качеством, управление наукоемкими инновациями, маркетинг, стратегический и инновационный менеджмент, предпринимательство в области высоких наукоемких технологий; организация работы научных, проектных и производственных подразделений, занимающихся разработкой и проектированием новой техники и технологий, внедрением и применением наукоемких технологий.

Объектами профессиональной деятельности магистров являются:

– физико-механические процессы и явления, машины, конструкции, композитные структуры, сооружения, установки, агрегаты, оборудование, приборы и аппаратура и многие другие объекты современной техники, различных отраслей промышленности, топливно-энергетического комплекса, транспорта и строительства, для которых проблемы и задачи прикладной механики являются основными и актуальными и которые для своего изучения и решения требуют разработки и применения математических и компьютерных моделей, основанных на законах механики:

• авиа- и вертолетостроение,

• автомобилестроение,

• гидро- и теплоэнергетика, атомная энергетика,

• гражданское и промышленное строительство;

• двигателестроение,

• железнодорожный транспорт,

• металлургия и металлургическое производство,

• нефтегазовое оборудование для добычи, транспортировки, хранения и

переработки,

• приборостроение, нано/микро системная техника,

• ракетостроение и космическая техника,

• робототехника и мехатронные системы,

• судостроение и морская техника,

• транспортные системы,

• тяжелое и химическое машиностроение,

• электро- и энергомашиностроение;

– технологии: информационные технологии, наукоемкие компьютерные технологии на основе применения передовых CAD/CAE-технологий и компьютерных технологий жизненного цикла изделий и продукции (PLM-технологии,

Product Lifecycle Management), расчетно-экспериментальные технологии, суперкомпьютерные технологии и технологии распределенных вычислений на основе высокопроизводительных кластерных систем, технологии виртуальной реальности, технологии быстрого прототипирования, производственные технологии (технологии создания композиционных материалов, технологии обработки металлов давлением и сварочного производства, технология повышения износостойкости деталей машин и аппаратов), нанотехнологии;

– материалы, в первую очередь, новые, перспективные, многофункциональные и “интеллектуальные” материалы, материалы с многоуровневой или иерархической структурой (порошковые, пористые и керамические материалы,

композиционные материалы, включая слоистые, волокнистые, гранулированные и текстильные композиты с регулярной и хаотической микроструктурой, нанокомпозиты), материалы техники нового поколения, функционирующей в экстремальных условиях: при сверхнизких и сверхвысоких температурах, в условиях сверхвысокого давления и вакуума, в условиях статического, циклического, вибрационного, динамического и ударного нагружений, высокоскоростного деформирования и взрывных нагрузок, в условиях концентрации напряжений и деформаций, мало- и многоцикловой усталости, контактных взаимодействий и разрушений, различных типов изнашивания (абразивное, коррозионно-механическое, адгезионное и когезионное, усталостное, эрозионное, кавитационное, фреттинг-коррозия), а также в условиях механических, акустических, аэро- и гидродинамических, тепловых, электро-магнитных и радиационных внешних воздействий.

^ 2. Концепция магистерской программы

Необходимость создания магистерской программы обусловлена потребностью в подготовке высококвалифицированных кадров, сочетающих глубокие теоретические и прикладные знания в математике, механике и компьютерных технологиях, а также знания основных принципов и методов исследования, моделирования, разработки и применения современных теорий, методов и алгоритмов для исследования проблем прикладной механики.

^ 3. Обоснование потребности в магистрах данного профиля

Все магистры, успешно закончившие программу обучения

4. Условия обучения

Срок обучения – 2 года (4 семестра).

Форма обучения: очная.

^ 5. Набор студентов и требования к поступающим в магистратуру

Количество мест ежегодно устанавливается Минобрнауки РФ, поступление осуществляется на конкурсной основе с учетом результатов вступительных испытаний и собеседования.

^ 6. НИР выпускающей кафедры, факультета (являющиеся базовыми для реализации магистерской программы)

Направления НИР.

-исследования закономерностей механического поведения наноструктурных керамических и металлических материалов при высокоэнергетических воздействиях, включая нагружение ударными волнами,

- создание адекватных физико-математических моделей, описывающих процессы взаимодействия тел при высоких скоростях удара с учетом деформирования, разрушения, фазовых и структурных превращений,

- разработка физико-математических моделей процессов поведения порошковых смесей из тугоплавких соединений при горячем прессовании, разработка физико-математических моделей для оценки ресурса изделий из полимерных материалов,

- выработка рекомендаций по повышению эффективности защиты объектов новой техники на основе новейших схем,

- исследование закономерностей поведения объемных наноструктурных керамических и металлических материалов в широком диапазоне условий динамических воздействий,

- исследования структурных превращений при высокоэнергетических воздействиях, включая процессы интенсивной пластической деформации.

Комплексные исследования поведения перспективных материалов и элементов конструкций при интенсивных динамических воздействиях, необходимых для выработки научно-обоснованных рекомендаций по созданию новых материалов и изделий из них, обеспечивающих прорывные и инновационные технические и технологические решения.

Проведение комплексных теоретических и экспериментальных исследований физических механизмов и закономерностей структурных превращений в наноструктурных керамических материалах, металлокерамических композитах и сплавах позволяет разрабатывать инновационные технологии обработки широкого круга современных конструкционных и функциональных материалов при изготовлении изделий.

В результате проведенных исследований были предложены принципиально новые и эффективные подходы к решению перечисленных выше задач, разработаны новые физико-математические и вычислительные модели, созданы программные комплексы, реализующие новые подходы к моделированию, с помощью уникального оборудования проведены исследования быстропротекающих процессов деформации и разрушения новых наноматериалов. Проведенные исследования являются пионерскими, а полученные результаты обладают новизной на мировом уровне.

Научные исследования коллектива охватывают области как фундаментальных, так и прикладных задач. В области приложений теоретических результатов за последние 5 лет по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2006-2010 годы выполнен комплекс экспериментально-теоретических исследований физико-механических свойств спектра наноструктурных материалов, включая нанокерамику, композиты, сплавы. Полученные результаты используются при создании технологий получения ультрамелкозернистой структуры материалов, а также при проведении прочностных прогнозов проектируемых конструкций.

Членами авторского коллектива выполнен ряд комплексных теоретических и экспериментальных исследований по установлению некоторых закономерностей формирования наноструктурных керамических материалов, получаемых в процессе горячего прессования механоактивированных нанопорошков отечественного производства.

Одним из приложений теоретических исследований является динамическое (циклическое) прессование керамики из порошковых нано - и микроструктурных материалов на основе диоксида циркония, диборида циркония, оксида алюминия. В результате выполненных исследований созданы модели и программный комплекс, позволяющий выбирать рациональные параметры режимов горячего прессования для установок, использующихся на ФГУП СХК (г. Северск)

Проведены комплексные экспериментально-теоретические исследования распространения дивергентных (расходящихся) волн сжатия и разрежения в защитных конструкциях при высокоскоростном ударе группы малодеформируемых частиц. Применен оригинальный подход задания в преграде выемки (кратера), моделирующей результат удара предшествующей частицы. Выявлено многократное отражение волн разрежения от стенки выемки, их выход к оси удара и дальнейшее распространение вглубь преграды. Обнаружено, что многократные волны разрежения вызывают поэтапное локальное разрушение материала преграды перед частицей с образованием цилиндрической трещины, что в конечном итоге обеспечивает рост глубины внедрения, что было подтверждено в физических экспериментах.

Объемные наноструктурные материалы в настоящее время рассматриваются как перспективные конструкционные и функциональные материалы нового поколения. Проведено численное исследование процессов деформирования титановых образцов при динамическом канально-угловом прессовании (ДКУП) – движении по пересекающимся под прямым углом каналам для двух схем нагружения: инерционной и динамической. Показано, что использование динамической схемы нагружения по сравнению с инерционной уменьшает время одного цикла ДКУП и приводит к снижению уровня удельного объема микроповреждений в образце.

Разработана физико-математическая модель широкодиапазонного типа, описывающая поведение высокопрочных керамик как при относительно низких скоростях нагружения (скорости удара порядка нескольких сотен м/с), так и при достаточно высоких (порядка нескольких тысяч м/с). Модель включает кинетическую модель разрушения активного типа, учитывает возможность разрушения керамики при превышении в ударной волне динамического предела упругости (Гюгонио), использует степенную зависимость прочностных характеристик керамики от достигнутого уровня поврежденности. Численно методом конечных элементов в осесимметричной постановке исследовано поведение двуслойного образца, состоящего из слоя высокопрочной керамики B4C и титанового сплава BT4, при высокоскоростном ударе. Получено хорошее соответствие численных результатов с экспериментом.

В последние годы в качестве нового перспективного легкого и в тоже время прочного материала рассматривается металло - интерметаллидный слоистый композит. Развитие технологий изготовления таких материалов, методов лабораторных испытаний и компьютерного моделирования механического поведения при динамическом нагружении актуально для современного материаловедения. Коллективом кафедры Синтезированы образцы многослойных металло – интерметаллидных композитов методами реакционного спекания, самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в режиме теплового взрыва, а также методом сварки взрывом. Исследована структура образцов рентгенофазовым, микрорентгеноспектральным и металлографическим методами. Методами численного моделирования найдено рациональное отношением слоев алюминид титана / титановый сплав, при котором металло – интерметаллидный многослойный композит показывает оптимальный результат – отсутствие пробития, высокую трещиностойкость.

Продукция современного машиностроения характеризуется использованием высокопрочных и труднообрабатываемых материалов, резким повышением требований к точности и качеству изделий и значительным усложнением конструктивных форм деталей машин, получаемых обработкой резанием. Поэтому процесс механической обработки требует постоянного совершенствования. В настоящее время одним из наиболее перспективных направлений такого совершенствования является высокоскоростная обработка. Численно исследованы процессы ортогонального резания металлов методом конечных элементов в рамках упругопластической модели среды в диапазоне скоростей резания 1-200 м/с. Выявлен параметр процесса – удельный объем микроповреждений – предельная величина которого может быть использована в качестве дополнительного или самостоятельного критерия стружкообразования. Совместно с коллективом Братского государственного университета проведены испытания новых керамических и металлокерамических материалов для режущего инструмента в условиях, приближенных к производственным. Созданные новые образы инструмента и разработанные технологические режимы обработки материалов получили высокую оценку на Всероссийской и международной выставках.

Получение новых перспективных материалов и их использование все чаще связано с экстремальными условиями: быстропротекающими процессами, высокими давлениями и температурами. Эти процессы сопровождаются структурными изменениями, а зачастую и химическими реакциями. Широко применяемые в настоящее время взрывные технологии наибольшее развитие получили применительно к металлообработке при формовании, сварке, резке, упрочнении, уплотнении. Многие из этих технологий уже внедрены в производство, в то время как влияние ударно-волнового воздействия на протекание твердофазных реакций еще не достаточно исследовано и к настоящему времени еще не достигло уровня технологии из-за недостатка экспериментальных данных, а также математических моделей, которые могли бы принимать во внимание сопряженное действие механических и физико-химических процессов, учитывая их совокупное влияние, позволяя вместе с тем оценить роль каждого фактора. Предложен новый подход к численному анализу процессов твердофазного синтеза при взрывном и ударно-волновом нагружении на основе развитой математической модели многокомпонентной среды. На основе качественного и количественного согласования результатов экспериментального и численного определения параметров взрывного нагружения цилиндрической ампулы получена зависимость давления продуктов взрыва от времени. Выявлены условия перехода реакции синтеза в ударном фронте от частичного к полному при отражении ударной волны от нижней крышки ампулы. Экспериментально и численно установлено, что при полном завершении реакции в ударной волне ампула разрушается вследствие образования газовой фазы и роста давления, причем процесс разрушения инициируется в нижней части ампулы.

^ 7. Кадровая, методическая и материально-техническая базы магистерской программы:

Профессорско-преподавательский состав


Фамилия, Имя, Отчество

Научная степень

Должность

Скрипняк Владимир Альбертович

Д.ф.-м.н., чл. корр. САН ВШ.

Зав. кафедрой МДТТ

Баранникова Светлана Александровна

Д.ф.-м.н.

профессор

Жарков Александр Степанович

Д.ф.-м.н.,

чл. корр. РАН

профессор

Зелепугин Сергей Алексеевич

Д.ф.-м.н.

профессор

Зуев Лев Борисович

Д.ф.-м.н.

профессор

Канель Геннадий Исаакович

Д.ф.-м.н.,

чл. корр. РАН

профессор

Козулин Александр Анатольевич

к.ф.-м.н.

доцент

Люкшин Борис Александрович

Д.ф.-м.н.

профессор

Макаров Павел Васильевич

Д.ф.-м.н.

профессор

Масловский Владислав Иванович

к.ф.-м.н.

доцент

Псахье Сергей Григорьевич

Д.ф.-м.н.,

чл. корр. РАН

профессор

Разоренов Сергей Владимирович

Д.ф.-м.н.

профессор

Сидоренко Юрий Николаевич

к.ф.-м.н.

доцент

Скрипняк Евгения Георгиевна

к.т..н.

доцент

Смолин Алексей Юрьевич

Д.ф.-м.н.

профессор

Смолин Игорь Юрьевич

Д.ф.-м.н.,

профессор







Инновационные технологии обучения

В процессе подготовки магистров используются следующие инновационные технологии образования Технология исследовательского обучения;

  • Модульная образовательная технология;

  • Технология развития критического мышления;

  • Информационная образовательная технология;

  • Личностно-ориентированная технология;

  • Технология проектного обучения.


Возможные места практики

ИФПМ СО РАН (г. Томск), ИПХФ РАН (г. Черноголовка Московской области), ИПХЭТ СО РАН ( г. Бийск), ОАО Улан-Уденский вертолетный завод, РФЯЦ ВНИИТФ ( г. Снежинск), РФЯЦ ВНИИЭФ ( г. Саров) и др.

Магистерская программа реализуется на базе кафедры механики деформируемого твердого тела ТГУ.

Научно-техническая база подготовки магистров по профилю «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» направления «Прикладная механика» включает учебные и научные лаборатории НИ ТГУ, НИИ ПММ ТГУ, ИФПМ СО РАН, а также базу лабораторий организаций, где магистранты проходят практики и выполняют научно-исследовательскую работу.


^ 8. Содержание программы и общая характеристика учебного плана

Перечень и краткое описание курсов, их место в рамках программы с указанием количества академических часов, отведенных на каждый.

Цели и задачи научно-производственной практики магистров профиля «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» состоят в приобретении следующих компетенций, в области производственно-технологической, организационно-управленческая научно-инновационная - консультационно-экспертная деятельности:

• разрабатывать и оптимизировать современные наукоемкие технологии в различных областях приложения прикладной механики с учетом экономических и экологических требований ;

• самостоятельно адаптировать и внедрять современные наукоемкие компьютерные технологии прикладной механики с элементами мультидисциплинарного анализа для решения сложных научно-технических задач создания техники нового поколения: машин, конструкций, композитных структур, сооружений, установок, агрегатов, оборудования, приборов и аппаратуры;

• формулировать технические задания и применять программные системы компьютерного проектирования (CAD-системы) в процессе конструирования деталей машин и элементов конструкций с учетом обеспечения их прочности, жесткости,

устойчивости, долговечности, надежности и износостойкости, готовить необходимый комплект технической документации в соответствии с ЕСКД ;

• проектировать машины и конструкции с учетом требований обеспечения их прочности, устойчивости, долговечности и безопасности, обеспечения надежности и износостойкости узлов и деталей машин;

• разрабатывать технико-экономические обоснования проектируемых машин и конструкций, составлять техническую документацию на проекты, их элементы и сборочные единицы;

• владеть приемами и методами работы с персоналом, методами оценки качества и результативности труда, оценивать затраты и результаты деятельности научно-производственного коллектива;

• находить рациональные решения при создании конкурентоспособной продукции с учетом требований прочности, жесткости, устойчивости, долговечности, износостойкости, качества, стоимости, сроков исполнения и безопасности жизнедеятельности;

• готов к постоянному совершенствованию профессиональной деятельности, принимаемых решений и разработок в направлении повышения безопасности;

• владеет полным комплексом правовых и нормативных актов в сфере безопасности, относящихся к виду и объекту профессиональной деятельности;

• применять инновационные подходы с целью развития, внедрения и коммерциализации новых наукоемких технологий;

• разрабатывать планы и программы организации инновационной деятельности научно-производственного коллектива, разрабатывать технико-экономическое обоснование инновационных разделов научно-технических проектов ;

• разрабатывать и реализовывать проекты по интеграции вузовской, академической и отраслевой науки с целью коммерциализации и внедрения инновационных разработок на высокотехнологичных промышленных предприятиях, в НИИ и КБ ;

• участвовать в организации и проведении инновационного образовательного процесса;

• консультировать инженеров-расчетчиков, конструкторов, технологов и других работников промышленных и научно-производственных фирм по современным достижениям прикладной механики, по вопросам внедрения наукоемких компьютерных технологий (CAD/CAE-систем) ;

• проводить научно-технические экспертизы расчетных и экспериментальных работ в области прикладной механики, выполненных в сторонних организациях.

В период научно-производственной практики решаются следующие задачи:

- ознакомление со всем комплексом методик проведения теоретических и экспериментальных НИР а также опытно-конструкторских разработок по месту проведения практики (лаборатории, отдела или иного подразделения );

  • освоение определенных индивидуальным заданием на практику экспериментальных, теоретических, вычислительных или прочих установок и методик, имеющихся на базе практики;

  • выполнение совместно с руководителем определенного индивидуальным заданием на практику круга экспериментальных теоретических или опытно-конструкторских работ.
^

Базой практики могут быть подразделения предприятий различной формы собственности, лаборатории научных учреждений РАН, лабораторий и кафедр университета.

Продолжительность и сроки проведения научно-производственной практики определяются утвержденным планом.


^ 9. Перспективы научно-исследовательской деятельности в связи с развитием ТГУ и потребностями Томского региона

Научно-исследовательская и инновационная деятельность магистрантов и магистров, успешно закончивших обучение, связана с решением актуальных фундаментальных, прикладных и опытно-конструкторских работ в интересах Российских и региональных организаций.

10. Перспективы профессиональной деятельности и трудоустройства.

Выпускникам магистратуры по профилю «Вычислительная механика и компьютерный инжиниринг» направление «Прикладная механика» в ближайшие 10 лет гарантируется трудоустройство в научных и производственных организациях РФ.



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації