Общий форум среды электронного обучения

ОНИэСАПР: образец отчёта по выполнению лаб.раб.

ОНИэСАПР: образец отчёта по выполнению лаб.раб.

by Маркушин Михаил Евгеньевич -
Number of replies: 0

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Самарский государственный университет путей сообщения»

 

 

 

 

Кафедра «Путь и путевое хозяйство»

 

 

 

 

 

Лабораторные работы

 

 по дисциплине:

«Основы научных исследований с элементами САПР»

 

 

 

 

Выполнил:

студент гр.  …..

                                                                                    <Иванов И.И.> хх-хххх (шифр)

Проверил:

Маркушин М.Е.

 

 

 

 

Самара 2020

 

Лабораторная работа №1

Табуляция, построение графика, интегрирование функции

Цель работы заключается в ознакомлении с инструментами пакета MathCAD: изучить математические палитры, научиться вводить аналитическую форму функций и представлять эту функцию в табличной (табуляция) и графической формах, вычислять определенный интеграл заданной функции.

Номер варианта задания для выполнения лабораторной работы  выбирается из таблицы 1 Приложения в методичке ОНИэСАПР. Вариант? Номер варианта каждого задания, подлежащего выполнению студентом, равен числителю правильной простой дроби: 2 последние цифры шифра студента, делённый на количество вариантов в данном задании (числитель дробной части).

Постановка задачи: табулировать, построить график, проинтегрировать функцию y(x) на отрезке [x0,x1].

Исходные данные (пример задания):

Функция y= x2 *sin(3x)+ln(5x), область определения [1,12].

Выполнение:

 

 

Лабораторная работа №2

Система уравнений, матрица, операции с матрицей

Цель работы – научиться использовать математические операции с векторами, матрицами и решать системы уравнений в MathCAD.

Постановка задачи: представить систему алгебраических уравнений в матричном виде AX=B и найти её решение «матричным» способом X=A-1B и «операторным» способом lsolve(A,B). Произвести матричные операции с матрицей A:

1)       транспонировать;

2)       вычислить определитель;

3)       найти произведение A*A-1;

4)       представить столбцы матрицы A как векторы;

5)       определить их скалярное и векторное произведение.

Номер варианта задания для выполнения лабораторной работы  выбирается из таблицы 2 Приложения.

 Исходные данные (пример задания ):

2x – y + z = 2

      3x + 2y + 2z = -2

                                                                                   x – 2y + z = 1.

Пример выполнения (другой вариант задания):

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №3

Символьные вычисления

Цель работы – овладение символьными операторами.

Постановка задачи:

1.               Разложить на сомножители многочлен левой части уравнения и найти его корни;

2.               Упростить следующее выражение;

3.               Решить следующие уравнения;

4.               Найти сумму ряда;

5.               Разложить функцию в степенной ряд с порядком   аппроксимации 10;

6.               Вычислить определённый интеграл.

 

Номер варианта задания для выполнения лабораторной работы  выбирается из таблицы 3 Приложения.

Исходные данные (пример задания):

1

2

3

4

5

6

x+ 9x2 + 11x – 21 = 0

(x2 + 1/x)/(x + 1/x – 1)

xlogx=100x

 tg7x + tg3x = 0

sin(x)

 

Пример выполнения (другой вариант задания):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №4

Решить задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений

Цель работы – овладение цифровым способом решения дифференциальных уравнений.

Номер варианта задания для выполнения лабораторной работы  выбирается из таблицы 4 Приложения.

Постановка задачи: решить задачи Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений, построить графики решений

Исходные данные (пример задания):

 

Задача 1

Задача 2

y' + (tgx)y = tgx

y(0) = 2

y''' - 2y'' + y' = x2

y''(0) = y'(0) = y(0) = 1

 

 

 

 

 

Пример выполнения (другой вариант задания ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №5

                                                Транспортная задача

 

Исходные данные для выполнения работы указаны в табл. 5 Приложения.

Цель работыовладение цифровым методом решения транспортной задачи.

При проектировании  строительства железной дороги ставится задача оптимальной доставки груза. Для этого целесообразно использовать математическое решение транспортной задачи методами линейного программирования пакета MathCAD.

Постановка задачи: имеется   m   предприятий-производителей, изготовивших продукцию в количестве    a0,  a1,  ..., am-1      единиц; эту продукцию требуется доставить   n  потребителям в количестве    b0, b1,  …, bn-1    с минимальными транспортными расходами   T , при этом  стоимость перевозки единицы груза от  i – того изготовителя (i  = 0, 1, … m - 1) к  j – му потребителю (j = 0, 1, … , n – 1) равна ci,j (методичка ОНИСАПР стр. 71 – 72).

Исходные данные (пример варианта задания):

a0 = 22500, a1 = 48200,  a2 = 57800, a3 = 34600,

b0 = 24600, b1 = 29700, b2 = 18000, b3 =  65000, b4 = 25800,

c0,0 = 14.3, c0,1 = 21.4, c0,2 = 32.8, c0,3 =  11.5, c0,4 = 34.0,

c1,0 = 41.1, c1,1 = 29.3,  c1,2 = 9.0, c1,3 = 38.4, c1,4 = 16.0,

c2,0 = 22.5, c2,1 = 37.6, c22 = 41.1, c2,3 = 23.2, c2.4 = 8.0,

c3,0 = 44.8, c3,1 = 26.3, c3,2 = 12.7, c3,3 = 27.3, c3,4 = 19.7

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример выполнения (другой вариант задания):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №6

Построение линий уровня и геодезической поверхности трехмерной графикой MathCAD

 

Исходные данные для выполнения работы указаны в табл. 6.

Цель работыовладение компьютерной методикой геодезического моделирования.

 Постановка задачи:

По данным отметкам съёмочных точек z(x,y)  ( x,y,z - безразмерно)      

построить модель геодезической поверхности рельефа местности и чертёж в горизонталях: отметки съёмочных точек по «варианту» (методичка ОНИСАПР стр. 72 – 74).

Исходные данные (пример варианта задания):

603.270 686.910 537.460 500.620 685.270

594.440 680.600 611.450 502.780 686.510

590.220 670.800 602.940 504.550 693.800

588.900 650.070 598.550 505.770 699.970

583.230 640.350 590.330 506.320 714.730

576.610 628.650 704.620 508.220 716.960

566.910 616.920 695.460 515.690 712.540

556.090 603.210 693.290 523.560 706.980

549.200 591.400 688.700 528.270 703.130

536.150 575.860 688.700 531.050 696.210

530.870 574.490 685.390 535.920 689.270

523.280 571.150 680.420 545.570 687.660

523.270 562.340 674.750 549.980 683.240

523.440 554.270 667.450 551.710 674.580

523.780 547.150 661.040 571.930 664.100

524.280 541.210 657.220 581.680 655.110

524.950 533.360 651.840 595.660 648.930

525.750 531.700 647.210 602.580 636.110

536.430 526.370 644.870 613.620 626.400

726.950 519.630 642.360 618.820 621.240

721.990 519.410 630.780 624.300 615.260

716.250 519.350 623.780 633.670 614.410

710.210 519.460 616.380 647.470 604.850

703.370 519.740 607.360 653.620 602.610

701.520 520.190 495.920 660.930 592.820

                                                          696.080  520.780 498.260 670.940 571.820                                      

 

Пример выполнения (другой вариант задания):

 

 

Модель геодезической поверхности рельефа местности

 

Чертёж в горизонталях

 

Лабораторная работа №7

Ознакомление с программным комплексом «Универсальный механизм». Создание модели маятника

 

Цель работы:

– построить модель однозвенного маятника. Выполнить моделирование и получить график колебаний маятника по точке 1 с последующим экспортом графика в активную книгу Excel. Определить период колебаний по полученному графику;

– изменить начальные условия положения маятника. Выполнить моделирование и получить график колебаний маятника по точке 1 с последующим экспортом графика в активную книгу Excel. Определить период колебаний по полученному графику.

Исходные данные:

«Стойка» – параметры в тексте лабораторной №7, «эллипс» и «конус» маятника (по варианту) – в табл. 7.

Вариант ?

Наименование параметра

№ варианта

эллипсоид

a

b

c

конус

R1

R2

h

масса маятника

начальное положение, рад.

 

Анимационное окно

 

Колебание маятника

 

Лабораторная работа №8

Многозвенный маятник

Цель работы:

– построить трехзвенный маятник;

– включить анимацию векторов скорости центра масс маятника;

– построить графики линейных перемещений проекций точек центра масс трех звеньев маятника на ось Y, с экспортом в активную книгу Excel;

– запись видео анимации движения маятника в формате avi в файл;

– определить значения максимального, минимального и среднего перемещений проекций точек центра масс трех звеньев маятника на ось Y.

 Номер варианта задания для выполнения лабораторной работы  выбирается тот же из таблицы 7 Приложения.

Исходные данные: - те же, что для лабораторной работы №7.

График переменной трехзвенного маятника

Анимация  трехзвенного маятника

 

 

 

Max

Min

Mean

r:y Маятник1

1.327834

-1.30661

0.065735

r:yМаятник2

2.609489

-2.61269

0.145942

r:yМаятник3

3.976312

-3.97366

0.243358

 

 

 

 

 

Определение значения максимального, минимального и среднего перемещений проекций точек центра масс трех звеньев маятника на ось Y

 

 

 

Вывод данных трех переменных в активной книге Excel

 

 

 

 

 

Лабораторная работа №9

Груз на пружине

 

Вариант исходных данных для выполнения лабораторной работы указаны в табл. 8 Приложения.

Цель работы:

– построить модель груза на пружине;

– включить анимацию векторов скорости центра масс маятника;

– построить графики линейных перемещений проекций точек центра масс трех звеньев маятника на ось Y, с экспортом в активную книгу Excel;

– запись видео анимации движения маятника в формате avi в файл;

– определить период колебаний трех звеньев маятника, значения максимального, минимального и среднего перемещений проекций точек центра масс трех звеньев маятника на ось Y.

Исходные данные (вариант ?):

Наименование

ГЭ

Параметр

вариант

2

подвес

параллелепипед

A

B

C

груз

параллелепипед

A

B

C

пружина

пружина

радиус

высота

d прутка

число витков

Дискретизация витка

Дискретизация прутка

демпфер

конус 1

R2

R1

h

конус 2

R2

R1

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Груз на пружине

 

Графическое окно после трёх численных экспериментов

 

 

 

 

Вынужденные колебания

 

Резонанс

По результатам моделирования был получены графики колебания груза на пружине, который представляет собой графики незатухающих и затухающих  колебаний, вынужденных колебаний, резонанса.

 

 

 

Расчет динамики балластной среды в плоской постановке

 

Исходные данные для выполнения работы указаны в табл. 9.

Цель работы:

– задать параметры балласта и жесткого ящика;

– выполнить моделирование укладки балластного слоя во временной области.

- создать анимационное окно погружения шпалы в балласт;

- построить график работы балластного слоя, нагружаемого шпалой.

Исходные данные (вариант?):

Кол-во вершин - …, Частота - …, Кол-во элементов - …, Размеры первого элемента горизонт./вертикал. – ……/….., Размеры второго элемента горизонт./вертикал. – ……/…… .

Пример выполнения:

Ход моделирования работы балластного слоя представлен на рисунках ниже:


 

Этапы укладки балласта в ящике

 

 

Укладка балластного слоя во временной области

 

  

 

Время проседания равно 50 сек. Проседание баласта равно 1м

 

Анализ продольной динамики поезда

Исходные данные для выполнения работы указаны в табл.10.

Цель работы:

– создать модель поезда (установить экипажи, ввести параметры макрогеометрии пути в «профиле» и «плане»);

– подготовить модель для записи анимации;

- задать экипажи поезда (локомотив (1), вагоны (6), поглощающие аппараты);

- провести моделирование (редактор макрогеометрии пути с её параметрами);

- использовать инспектор моделирования объекта;

- построить график силы в межвагонном соединении.

 

 

Исходные данные:

параметры

<вариант?>

локомотивы

…..

вагоны

…..

поглощающие аппараты

…..

макрогеометрия пути в плане, длина участков:

прямая, м

кривая левая, м (S)

прямая, м

кривая правая, м (S)

макрогеометрия пути в профиле, длина участков:

длина 1

уклон 1

длина 2

уклон 2

v0, км/ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример выполнения:

 

 

Изучение динамики движения вагона

 

         Исходные данные для выполнения работы указаны в табл. 11.

Цель работы:

-         задать параметры кривого участка пути по варианту;

-         задать длину ползуна (L) по варианту;

-         задать значение коэффициента трения для левого рельса по варианту;

-         ввести скорость движения и массу кузова по варианту;

-         ввести профиль r65old13для рельса;

-         выполнить моделирование;

-         построить график коэффициента запаса устойчивости от всползания для всех четырех колесных пар;

-         определить наиболее значимые факторы, влияющие на устойчивость колеса на рельсе. 

 

Исходные данные:

 

параметры

вариант?

кривая

прямая вставка L1, м

переходная кривая, P11, м

длина кривой, S1, м

радиус кривой, R1, м

возвышение рельса, H1, м

переходная кривая, P12, м

ползун, мм

коэффициент трения

скорость движения, км/ч

масса кузова, кг

……..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример выполнения:

В ходе работы путем моделирования определилась критическая скорость для вагона равная 57 м/с со сходом 1 колесной пары.