Міністерство освіти і науки України

Івано-Франківський національний технічний

університет нафти і газу

Кафедра прикладної математики

Бродин З.М., Петренко Л.С., Тимків Д.Ф., Ширмовський Г.Я.

ПРОГРАМУВАННЯ ПРИКЛАДНИХ ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНІЧНИХ ЗАДАЧ В КУРСІ “ІНФОРМАТИКА”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ І ЗАВДВННЯ НА КУРСОВЕ ПРОЕКТУВАННЯ

Для бакалаврату “Інженерна механіка” спеціальностей:

“Нафтогазового обладнання”, “Технології нафтогазового машинобудування”, “Нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки”, “Технології і устаткування, відновлення та підвищення зносостійкості машин і конструкцій”

МВ 02070855-995-2002

Рекомендовано навчально-методичним

об’єднанням спеціальностей

“обладнання нафтових і газових промислів”, “Технологія нафтогазового машинобудування” та “Нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки”

Івано-Франківськ

2002

Бродин З.М., Петренко Л.С., Тимків Д.Ф., Ширмовський Г.Я. Програмування прикладних інженерно-технічних задач в курсі “Інформатика”: Методичні вказівки і завдання на курсове проектування. – Івано-Франківськ: Факел, 2002. – 84 с.

Методичні вказівки і завдання на курсову роботу складені у відповідності з діючими в Івано-Франківському національному університеті нафти і газу навчальним планом і програмою курсу “Інформатика” для бакалаврату “Інженерна механіка” спеціальностей: “Нафтогазового обладнання”, “Технології нафтогазового машинобудування”, “Нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки”, “Технології і устаткування, відновлення та підвищення зносостійкості машин і конструкцій”. В методичних вказівках приводяться необхідні відомості для організації курсового проектування, вимоги до виконання і оформлення курсової роботи.

Рецензент д-р техн. наук, професор кафедри

механіки машин ІФНТУНГ Малько Б. Д

Голова навчально-методичного об’єднання

спеціальності “Обладнання нафтових і

газових промислів” Є. І. Крижанівський

Голова навчально-методичного об’єднання

спеціальності “Технологія нафтогазового

машинобудування” Ю.Д. Петрина

Голова навчально-методичного об’єднання

спеціальності “Нафтогазового технологічного

транспорту і теплотехніки” Ф.В. Козак

Завідувач кафедри прикладної математики В.М. Юрчишин

Член експертно-рецензійної

комісії університету В.А. Ожоган

Нормоконтролер О. Г. Гургула

Коректор Б.В. П’ятничко

Дане видання – власність ІФНТУНГ. Забороняється тиражування та розповсюдження.

Бродин З.М., Петренко Л.С., Тимків Д.Ф., Ширмовський Г.Я. Програмування прикладних інженерно-технічних задач в курсі “Інформатика”: Методичні вказівки і завдання на курсове проектування. – Івано-Франківськ: Факел, 2002. – 84 с.

Методичні вказівки і завдання на курсову роботу складені у відповідності з діючими в Івано-Франківському національному університеті нафти і газу навчальним планом і програмою курсу “Інформатика” для бакалаврату “Інженерна механіка” спеціальностей: “Нафтогазового обладнання”, “Технології нафтогазового машинобудування”, “Нафтогазового технологічного транспорту і теплотехніки”, “Технології і устаткування, відновлення та підвищення зносостійкості машин і конструкцій”. В методичних вказівках приводяться необхідні відомості для організації курсового проектування, вимоги до виконання і оформлення курсової роботи.

Рецензент д-р техн. наук, професор кафедри

механіки машин ІФНТУНГ Малько Б. Д

Комп’ютерна верстка: Кононенко С.С. Матюшевський В.В.

Дане видання – власність ІФНТУНГ. Забороняється тиражування та розповсюдження.

ЗМІСТ

стор.

ЗМІСТ 4

ВСТУП 9

1. МЕТА КУРСОВОЇ РОБОТИ 9

2. ОРГАНІЗАЦІЯ ПРОЕКТУВАННЯ 9

3. СТРУКТУРА КУРСОВОЇ РОБОТИ 10

4. ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 10

5. ЗАХИСТ КУРСОВОЇ РОБОТИ 11

6. ЗАВДАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ 12

ЗАДАЧА №1 12

Тема: РОЗРАХУНОК ВАЛУ НА МІЦНІСТЬ 12

1.1 Основні відомості 12

1.2 Постановка задачі 12

1.3 Варіанти завдань 13

ЗАДАЧА №2 13

2.1 Основні відомості 13

2.2 Постановка задачі 14

Рисунок 2.1 – Поперечний переріз бруса. 15

Продовження таблиці 2.1 16

Таблиця 2.2 - Параметри перерізів брусів 17

Продовження таблиці 2.2 18

Продовження таблиці 2.2 19

Таблиця 2.3 – Варіанти завдань 20

ЗАДАЧА №3 20

Тема: РОЗРАХУНОК ЗГИНУ БРУСА 20

3.1 Основні відомості 20

3.2 Постановка задачі 21

3.3 Варіанти завдань 21

ЗАДАЧА №4 22

Тема: ВИБІР ДОПУСКІВ 22

4.1 Основні відомості 22

4.2 Постановка задачі. 22

ЗАДАЧА №5 23

5.1 Основні теоретичні відомості 23

5.2 Постановка задачі 24

Продовження таблиці 5.1 26

5.3 Варіанти завдань 27

ЗАДАЧА №6 27

6.1 Основні теоретичні відомості 27

6.2 Постановка задачі 27

ЗАДАЧА №7 28

Тема: РОЗРАХУНОК ПЛОСКОГО НАПРУЖЕНОГО СТАНУ 28

7.1 Основні відомості 28

I 29

X 29

IV 29

Рисунок 7.1 – Знаки площі в площинах 29

Рисунок 7.2 – Додатні напруження в площинах 29

Рисунок 7.3 – Плоский напружений план 30

7.3 Варіанти завдань 30

ЗАДАЧА №8 31

Тема: РОЗРАХУНОК ДОТИЧНИХ НАПРУЖЕНЬ В БРУСІ 31

8.1 Основні відомості 31

Після відповідних перетворень запишемо 31

Оскільки , остаточно одержимо 32

Рисунок 8.1 - Дотичні напруження в брусі. 33

Рисунок 8.2 - Консольний брус і його поперечний переріз. 33

Таблиця 8.1 - Дотичні напруження в перерізі бруса 34

Таблиця 8.2 – Варіанти завдань 35

ЗАДАЧА №9 35

Тема: РОЗРАХУНОК ДОТИЧНИХ НАПРУЖЕНЬ В БРУСІ 35

9.1 Основні відомості 35

9.2 Постановка задачі 35

ЗАДАЧА №10 35

Тема: РОЗРАХУНОК КРИТИЧНОЇ ЧАСТОТИ ОБЕРТАННЯ ВАЛА 35

10.1 Основні відомості 35

10.2 Постановка задачі 36

Рисунок 10.1 - Вал з встановленими на ньому тілами обертання 37

Рисунок 10.2 - Згин вала при дії зосереджених сил 37

10.3 Варіанти завдань 37

Таблиця 10.1 – Варіанти завдань 37

ЗАДАЧА №11 37

Тема: КІНЕТОСТАТИЧНИЙ АНАЛІЗ МЕХАНІЗМІВ 37

11.1 Основні відомості 37

11.2 Постановка задачі 38

P 39

D 39

C 39

P₂₁ 39

Рисунок 11.1 - Схема ексцентрика: 1 – ексцентрик; 2 – штовхач 39

Продовження таблиці 11.1 40

ЗАДАЧА №12 40

12.1 Основні відомості 40

Рисунок 12.1 - Схема циркуляційної системи бурового розчину 42

12.2 Постановка задачі 42

12.3 Варіанти завдань 43

ЗАДАЧА №13 44

13.1 Основні відомості 44

13.2 Постановка задачі 44

13.3 Варіанти завдань 45

Номер варіанта 45

Рисунок 13.1 – Кінематична схема (варіант 1) 46

Рисунок 13.2 – Кінематична схема (варіант 2) 47

Рисунок 13.3 – Кінематична схема (варіант 3) 48

ЗАДАЧА №14 49

Тема: РОЗРАХУНОК КОЛОНИ БУРИЛЬНИХ ТРУБ 49

14.1 Основні відомості 49

14.2 Постановка задачі 50

Лебідка 51

ЗАДАЧА №15 52

15.1 Основні відомості 52

Таблиця 15.1 – Залежність тиску пароутворення від температури 52

Рідина 52

15.2 Постановка задачі 52

15.3 Варіанти завдань 53

ЗАДАЧА №16 53

16.1 Основні відомості 53

16.2 Постановка задачі 54

16.3 Варіанти завдань 56

ЗАДАЧА №17 56

Тема: ВИБІР КОЛОНИ ТРУБ 56

17.1 Основні відомості 56

17.2 Постановка задачі 58

17.3 Варіанти завдань 58

Продовження таблиці 17.3 59

ЗАДАЧА №18 59

18.1 Основні відомості 59

ЗАДАЧА №19 63

19.1 Основні відомості 63

19.2 Постановка задачі 63

Рисунок 19.1 - Схема фланцевого з’єднання. 64

ЗАДАЧА №20 65

Тема: РОЗРАХУНОК ХАРАКТЕРИСТИКИ ВІДЦЕНТРОВОГО НАСОСУ 65

20.1 Основні відомості 65

20.2 Постановка задачі 66

Таблиця 20.1 - Вхідні дані 66

ЗАДАЧА №21 66

Тема: Зовнiшня швидкiсна хаpактеpистика двигуна 66

21.1 Зовнiшня швидкiсна характеристика карбюраторного двигуна 66

21.2 Зовнішня швидкісна характеристика дизельного двигуна 67

Коефіцієнт пристосованостi для дизельних двигунiв 68

ЗАДАЧА №22 68

Тема: Тепловий розрахунок двигуна 68

22.1 Тепловий розрахунок карбюраторного двигуна 68

22.2Розрахунок дизельного двигуна 69

ЗАДАЧА №23 70

Тема: Розрахунок поршневої групи 70

23.1 Розрахунок поршня карбюраторного двигуна 70

23.2 Розрахунок поршня дизельного двигуна 71

ЗАДАЧА №24 71

Тема: Розрахунок шатунної групи 71

24.1 Розрахунок шатунної групи карбюраторного двигуна 71

ЗАДАЧА №25 72

Тема: Розрахунок корпусу двигуна 72

25.1 Розрахунок гiльзи цилiндра карбюраторного двигуна 72

25.2 Розрахунок гiльзи цилiндра дизельного двигуна 72

25.3 Розрахунок шпильки головки блоку цилiндра карбюраторного двигуна 72

25.4 Розрахунок шпильки головки блоку цилiндра дизельного двигуна 73

ЗАДАЧА №26 73

Тема: Розрахунок карбюратора 73

26.1 Розрахунок дифузора 74

26.2 Розрахунок головного жиклеру 74

26.3 Розрахунок компенсацiйного жиклеру 74

26.4 Розрахунок характеристики карбюратора 75

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 76

ДОДАТКИ 78

ДОДАТОК А 79

ВЗІРЕЦЬ ВИКОНАННЯ ТИТУЛЬНОЇ СТОРІНКИ ДЛЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ 79

Міністерство освіти і науки України 79

КУРСОВА РОБОТА 79

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА 79

Студент групи 79

Допускається до захисту 79

Керівник курсового проєкту 79

ДОДАТОК Б 79

ВЗІРЕЦЬ ОФОРМЛЕННЯ ЗАВДАННЯ НА ПРОЕКТУВАННЯ 79

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу 80

Спеціальність 80

ЗАВДАННЯ 80

КАЛЕНДАРНИЙ ПЛАН 80

Студент 81

Керівник 81

ДОДАТОК В 82

ОСНОВНІ НАПИСИ ДЛЯ ТЕКСТОВИХ ДОКУМЕНТІВ 82

Варіант 1 82

Графа 1 – Тема курсової роботи 82

Варіант 2 82

ДОДАТОК Д 83

ОСНОВНИЙ НАПИС ДЛЯ КРЕСЛЕНЬ І СХЕМ 83

Графа 1 – Назва виробу 83

ДОДАТОК Е 84

ФОРМА ТАБЛИЦІ ІДЕНТИФІКАТОРІВ 84

Величина 84

Позначення 84

Назва 84

В розрахунковій залежності 84

ДОДАТОК Ж 85

ВИТЯГ З ГОСТ 19.003–80. СИМВОЛИ АЛГОРИТМІВ І ПРОГРАМ 85

Продовження додатку Ж 86

ВСТУП

Сучасний рівень науки і техніки вимагає активного використання можливостей електронно-обчислювальних машин (ЕОМ). Тому майбутньому інженеру-механіку потрібні знання не тільки по своїй спеціальності, але й володіння методами обчислювальної математики, сучасними мовами програмування і вміння ефективно використовувати ЕОМ для розв’язку прикладних інженерно-технічних задач. Вивчення курсу “Інформатика” забезпечує студентові-механіку знання теоретичних основ використання ЕОМ для виконання великих об’ємів обчислень, розв’язку задач моделювання і оптимізації, збору і збереження інформації, обробки даних експериментів. Курс завершується виконанням курсової роботи, направленої на самостійний розв’язок задачі машинобудівельного проектування з використанням ЕОМ.

Дані методичні вказівки містять в собі основні відомості про зміст курсової роботи, порядок її виконання і захисту, правила оформлення, а також завдання курсової роботи. В завданні приведені основні відомості по проектуванню окремих вузлів і деталей машин і механізмів, розрахункові формули та постановка задачі. Більш детально по тому чи іншому питанню проектування машин студент може познайомитись з допомогою рекомендованої літератури, приведеній в списку.

Задачі, дані в методичних вказівках, орієнтовані на виконання алгоритмічними мовами високого рівня в діалоговому режимі.

Успішне виконання курсової роботи дозволить студентові перейти до самостійного розв’язку на ЕОМ більш складних задач при вивченні наступних курсів, таких як “Опір матеріалів”, “Теорія машин і механізмів” і інших.

1. МЕТА КУРСОВОЇ РОБОТИ

Метою курсової роботи є засвоєння і розширення знань, одержаних студентами при вивченні курсу “Інформатика”, на прикладі розв’язку інженерної задачі машинобудівельного проектування на ЕОМ.

2. ОРГАНІЗАЦІЯ ПРОЕКТУВАННЯ

Вхідним документом для розробки курсової роботи являється завдання на проектування (додаток Б), яке видається студентові керівником, викладачем кафедри прикладної математики, не пізніше, двох тижнів від початку семестру. В завданні фіксується календарний план роботи на весь період проектування зі встановленням термінів виконання окремих розділів. Календарний план розробляється керівником курсової роботи сумісно зі студентом. На першому етапі виконання роботи студент знайомиться з завданням, підбирає і вивчає спеціальну літературу з проектування потрібного вузла чи механізму, вибирає метод розв’язку задачі, складає словесний та графічний алгоритм, програмує. Виконання робіт цього етапу дозволяє визначити розрахункові формули, згрупувати вхідні і вихідні дані, врахувати специфіку алгоритмічної мови програмування і вибраної для використання обчислювальної техніки, підготувати програму алгоритмічною мовою для виконання на ЕОМ.

Другий етап передбачає виконання програм в діалоговому режимі на персональних ЕОМ. Цей етап включає трансляцію програм, їх налагодження, роздруківку програм і результатів розрахунку, аналіз одержаних результатів.

Протягом усього проектування здійснюється комп’ютерний набір розділів курсової роботи, використовуючи текстовий і графічний редактори. Виконана та відповідним чином оформлена курсова робота здається на кафедру не пізніше, ніж за тиждень до дня захисту.

3. СТРУКТУРА КУРСОВОЇ РОБОТИ

Курсова робота включає:

1) пояснювальну записку, складену і оформлену згідно даних методичних вказівок;

2) дискету з програмою.

4. ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Пояснювальна записка оформляється на листах формату А4 об’ємом 25–30 сторінок рукописного тексту. Текст пояснювальної записки включає:

– титульну сторінку;

–завдання на проектування;

– зміст;

– вступ;

– технологічну частину;

– постановку задачі;

– опис структури алгоритму і методику розв’язування задачі;

– блок-схему алгоритму;

– таблицю ідентифікаторів;

– текст програми;

– розрахунок контрольної точки;

– лист-роздруківка програми і результатів розрахунку;

– опис і пояснення до програми;

– аналіз результатів розв’язку задачі;

– висновки;

– список використаної літератури.

Титульна сторінка оформлюється за взірцем, поданим в додатку А. Приклад заповнення завдання на проектування приведений в додатку Б.

Пояснювальна записка оформляється студентом з допомогою комп’ютерного набору (допускається в деяких випадках написання від руки). Кожна сторінка тексту пояснювальної записки (крім сторінки зі змістом, де внизу викреслюється основний напис, що на додатку В, варіант 1), повинна мати основний напис, форма якого приведена в додатку В, варіант 2. На сторінках зі схемами і кресленнями оформляється основний напис, приведений в додатку Д.

У вступі висвітлюються основні напрямки розвитку обчислювальної техніки на сучасному етапі, задачі, що стоять перед машинобудівельниками по її впровадженню в своїй галузі.

В технологічній частині приводяться основні відомості з проектування окремих деталей, вузлів і механізмів машин, даються визначення основних параметрів, описуються методи і порядок розрахунку цих елементів.

В постановці задачі визначаються вхідні і вихідні масиви даних, послідовність обчислювального процесу, склад і порядок запису розрахункових формул, кінцева мета розв’язування задачі.

В розділі, присвяченому опису структури алгоритму і методу розв’язування задачі, розглядаються питання вибору оптимальної схеми алгоритму, ефективність вибраного методу, описуються основні структури алгоритмічної мови, з допомогою якої планується одержати розв’язок, коротка характеристика ЕОМ, яка використана при виконанні курсової роботи.

В розділі розрахунок контрольної точки з допомогою програми MathCad або калькулятора дається розрахунок однієї шуканої величини для порівняння з комп’ютерним розрахунком.

Блок-схема являє собою графічну форму відображення алгоритму розв’язку задачі. Блок-схема виконується у відповідності з позначенням ГОСТ 19.003-80, основні блоки якої приведені в додатку Ж.

В таблиці ідентифікаторів подаються назви і позначення фізичних величин в розрахункових формулах, їх позначення в програмі, одиниці вимірювання фізичних величин. Таблиця ідентифікаторів складається по формі, приведеній в додатку Е.

Програма набирається на комп’ютері з дотриманням структури програми. Програма починається з коментарів, де вказується група, прізвище студента і прізвище викладача-консультанта. Оператори програм записуються згідно існуючих правил.

Студент повинен продемонструвати максимум набутих знань з програмування, застосувавши файли для вхідних і вихідних масивів даних, редагований вивід інформації, підпрограми, тощо.

Аналіз результатів обчислень і висновки завершують пояснювальну записку. За результатами обчислень будуються графіки залежностей змінних вхідних і вихідних параметрів і дається об’єктивна оцінка одержаних результатів.

5. ЗАХИСТ КУРСОВОЇ РОБОТИ

Захист курсової роботи проводиться перед комісією за участю керівника в дні і години, призначені викладачем в формі співбесіди. Студент доповідає про основні етапи розв’язку задачі, аналіз результатів проведених розрахунків на ЕОМ, робить висновки по роботі. На доповідь відводиться 10–15 хвилин. Викладачі і присутні на захисті студенти задають питання по змісту курсової роботи в об’ємі курсу.

При оцінці роботи враховується оригінальність алгоритму і прийомів програмування, вміле застосування студентом на практиці основ курсу, ритмічність роботи над курсовою роботою, якість оформлення пояснювальної записки і графічного матеріалу.

У випадку одержання незадовільної оцінки студенту видається нове завдання.

6. ЗАВДАННЯ КУРСОВОЇ РОБОТИ