Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1865

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
16.06.2024
Размер:
3.39 Mб
Скачать

классификации профессионально ориентированных математических задач строительного профиля по типам математических моделей. Применительно к инженерно-строительным специальностям такую классификацию можно просмотреть в учебном пособии В.В. Карпова, А.В. Коробейникова [72]. Авторы выделяют четыре основных типа математических моделей, встречающихся в строительстве:

1.Математические модели в виде систем линейных уравнений. К таким моделям сводятся задачи на расчет прочности, устойчивости и колебаний элементов строительных конструкций и целых сооружений.

2.Математические модели в виде дифференциальных уравнений и их систем. С помощью моделей такого вида описываются задачи на исследование напряженно-деформированного состояния стержней, пластин и оболочек.

3.Математические модели задач линейного программирования. К ним относятся задачи на нахождение оптимального расхода материалов, ресурсов, сырья и т.д.

4.Математические модели экспериментальных процессов, например, создание новых строительных материалов.

Многие исследователи классифицируют профессионально ориентированные задачи по математическим разделам. Рассматриваются приложения теории функций и теории площадей поверхностей и объемов геометрических тел к решению строительных задач [2], описывается возможность применения гармонического анализа к расчету железобетонных конструкций при действии на них переменных нагрузок [10]. В книге В.А. Вознесенского [35] широко демонстрируется применение основных разделов численных методов к решению строительно-технологических задач. В приложении к данной книге приводятся примеры строительных задач, решение которых основывается на знание теории элементов линейной алгебры, аналитическойгеометрии, теориивероятностейиматематическойстатистики.

Врассматриваемых работах показывается приложение лишь отдельных математических разделов к профессиональной деятельности инженерастроителя. На основе анализа приведенных выше и других пособий, мы попытались систематизировать этот процесс и показали применение профессионально ориентированных математических задач в рамках основных математических разделов. Результат представлен нами в виде табл. 5.

Из таблицы видно, что с каждым профессиональным умением соотносится профессионально ориентированная математическая задача. Это позволяет нам проклассифицировать задачи строительного профиля в соответствии с основными видами выделенных умений.

41

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5

Математические

Дисциплины

Профессиональные

Профессионально ориентированные математические

разделы

специализации

умения инженера-

 

 

 

 

задачи

 

 

 

 

 

 

 

строителя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

Элементы

1.Строи-

1.Умение

произво-

1.Система канонических уравнений для двухэтажной

линейной алгебры.

тельная

дить

математиче-

однопролетной статически неопределимой рамы нагру-

 

механика

ские

расчеты на

женнойгоризонтальнойузловойнагрузкойимеетвид:

 

 

выявление

устойчи-

 

 

 

z1 0,1z2 0,03

 

 

 

 

 

 

вости и деформации

 

 

 

z1 8z2 z3

0,8

 

 

 

 

 

 

элементов

строи-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z2 8z3 z4

1,3 ,

 

 

 

 

 

 

тельных

кон-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

струкций.

 

 

 

 

z3 8z4 z5 1,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где z1, z2 , z3, z4 , z5

0,1z4 z5 0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

искомые угловые перемещения

 

 

 

 

 

жестких узлов рамы. Раскрыть статическую

 

 

 

 

 

неопределимость рамы.

 

 

 

 

 

 

2.Организация,

2.Умение

использо-

2.В комбинат входят три завода, на которых в 2003 и

 

управление и

вать математический

2004 гг. выпущены железобетонные изделияпяти видов,

 

планирование в

аппарат при состав-

характеризующихсясоответственноматрицам Aij

и Bij :

 

строительстве.

лении

производ-

20

10

0

5

10

25

8

0

5

7

 

 

ственных отчетов.

Aij 10

10

4

0

6 ; Bij 12

12

6

0

10 ,

 

 

 

 

 

60

20

0

10

10

62

21

0

10

10

 

 

 

 

 

гдеi – номерзавода-изготовителя; j – названиеизделия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

1

2

3

4

 

 

Цены на 1 м3

железобетонных конструкций разные:

 

 

панели перекрытий – 50 руб./ м3, панели стеновые –

 

 

55 руб./м3, колонны и балки – 90 руб./м3, лестничные

 

 

марши и площадки-60 руб./м3 и комплектующие

 

 

детали – 75 руб./ м3.

 

 

Эта информация образует матрицу

5055

С = 9060

75

Найти общий объем годовой продукции в денежном выражении:

– для второго завода за 2004 г.

– для всего комбината за 2003 г.

3. Архитектура

3. Умение

использо-

3.Суммарный фонд средств J, запланированный на

гражданских и

вать математические

строительство сложившейся части города, расхо-

промышленных

средства

при

прове-

дуется по следующим статьям:

зданий.

дении инженерно-эко-

1.

Строительство жилых домов.

 

номических

обсле-

2.Строительство инженерных сооружений.

 

дований при проекти-

3.

Вывоз или снос предприятий.

 

ровании

сооружении

4.

Возмещение снесенного жилья.

 

объектов

 

строи-

 

 

 

тельства.

 

 

 

 

43

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

 

1

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предложен проект, предусматривающий размещений

 

 

 

 

 

 

 

 

средств не только по указанным статьям, но и по

 

 

 

 

 

 

 

 

четырем

этапам

строительства. Вводится матрица

 

 

 

 

 

 

 

 

А a

 

4 4

( a

сумма, вкладываемая в i -ю статью,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ij

 

 

ij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

на j -м этапе строительства)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

67

30

 

28

 

96

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

43

51

69

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(тыс. руб.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

13

 

17

 

29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

64

35

 

10

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определить:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Суммарный фонд средств.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.По какой из статей производятся максимальные

 

 

 

 

 

 

 

 

затраты, а по какой минимальные?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение в анализ.

 

1.Строительные

1.

Умение

с

1.Проследите по графику функции, как изменяется

 

 

 

 

материалы.

использованием

 

время

 

 

 

схватывания гипса в зависимости от

 

 

 

 

 

средств математики

количества имеющейся добавки.

 

 

 

 

 

выполнять

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T, мин

 

 

 

 

 

теоретические

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

исследования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

свойств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

строительных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

материалов (гипса).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 q,%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,

1 1,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

44

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

 

1

 

 

2

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Какое количество добавки (в %) следует ввести,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

чтобы время схватывания гипса было равно 20 мин?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Через сколько времени закончится схватывание гип-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

са, если ввести в водогипсовую смесь 1,0 % добавки?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как следует распределить имеющуюся в наличии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

добавку, чтобы ускорить время схватывания гипса?

 

 

 

 

2.Архитектура

2.Умение

использо-

 

2.По графикам зависимости удельного расхода

 

 

 

 

гражданских и

вать математические

 

материала Q от площади поверхности покрытия S .

 

 

 

 

промышленных

средства при прове-

 

Определите наиболее экономически эффективный

 

 

 

 

зданий

и соо-

дении инженерных и

 

тип покрытия для малых ( 20 103 м2 ) и больших

 

 

 

 

ружений

инженерно-экономи-

 

площадей поверхностей при проектировании зданий.

 

 

 

 

 

 

ческих

обследова-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ний при проектиро-

 

Q, кг/м2

 

 

 

 

 

 

вании и сооружении

 

 

 

 

 

 

 

объектов

строитель-

 

200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

150

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 20 40 60 80 100 s 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

 

1

 

2

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дифференциальное

1.Технология и

1.Умение с помо-

1.1.Рассмотрим перемещение звеньев кривошипно-

 

 

исчисление

функ-

механизация

щью

математиче-

шатунного механизма с заданными размерами.

 

 

ций

одной

строительного

ских средств

иссле-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

переменной.

 

производства

довать

эффектив-

Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(строит.

ность

работы

меха-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

машин).

низмов строитель-

 

 

Lc

 

 

 

 

 

ных машин.

 

 

Ya L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X a

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Допустим, что начальное положение ведущего звена –

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кривошипа – равно 0 =62°. Размеры звеньев криво-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шипно-шатунного механизма соответственно равны:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L=0,1 b Lc=0,35. Требуется определить положение,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

скорость и ускорение ведомого звена – ползуна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кривошипнo-шатунного механизма.

 

 

 

 

 

1.2.Умение

приме-

1.2. Определить скорость подъема поднимаемой

 

 

 

 

 

нять

математиче-

строительным краном бетонной плиты, зная, что

 

 

 

 

 

ский

аппарат

при

скорость v(t) является первой производной от

 

 

 

 

 

вычислении

скоро-

перемещения по времени. Зависимость высоты

 

 

 

 

 

сти

протекания

подъема плиты от времени описывается формулой

 

 

 

 

 

строительных

 

 

h(t) 0.02 t2 4 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

процессов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

46

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

1

2

 

3

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Технология

2.Умение на основе

2. Для придания консоли

AB a жесткости исполь-

возведения зда-

использования мате-

зуются две опоры AD и CD . (где AC b ).

ний и

соору-

матических

методов

 

 

 

 

 

 

 

жений.

 

находить

оптималь-

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ные решения при

 

b

 

 

 

 

 

 

 

сооружении

строи-

A

С

 

 

В

 

 

тельных

конструк-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ций.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наибольшая жесткость конструкции достигается при

 

 

 

 

 

наибольшей величине угла , тангенс которого опре-

 

 

 

 

 

деляется формулой:

tg( ) bx / (x2 a(a b)) . Опре-

делите, на каком расстоянии от точки B следует закрепить опоры, чтобы придать конструкции наибольшую жесткость.

47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

1

 

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Векторная функция

1. Строительные

1. Умение с исполь-

1. Определить кривизну моста, описывающегося

скалярного

 

конструкции.

зованием средств ма-

уравнением

y

 

1

x2 .

 

 

 

 

 

 

 

 

аргумента.

 

 

тематики

выполнять

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

теоретические

ис-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следования

свойств

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

строительных

соо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ружений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интерполяция.

1.Строительные

1.Умение с исполь-

1. По опытным данным зависимости водопоглощения

 

 

материалы.

зованием средств ма-

от температуры обжига Т:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тематики

выполнять

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т,

 

C

1000

 

1200

 

1300

 

 

 

 

 

 

 

 

теоретические иссле-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

, %

15

 

 

7

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дования

 

свойств

 

 

 

 

 

 

 

промежуточного

 

 

 

строительных

мате-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определить

водопоглощение

для

 

 

 

риалов.

 

 

 

значения Т=1250 С.

 

 

 

 

 

 

 

 

Интегральное

 

1.Строительные

1.Умение с исполь-

1. По опытным данным зависимости энтропии s от

исчисление

функ-

материалы

зованием

 

средств

температуры процесса Т:

 

 

 

 

 

 

ций одной

пере-

 

математики

выпол-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

менной.

 

 

нять теоретические

Т(s)

278

303

323

340

350

354

347

330

325

 

 

 

 

исследования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

свойств строительных материалов.

 

S

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

 

 

Определить среднеинтегральную температуру газа Тс.и,

используядляэтоготермодинамическоесоотношение

 

 

 

 

 

 

 

 

s2n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тc.и ( T (s)ds)(s2n s0 ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

ti

 

 

 

48

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

1

2

 

3

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технология и

 

2. Умение

с помо-

2. С помощью подъемного крана извлекают железо-

 

механизация

 

щью математиче-

бетонную надолбу со дна реки глубиной 5 м. Какая

 

строительного

 

ских средств иссле-

работа при этом совершается, если надолба имеет

 

производства.

 

довать

эффек-

форму правильного тетраэдра с ребром 1 м?

 

 

 

тивность

работы

 

 

 

 

строительных

Y

 

 

 

машин.

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

x

 

 

 

 

Плотность железобетона – 2500 кг/м3, плотность

 

 

 

 

воды – 1000 кг/м3.

 

Функции

1. Организация,

1. Умение, исполь-

1.Для производства двух видов конструктивных плит

нескольких

управление

и

зуя математические

(А и Б) на заводе железобетонных конструкций

переменных.

планирование

в

методы, принимать

используется 3 вида сырья. Нормы расхода сырья

 

строительстве.

 

оптимальные управ-

каждого вида на изготовление одной плиты

 

 

 

ленческие решения.

приведены в таблице. В ней же указаны прибыль от

 

 

 

 

реализации изделия каждого вида и общее

 

 

 

 

количество сырья каждого вида, которое может быть

 

 

 

 

использовано предприятием.

 

49

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продолжение табл. 5

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вид

 

 

Нормы расхода

Общее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сырья

 

 

сырья

 

 

кол-во

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сырья

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А

 

 

Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

12

 

 

4

 

 

300

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

4

 

 

4

 

 

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

3

 

 

12

 

 

252

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приб

 

 

30

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Учитывая,

что изделия А и Б могут производиться в

 

 

 

 

любых соотношениях (сбыт обеспечен), требуется

 

 

 

 

найти такой план производства, при котором

 

 

 

 

прибыль предприятия будет максимальной.

 

 

 

 

Аппроксимация

1.Строительные

1. Умение с исполь-

1.При разработке гипсового композита исследовалось

функций.

материалы.

зованием

средств

влияние

на

плотность

, кг/м3 ,

в сухом состоянии

 

 

математики

выпол-

введения

вспученного перлитового песка в коли-

 

 

нять теоретические

честве от 0 до 10% от массы гипса при формировании

 

 

исследования

изделий из технологической смеси нормальной

 

 

свойств строитель-

 

 

густоты

(по

Суттарду). При

гипотезе

линейного

 

 

ных материалов.

снижения в зависимости от нормализованного

 

 

 

 

 

 

 

 

фактора x1

нужно найти две оценки МНК в модели

 

 

 

 

 

b0 b1x

по

результатам пяти опытов, представ-

 

 

 

 

ленных в таблице.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-1

 

 

 

-0,5

 

0

 

0,5

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1228

 

1136

 

1120

1044

 

942

 

50

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]