2. Використання сучасних матеріалів при моделюванні
2.1Теоретичні основи технічного моделювання
Технічне моделювання полягає в заміні вивчення явища, що цікавить людину, або об'єкту в натурі вивченням аналогічного явища або об'єкту на моделі меншого або більшого масштабу. Основний його сенс полягає в тому, щоб за наслідками дослідів з моделями можна було давати необхідні відповіді про характер ефектів і різні величини, пов'язані з явищем в натурних умовах.
В більшості випадків технічне моделювання в творчості школярів засноване на відтворенні фізично подібних явищ. Вивчення того або іншого натурного явища, що зацікавило що вчаться (наприклад, рух справжніх літаків, ракет, кораблів, автомобілів і ін.), замінюється вивченням фізично подібних явищ на відповідних моделях, що здійснювати реальніше і зручніше, оскільки є можливість багато разів повторювати досвід, змінюючи умови його проведення.
Способи визначення фізичної подібності багатообразні. Ми скористаємося визначенням, запропонованим академіком Л. І. Сєдовим, як найбільш прийнятним і зручним для подальшого розгляду питань технічного моделювання:
"Два явища подібні, якщо по заданих характеристиках одного можна одержати характеристики іншого простим перерахунком, який аналогічний переходу від однієї системи одиниць вимірювання до іншої системе"1.
Для здійснення такого перерахунку необхідно знати "перехідні масштаби". Чисельні характеристики для двох різних, але подібних явищ Л. І. Седов пропонує розглядати як чисельні характеристики одного і того ж явища, виражені в двох різних системах одиниць вимірювання, враховуючи при цьому, що для всякої сукупності подібних явищ всі безрозмірні характеристики (безрозмірні комбінації з розмірних величин) мають однакове чисельне значення. Причому зворотний висновок також справедливий, тобто якщо всі безрозмірні характеристики для двох рухів однакові, ч об рухи подібні. "Сукупність механічно подібних рухів і визначає собою режим руху", - підкреслює Л. І. Сєдов.
Згідно з даними сучасної науки, в основі процесу технічного моделювання лежить теорія подібності. Відомо, що ця теорія вивчає відносини між моделлю і натурою у випадках, коли та і інша належать до однієї і тієї ж форми руху, зокрема - до механічного руху. Подібними вважаються такі предмети і явища, у яких всі характеризуючи їх однорідні фізичні величини знаходяться для будь-якої точки простору в однаковому відношенні. В цьому випадку подібність називається повною. У багатьох випадках (а в технічній творчості школярів в більшості) подібність дотримана не для всіх величин, а лише для деяких. Тоді його називають частковою подібністю. Кажучи про модель і про натуру, перш за все мають на увазі їх геометричну подібність, тобто пропорційність всіх лінійних розмірів моделі і натура і рівність їх відповідних кутів.
Створення сучасних машин - процес складний і тривалий. Він включає інженерне прогнозування і конструювання, підготовку і освоєння виробництва.
Основним завданням прогнозування є передбаченням основного напряму розвитку техніки, що розробляється. Прогнозуванняне стихійний процес. Воно базується на аналізі перспектив розвитку науки, виробництва, суспільства. Звідси витікає, що створенню нової техніки передує велика робота по вивченню досягнень в даній області фізики, хімії, математики, технічних і інших наук. Уважно вивчаються винаходи, раціоналізаторські пропозиції. Обговорюються прогнози фахівців в даній області. Окрім обліку тенденцій розвитку науки і техніки, при прогнозуванні враховується розвиток суспільних потреб. Таких, наприклад, як охорона навколишнього середовища, створення оптимальних умов для роботи і відпочинку і т.д. Велике значення при прогнозуванні має облік економічних питань розвитку країни. Допущена помилка у виборі стратегії розвитку даної галузі може негативно позначитися на всіх сторонах життя і діяльності людини.
В даний час розроблено багато різних методів прогнозування. На практиці застосовуються такі методи, як екстраполяція і кореляція тенденцій, анкетування незалежних думок, метод зважених оцінок, матричний метод і ін. Всі вони передбачають залучення до прогнозування фахівців, експертів і засновані на якісному і кількісному аналізах наявного досвіду і сучасного стану розвитку науки і техніки.
Аналіз практики прогнозування в техніці показує, що в даний час широко застосовують два шляхи побудови прогнозу: прогноз, що йде від наявного базису в майбутнє, і прогноз, рухомий від цілей, які повинні бути досягнуті в майбутньому, до сьогодення. Зважаючи на велику відповідальність побудову прогнозів проводять обома шляхами.
Спеціальними дослідженнями встановлено, що прогнози доцільно розробляти на період, протягом якого схвалюване рішення матиме ефективну дію. В даний час такий період складає близько 15 років. Характерний, що достовірність прогнозів, зроблених на триваліший термін, помітно знижується.
Проектування припускає розробку загальної конструкції виробу. Кінцевою метою проектування є створення технічного завдання на розробку проекту машини. Розробка технічного завдання ведеться на основі результатів прогнозування і наукових досліджень можливостей технічного їх втілення в технічному пристрої.
Першим етапом процесу інженерного проектування є чітке визначення мети, яка повинна бути досягнута, або вимоги, яка повинна бути задоволена. Потім йде опис конкретного завдання, яке повинне бути вирішене для досягнення загальної мети. Завдання визначається з урахуванням можливості її рішення, хоча шляхи її рішення можуть бути різними. Тому на наступному етапі проектування ухвалюється рішення: який шлях вибрати для реалізації мети? Цей етап називається формуванням ідеї. Він складає основу проектування. Часто формування ідеї вимагає величезної творчої уяви, мистецтва і винахідливості. Іноді це - шаблонне застосування відомого принципу в нових умовах. Проте у будь-якому випадку від правильного вибору ідеї багато в чому залежить результат справи. Далі сформована ідея піддається інженерному аналізу. На цьому етапі завдання конкретизується, при необхідності будується модель - наближення, що ідеалізується, до реальної ситуації, відбувається накопичення даних і застосуванням фізичних принципів. Сюди входять також перевірка, оцінка, узагальнення і оптимізація результатів. На основі інженерного аналізу складається технічне завдання. Воно містить всі початкові дані, необхідні для розробки проекту машини.
Технічне завдання є первинним основоположним проектним документом, яким керуються конструктори. Цей документ визначає технічний пошук конструкторів в потрібному напрямі і затверджується особою, що відповідає за технічний рівень виробництва або галузі, для якої призначена машина.
Технічне завдання на розробку проекту машини повинне освітлювати такі питання: мета створення машини; параметри, режим і умови її роботи; дані про експериментальні роботи, порівняльну оцінку технічного рівня машини; вказівки по принциповому пристрою машини і принципу її дії; ступінь механізації і автоматизації машини, умови експлуатації; терміни виконання проекту; серійність випуску; вказівка про завод-виготівник; технічні вимоги до машини і проекту.
Технічне завдання не є догмою. В процесі конструкторських робіт в нього можуть бути внесені зміни, що передбачають поліпшення технічного пристрою, що розробляється.
Прогнозування і проектування називають пошуковою частиною створення нової машини. Тому успішна розробка технічного завдання залежить від колективу фахівців, що беруть участь в ній. Інженери-проектувальники повинні володіти наступними якостями:
винахідливістю умінням генерувати цінні ідеї і принципи, лежачі в основі об'єктів і процесів, призначених для досягнення поставленої мети;
схильністю до аналітичної діяльності здатністю аналізувати даний елемент, систему або процес, використовуючи технічні або наукові принципи з метою отримання правильних результатів;
глибоким знанням техніки - наявністю узагальнених знань про техніку взагалі і зокрема доскональне знання технічних пристроїв в тій області, з якою пов'язане проектування знанням
технології виробництва розумінням можливостей технологічних процесів;
володінням математичним апаратом умінням у разі потреби застосувати математику і обчислювальну техніку; умінням ухвалювати рішення в складних умовах, з повним обліком всіх істотних чинників.
здатністю виражати свої думки чітко і переконливо. Технічне конструювання є важливою частиною процесу створення машини або споруди і закінчується складанням технічного проекту.