Механико математическое моделирование. Основные физические модели и понятия механики. Организации, в которых работают выпускники

Бакалавриат
• 01.03.01 Математика
• 01.03.02 Прикладная математика и информатика
• 01.03.03 Механика и математическое моделирование
• 01.03.04 Прикладная математика

Специалитет
• 01.05.01 Фундаментальные математика и механика

Будущее отрасли

Какими технологиями должно обладать государство, чтобы в ХХI веке быть сильным и независимым? Космос, атомная энергетика, шифрование, проектирование, гуманитарные технологии - математика нужна для всех этих и многих других технологий, без которых немыслимо будущее.

Математика является основой, базисом для всех естественных и многих гуманитарных наук. Благодаря развитию этой науки, человечество сделало впечатляющий технологический рывок за последнее столетие. Без математики невозможно развитие физики, химии, инженерного дела, программирования, архитектуры и многих других дисциплин. Не зная математики нельзя построить дом, сконструировать двигатель внутреннего сгорания, создать компьютерную программу. Математика – это средство, инструмент для других научных дисциплин, при помощи которого можно переводить реальные свойства объекта или системы в абстрактные математические символы и строить модели будущей работы системы или объекта. Математика – универсальный язык, который поймут в любой стране.

Без знания математики жить в современном мире в период глобализации невозможно. Но если большинству людей достаточно элементарных основ этой науки, то для успешной работы в некоторых сферах человеческой деятельности требуются глубокие знания данной дисциплины.

Возможно, в будущем грань между математикой и другими науками сотрется, но сейчас специально обученные математики совершенно необходимы в наукоемких производствах любого профиля, в социологии, политике и образовании.

Основные итоги, результаты работы и планы на будущее

Бакалавриат

В 2015 году состоялся первый выпуск бакалавров по направлению с профилем «Экспериментальная механика и компьютерное моделирование в механике» . Восемь человек из десяти поступивших на кафедру ТиПМ в 2011 году успешно защитили выпускные работы и получили дипломы бакалавра-инженера.

Разработанный учебный план подготовки бакалавра по направлению «Механика и математическое моделирование» доказал свое высокое качество. По сравнению с предыдущей программой специалитета по «Механике» были убраны непрофильные предметы, сбалансировано соотношение между физико-математическим циклом дисциплин и специальными курсами, физико-механическим практикумом и вычислительным экспериментом. На официальном уровне введено обучение работе с универсальным «тяжелым» расчетным комплексом ANSYS(ANSYSInc., USA), входящим в тройку основных конечно-элементных комплексов, применяемых в промышленности для разработки новой техники. На основе полученного опыта и в связи с дальнейшим развитием федерального государственного образовательного стандарта учебный план бакалавриата будет и дальше улучшаться и оптимизироваться под нужды высокотехнологичного производства.

Как результат, достигнутый уровень освоения основной образовательной программы выпускника-бакалавра оказался выше выпускника-специалиста (4,1 против 3,8), а представленные выпускные работы бакалавров, несмотря на меньшие сроки подготовки, «побили» дипломы специалистов (4,6 против 4,2). При этом сами решенные научно-практические задачи вызвали живой интерес у членов государственной комиссии и длительные дискуссии.

Магистратура

В этом году осуществлен первый набор на новую магистерскую программу «Динамика и прочность сложных механических систем» направления «Механика и математическое моделирование» . К нам пришли девять человек, включая выпускников программы бакалавриата профиля «Экспериментальная механика и компьютерное моделирование в механике».

Уровень бакалавриата - это лишь первый уровень в системе российского и мирового образования. Он обеспечивает базовый теоретический уровень и дает некоторые практические навыки. Однако для решения главной на сегодня задачи российской промышленности - создания в кратчайшие сроки глобально конкурентоспособной и востребованной продукции нового поколения - необходимы специалисты новой формации - «инженерно-технологический спецназ», подготовку которых возможно осуществить только на магистерских программах, ориентированных на высокотехнологичный сектор экономики. Именно такую программу мы предлагаем нашим студентам-магистрантам.

Инженеры XXI века - это инженеры-исследователи и инженеры-разработчики, владеющие всеми передовыми технологиями мирового уровня, способные «пробивать стены», «решать нерешаемые задачи», делать инновационные прорывы, обеспечивать в конечном итоге создание промышленной продукции нового поколения.

Распределение, практика

Распределение в этом году прошло как никогда активно, что связано с окончанием программ специалитета и двойным выпуском. Однако не было замечено особого интереса к выпускникам-специалистам по сравнению с выпускниками-бакалаврами. «Голод» на инженеров-разработчиков новой техники только увеличивается. Инженеры-механики востребованы во всех отраслях машиностроения: тяжелого, энергетического, авто-, судо-, авиа- и ракетостроения. К нам приезжали как старые партнеры (Галичский автокрановый завод, Федеральный ядерный центр - НИИ Технической Физики, ООО «Прогресстех-Дубна», ОАО «Газпромтрубинвест»), так и новые, среди которых наибольшей популярностью пользовался Экспериментальный машиностроительный завод им. Мясищева, занимающийся созданием авиационной, авиационно-космической, аэростатической и десантируемой техники. Именно туда в конструкторский отдел на весьма приличную зарплату и пошла большая часть выпускников-механиков этого года.

Производственная практика 3 курса бакалавриата «Механика и математическое моделирование» прошла весьма успешно. Студенты после большого перерыва поработали в супер-оснащенной лаборатории испытания материалов ГК «Дипос» (Иваново), в Инновационном центре «Протон» (Владимир). Особенно хочется отметить практику на предприятии «ГосМКБ «Радуга» им. А.Я.Березняка» (Дубна), производящем высокоскоростные летательные аппараты, и в московском инженерном центре крупной международной компании ФЕСТО, Германия.

Основные вопросы механики

Кинематика

Механика изучает простейшие формы движения, встречающиеся в материальном мире, которые объединяются общим названием, механическое движение.

Под механическим движением мы будем понимать изменение взаимного расположения одного материального объекта по отношению к другому материальному объекту. В этом заключается одно из важнейших свойств механического движения: его относительность.

Главные вопросы, которые возникают при попытке характеризовать механическое движение данного материального объекта, следующие:

1. Как движется данный объект?, то есть каковы вид и характер его относительного движения?

2. Почему данный объект движется так, а не иначе?, то есть каковы причины, вызывающие именно данный вид и характер движения рассматриваемого объекта?

Поиском ответа на первый из этих вопросов занимается раздел механики - кинематика, на второй - динамика.

Выводы: Механическое движение относительно и является простейшей формой движения материи. Основные вопросы механики: Как и почему движется материальный объект?

В зависимости от свойств материального объекта, характера и вида его движения в механике используются самые простые физические модели:

материальная точка (частица) - объект (тело), размерами которого можно пренебречь по сравнению с характерным размером движения, в котором этот объект участвует.

Здесь следует обратить внимание на относительный характер понятия и его абстрактность. Любой реальный объект обладает конечными размерами, которыми в данной конкретной ситуации можно пренебречь или нельзя.

Например, рассматривая движение Земли вокруг Солнца, ее можно считать материальной точкой, так как радиус Земли R з =6400 км, значительно меньше радиуса ее орбиты вокруг Солнца R с =1.5×10 8 км. С другой стороны,

при рассмотрении суточного вращения Земли вокруг собственной оси применять для Земли модель “материальная точка” нельзя.

При изучении движения тела или системы тел, когда понятие материальной точки использовать нельзя, часто полезно применить другую физическую модель, которая называется система материальных точек.

Суть этой модели заключается в том, что любое тело или систему тел, движение которых необходимо изучить, мысленно разбивают на малые участки (материальные точки), размеры которых значительно меньше размеров тела или системы тел. В этом случае изучение движения тела или системы тел сводится к изучению движения отдельных участков системы, то есть материальных точек, из которых состоит эта система. При этом следует, конечно, учитывать, взаимодействуют ли материальные точки между собой или нет.

Частным случаем модели “система материальных точек” в механике является модель под названием твердое тело:

Твердое тело - это система материальных точек, взаимное расположение которых в процессе данного движения не изменяется.

Обратите внимание на относительность этой модели.

Предельным случаем модели твердого тела является абсолютно твердое тело. В абсолютно твердом теле расстояние между любыми произвольными частицами ни при каких условиях не изменяется. Абсолютно твердое тело - это абстрактная модель, так как никакое реальное тело не обладает этим свойством.

Для описания движения материальной точки используют модель -траектория движения .

Траекторией движения называется воображаемая линия, вдоль которой происходит движение данной материальной точки.

Если эта линия представляет собой прямую или ее отрезок, то говорят, что движение материальной точки прямолинейное, в противном случае движение криволинейное. Для описания видов движения твердого тела используют модели поступательного и вращательного движения.

Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, скрепленная с этим телом, при его движении остается параллельной самой себе.

Характерной особенностью такого движения является то, что траектории всех материальных точек, составляющих твердое тело, имеют одинаковую форму и размеры и при параллельном смещении могут быть совмещены друг с другом.

Вращательным называется такое движение твердого тела, при котором все его материальные точки движутся по окружностям. При этом центры этих окружностей расположены на одной прямой, называемой осью вращения.

Произвольное движение твердого тела всегда можно представить в виде совокупности одновременных поступательного и вращательного движений.

Выводы: Основными физическими моделями механики являются материальная точка, система материальных точек и твердое тело. Движение материальной точки определяется понятием “траектория движения”. Траектории бывают прямолинейными и криволинейными. Движение твердого тела может быть сведено к двум формам: поступательной и вращательной.

Наиболее распространенные экзамены при поступлении:

• Русский язык
• Математика (базовый уровень)
• Физика - профильный предмет, по выбору вуза
• Информатика и информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) - по выбору вуза

Профессии

"Механика и математическое моделирование" - специальность, позволяющая в будущем сделать выбор из довольно большого числа интересных профессий:

• научный сотрудник,
• инженер,
• математик,
• аналитик,
• руководитель,
• исследователь,
• преподаватель физико-математических дисциплин,
• специалист по математическому моделированию.

Академические бакалавры имеют возможность работать в любых сферах науки, промышленности, производства, управления, связанных с математикой, инжинирингом, физикой, механикой и программированием.

Описание специальности

За время обучения студенты приобретают научные знания по компьютерному моделированию различных механических процессов. Ученики изучают вычислительную математику, механику и биомеханику, теорию устойчивости электромеханических устройств, степень упругости, плотности и пластичности материалов. Осваивают статическую и динамическую прочность различных объектов и другие науки, так или иначе связанные с теоретической механикой, математикой, инжинирингом, сопроматом.

В процессе обучения студенты развивают способности к аналитическому мышлению, изучают основы экономики и управления производством, учатся применять на практике основы фундаментальной математики, механики, физики и других естественных наук.

Особенностью обучения на специальности «Механика и математическое моделирование» является большое количество нормо-часов, посвящённых практикумам. Где студенты имеют уникальную возможность применить свои теоретические знания в деле, анализировать и синтезировать конкретную информацию. Часть практикумов посвящена работе с программами компьютерно-математического моделирования, предназначенными для имитации технологических процессов на экране монитора.

Выпускники находят применение своим знаниям в инжиниринговых центрах промышленных компаний, газовых и нефтяных отраслях, транснациональных корпорациях, исследовательских и конструкторских бюро, в том числе - зарубежных, занимающихся разработкой новых инженерных технологий.

Основные предметы при обучении на специальности

• Механика деформируемых тел и сред.
• Математическое моделирование и компьютерный инжиниринг.

Кроме того, студенты изучают философию, историю, иностранный язык и ОБЖ (основы безопасности жизнедеятельности). Обязательные дисциплины: физическая культура и прикладная физическая культура.

Сроки обучения

Срок получения очного образования по специальности "Механика и математическое моделирование" составляет 4 года (включая каникулы). Очно-заочная и дистанционная форма обучения, по решению ректората, может быть увеличена на срок от шести месяцев до года.

Навыки и умения, приобретаемые в ходе подготовки

• Умение решать сложные задачи методом информационно-коммуникационных технологий.
• Использование математического анализа в области теоретической и прикладной механики, сопротивления металлов, геометрии, дифференциальных уравнений и теории вероятностей.
• Работа со специализированными программами для моделирования и оптимизации технологических процессов.
• Занятие научно-исследовательской работой самостоятельно или в группе.
• Решение проблем механического моделирования без участия ПК (если того требует ситуация).
• Адаптирование своих знаний к организации учебного процесса в сфере своей компетенции (физика, механика, математика, информатика).
• Организация педагогической, научной, управленческой и производственно-технологической деятельности.

В ходе обучения бакалавр приобретает профессиональные навыки, необходимые для грамотного инжиниринга и аналитики сложных механических объектов средствами компьютерного и / или физического анализа.

Специальность «Механика и математическое моделирование» – это ветвь прикладной математики, которая занимается математическим моделированием сложных физических процессов в твердых телах, жидкостях, газах и плазме.

За время обучения студенты получают глубокие фундаментальные знания в области математики и программировании, классической механики. Кроме того, студентам читается широкий диапазон специальных дисциплин по различным направлениям современной механики. Значительным является объем подготовки в области информатики, программирования, IT-технологий.

За время учебы студенты научатся:

• Применять математические методы и алгоритмы вычислительной математики при решении задач механики и анализе прикладных проблем
• Участвовать в работе научно-исследовательских семинаров, конференций, симпозиумов, а также заниматься их организацией
• Заниматься подготовкой научных статей и научно-технических отчетов
• Обрабатывать общенаучную и научно-техническую информацию
• Применять фундаментальные знания в области механики при подготовке и проведении экспериментальных исследований
• Проводить научно-исследовательские работы в области механики и математического моделирования
• Проводить экспериментальные исследования по механике
• Использовать специализированные программные комплексы при решении задач механики
• Анализировать результаты научно-исследовательской и производственно-технологической деятельности
• Преподавать физико-математические дисциплины и информатику в общеобразовательных и средних профессиональных образовательных учреждениях при специализированной переподготовке

Значительная часть выпускников посвящает себя научно-исследовательской карьере. Но и прикладное применение у направления есть. На производстве специалисты могут заниматься расчетами силовых и тепловых нагрузок на поверхности летательных аппаратов, созданием новых материалов и сплавов с эффектом памяти формы, проектированием установок для добычи и транспортировки нефти и газа и др. Специалисты по механике и математическому моделированию требуются в научно-исследовательские институты и центры, на предприятия добывающего комплекса, в авиаконструкторские бюро.

Присваиваемая квалификация

Механик. Математик-прикладник - профессиональная квалификация специалиста

Занимаемые должности

• Программист
• Инженер-механик
• Математик
• Преподаватель математики
• Специалист по математическому моделированию