Орегонский технологический институт применяет Simcenter STAR-CCM+ для обучения студентов ценным инженерным навыкам

Введение дисциплины «Вычислительная гидрогазодинамика» в образовательный процесс

Орегонский технологический институт в г.Кламат Фолс
(шт.Орегон) — техническое учебное заведение, готовящее будущих инженеров, способных экспериментировать и успешно решать самые сложные задачи. Студенты учатся находить наилучшие возможные варианты конструкции с соблюдением сроков и бюджета. После введения в 2012 году дисциплины «Вычислительная гидрогазодинамика» на нее записалась половина из 30 студентов выпускного курса, изучавших технологию машиностроения. В своих отзывах они отметили, что гордятся возможностью разрабатывать инструменты контроля проектных решений. С этого момента вычислительная гидрогазодинамика постоянно предлагается студентам в качестве дисциплины по выбору.

Подготовка инженеров по вычислительной гидрогазодинамике

Перед изучением вычислительной гидрогазодинамики студенты обычно прослушивают 30­недельный вводный курс по системам автоматизированного проектирования, 10­недельный курс по численным методам, 10­недельный курс по геометрическим и размерным допускам, а также курс по механике жидкостей и газов продолжительностью от 10 до 20 недель. При этом единственным обязательным условием для записи на курс по вычислительной гидрогазодинамике является прохождение вводного курса по механике жидкостей и газов. Однажды на курс вычислительной гидрогазодинамики записались два студента, обучавшихся по направлению «Возобновляемые источники энергии». Отсутствие у них опыта работы с CAD­системами вызвало затруднения с освоением принципов построения конечно­элементных сеток. В связи с этим перед изучением вычислительной гидрогазодинамики студентам было настоятельно рекомендовано пройти 10­недельный курс по CAD­системам. Эти студенты в конечном счете смогли произвести необходимые настройки, однако студенты, имевшие значительный опыт в работе с CAD­системами, добились успеха гораздо быстрее.

Самостоятельное решение практических задач — лучший способ превратить специалиста по автоматизированному проектированию в инженера по вычислительной гидрогазодинамике. Решение Simcenter™ STAR­CCM+™ от компании Siemens PLM Software представляет собой набор инструментов, при помощи которого учащиеся детально изучают принципы построения конечно­элементных сеток и корректной настройки физических моделей. В комплекте с ПО поставляется множество полезных обучающих материалов. Использование Simcenter STAR­CCM+ в процессе обучения позволяет за 10 недель подготавливать инженеров с уровнем квалификации, достаточным для решения не только текущих, но и перспективных задач вычислительной гидрогазодинамики. Прикладной метод обучения показал высокую эффективность в изучении основ вычислительной гидрогазодинамики.

Статическое давление (во избежание неустойчивости фактический угол падения составляет 0,5 градуса)

«Благодаря инструментам Simcenter STAR­CCM+ мои студенты выполняют работы, с которыми раньше могли справиться только доктора наук, — делится впечатлениями доцент Орегонского технологического института Шон Слоан (Sean Sloan). — Simcenter STAR­CCM+ — мощный инструмент, прекрасно демонстрирующий поведение жидкостей и газов».

Разумеется, только что начавший изучать дисциплину студент не обладает достаточными знаниями, чтобы построить модель для гидрогазодинамических расчетов. Поэтому сначала студенты в течение месяца проходят предварительное обучение. В это время они повторяют уже изученные темы: уменьшение минимального шага сетки с целью моделирования мелких элементов геометрии, увеличение скорости роста размеров ячеек без нарушения узлов сетки или уменьшение скорости роста ячеек, что повышает устойчивость расчетной модели. Существует множество способов получения корректной модели, но лишь глубокое понимание назначения каждого управляющего параметра дает возможность найти правильное решение.

«Учебные материалы по Simcenter STAR­CCM+ охватывают множество аспектов вычислительной гидрогазодинамики, — отмечает г­н Слоан. — Из всех программ, с которыми мне приходилось работать, Simcenter STAR­CCM+ имеет наилучшую справочную документацию».

Как начать обучение вычислительной гидрогазодинамике

Шон Слоан подчеркивает, что именно система Simcenter STAR­CCM+ сделала возможным введение дисциплины вычислительной гидрогазодинамики в Орегонском технологическом институте. В настоящее время разработка студентами собственных программных решений по построению конечно­элементных сеток и исследованию сходимости моделей оказывается неоправданно трудоемкой и нецелесообразной задачей. Новая дисциплина призвана совместить навыки студентов по проведению испытаний с навыками моделирования, тем самым повышая их ценность как специалистов более широкого профиля. Особенно трудными этапами являются изучение внутренней логики работы системы и освоение навыков программирования, но успешное прохождение курса позволяет в короткие сроки значительно углубить познания в области вычислительной гидрогазодинамики.

«Я не располагаю достаточным временем, чтобы подготовить все необходимые обучающие материалы по курсу, — сетует г­н Слоан. — И я очень доволен наличием учебных пособий для освоения студентами основ работы с программой. С такими материалами уже через четыре недели студенты свободно ориентируются в интерфейсе, а мне остается только подсказывать им, если что­то идет не так. Благодаря статьям, видеоматериалам и дополнительным учебным пособиям от компании Siemens PLM Software студенты в кратчайшие сроки переходят к этапу непосредственного использования программы и отлично понимают логику процессов расчета. Не представляю, как бы мне удалось подготовить этот курс без поддержки сотрудников компании Siemens PLM Software. Они оказали мне и моим студентам неоценимую помощь в решении ряда вопросов — в частности при выборе подходящей конфигурации компьютера для решения задач вычислительной гидрогазодинамики. Сегодня изучение вычислительной гидрогазодинамики стало доступным для всех — докторская степень для этого уже не требуется».