Los cálculos de ingeniería exitosos generalmente se basan en modelos verificados experimentalmente, que pueden reemplazar, hasta cierto punto, tanto los experimentos físicos como la creación de prototipos, y permiten una mejor comprensión del diseño o proceso que se está estudiando. En comparación con los experimentos físicos y las pruebas de prototipos, la simulación permite una optimización más rápida, eficiente y precisa de procesos y dispositivos.

Los usuarios de COMSOL Multiphysics ® están libres de las rígidas limitaciones típicamente asociadas con los paquetes de simulación y pueden controlar todos los aspectos del modelo. Puede ser creativo con el modelado y resolver problemas que son difíciles o imposibles con un enfoque convencional combinando una cantidad arbitraria de fenómenos físicos y definiendo descripciones, ecuaciones y expresiones físicas personalizadas a través de una interfaz gráfica de usuario (GUI).

Los modelos multifísicos precisos tienen en cuenta una amplia gama de condiciones operativas y una amplia gama de fenómenos físicos. Así, la simulación ayuda a comprender, diseñar y optimizar procesos y dispositivos teniendo en cuenta las condiciones operativas de la vida real.

Flujo de trabajo de modelado consistente

Las simulaciones en COMSOL Multiphysics ® le permiten explorar electromagnetismo, mecánica estructural, acústica, dinámica de fluidos, transferencia de calor y reacciones químicas, así como cualquier otro fenómeno físico que pueda describirse mediante sistemas de ecuaciones diferenciales parciales, en un entorno de software. Puedes combinar todos estos fenómenos físicos en un solo modelo. La interfaz gráfica de usuario COMSOL Desktop ® proporciona acceso a un entorno de software de simulación completo e integrado. Independientemente de los dispositivos y procesos que estudie, el proceso de modelado será lógico y consistente.

Modelado geométrico e interacción con paquetes CAD de terceros.

Operaciones, secuencias y selecciones.

El paquete básico COMSOL Multiphysics ® contiene herramientas de modelado geométrico para crear elementos geométricos basados ​​en sólidos, superficies, curvas y operaciones booleanas. La geometría final está determinada por una secuencia de operaciones, cada una de las cuales puede recibir parámetros de entrada, lo que facilita la edición y estudios paramétricos de modelos multifísicos. La relación entre la definición de geometría y la configuración de física es bidireccional: cualquier cambio en la geometría conduce automáticamente a los cambios correspondientes en la configuración del modelo asociado.

Cualquier objeto geométrico se puede combinar en selecciones para su uso posterior en la definición de condiciones físicas y de contorno, la construcción de mallas y gráficos. Además, la secuencia de operaciones se puede utilizar para crear una pieza de geometría parametrizada, que luego se puede guardar en la Biblioteca de piezas y reutilizar en muchos modelos.

Importación, procesamiento, desfiguración y operaciones virtuales.

La importación de todos los archivos CAD y ECAD estándar a COMSOL Multiphysics ® se admite con los módulos Importar datos CAD e Importar datos ECAD, respectivamente. El módulo Diseño amplía el conjunto de operaciones geométricas disponibles en COMSOL Multiphysics®. Los módulos Importar datos de CAD y Diseño brindan la capacidad de corregir geometrías y eliminar algunas piezas innecesarias (operaciones de eliminación y reparación). Los modelos basados ​​en mallas de superficie, como el formato STL, se pueden importar y convertir en objetos geométricos utilizando la plataforma central COMSOL Multiphysics®. Las operaciones de importación funcionan de la misma manera que todas las demás operaciones geométricas: pueden utilizar selecciones y también asociatividad en estudios paramétricos y de optimización.

Como alternativa a las operaciones de eliminación y reparación, el paquete de software COMSOL ® también incluye las llamadas operaciones virtuales, que eliminan la influencia de una serie de artefactos geométricos en la malla de elementos finitos, en particular, límites alargados y estrechos, que reducen la precisión de la simulación. A diferencia de la eliminación de características, las operaciones virtuales no cambian la curvatura ni la precisión de la geometría, pero dan como resultado una malla más limpia.

Lista de funciones de modelado geométrico.

• Primitivos
  • Bloque, esfera, cono, toro, elipsoide, cilindro, espiral, pirámide, hexágono
  • Curva paramétrica, superficie paramétrica, polígono, polígonos de Bézier, curva de interpolación, punto
• Operaciones Extruir, Girar, Barrido y Loft (crear un cuerpo a lo largo de un camino o por secciones 1
• Operaciones booleanas: unión, intersección, diferencia y división
• Transformaciones: creación de matrices, copiar, voltear, mover, rotar y escalar
• Conversiones:
  • Convertir a un cuerpo volumétrico cerrado, superficie o curva.
  • Superficie media 1, Espesar 1, Dividir
• Chaflán (bisel) y filete (redondeo) 2
• Operaciones geométricas virtuales
  • Eliminar detalles (Aplicación automática de operaciones virtuales)
  • Ignorar: vértices, aristas y límites
  • Formar un objeto agregado: a partir de bordes, límites o regiones.
  • Contraer un borde o borde
  • Fusionar vértices o aristas
  • Control de malla: vértices, aristas, límites, áreas
• Modelado híbrido: sólidos, superficies, curvas y puntos.
• Planos de trabajo con modelado geométrico 2D
• Importación desde CAD e integración bidireccional mediante módulos de extensión Importación de datos desde productos CAD, Design y LiveLink™
• Corrija y elimine piezas de modelos CAD utilizando la importación de datos de productos CAD, Design y LiveLink™
  • Tapar caras, Eliminar
  • Redondear, eliminar bordes cortos, bordes estrechos, bordes y protuberancias.
  • Separar caras (seleccionar un dominio de los límites), tejer en sólido, reparar (eliminar espacios, procesar y corregir geometría)

1 Requiere el módulo de Diseño

2 Estas operaciones 3D requieren el módulo Diseño.

Este cuadro de bicicleta fue diseñado en el software SOLIDWORKS® y se puede importar a COMSOL Multiphysics® con unos pocos clics. También puede importar modelos geométricos de otros paquetes CAD de terceros o crearlos utilizando las herramientas de geometría integradas de COMSOL Multiphysics®.

Las herramientas COMSOL Multiphysics ® le permiten modificar y corregir geometrías CAD de terceros (para que coincidan con el análisis FE), como en este caso en el modelo de cuadro de bicicleta. Si quisieras, podrías crear esta geometría desde cero en COMSOL Multiphysics ®.

Malla de elementos finitos para proyecto de cuadro de bicicleta. Ahora está listo para ser calculado en COMSOL Multiphysics®.

Se realizó un análisis mecánico del modelo de cuadro de bicicleta en COMSOL Multiphysics ®. El análisis de los resultados puede sugerir qué cambios realizar en el diseño del marco en un paquete CAD de terceros para seguir trabajando.

Interfaces y funciones preinstaladas listas para usar para modelado físico

El paquete de software COMSOL ® proporciona interfaces de física listas para usar para modelar una amplia variedad de fenómenos físicos, incluidas interacciones interdisciplinarias y multifísicas comunes. Las interfaces de física son interfaces de usuario especializadas para un área específica de ingeniería o investigación que le permiten controlar en profundidad el modelado del fenómeno o fenómenos físicos en estudio, desde la configuración de los parámetros iniciales del modelo y la discretización hasta el análisis de los resultados.

Después de seleccionar una interfaz física, el paquete de software le ofrece que seleccione uno de los tipos de estudios, por ejemplo, utilizando un solucionador estacionario o no estacionario. El programa también selecciona automáticamente para el modelo matemático la discretización numérica, la configuración del solucionador y los ajustes de visualización y posprocesamiento apropiados para el fenómeno físico que se está estudiando. Las interfaces físicas se pueden combinar libremente para describir procesos que involucran múltiples fenómenos.

La plataforma COMSOL Multiphysics ® incluye un gran conjunto de interfaces físicas centrales, como interfaces para mecánica de sólidos, acústica, dinámica de fluidos, transferencia de calor, transporte químico y electromagnetismo. Al ampliar el paquete básico con módulos COMSOL ® adicionales, se obtiene un conjunto de interfaces especializadas para modelar problemas de ingeniería específicos.

Lista de interfaces físicas disponibles y representaciones de propiedades de materiales.

Interfaces físicas

• Corrientes eléctricas
• Electrostática
• Transferencia de calor en sólidos y fluidos.
• calentamiento en julios
• Flujo laminar
• Acústica de presión
• Mecánica sólida
• Transporte de especies diluidas.
• Campos Magnéticos, 2D (Campos Magnéticos, en 2D)
• Las interfaces físicas especializadas adicionales están contenidas en módulos de expansión.

Materiales

• Materiales isotrópicos y anisotrópicos.
• Materiales heterogéneos
• Materiales con propiedades espacialmente no homogéneas.
• Materiales con propiedades que cambian con el tiempo.
• Materiales con propiedades no lineales dependiendo de cualquier cantidad física.

Modelo de un actuador térmico en COMSOL Multiphysics®. La rama Heat Transfer se amplía y muestra todas las interfaces físicas relevantes. Para este ejemplo, todos los módulos de expansión están habilitados, por lo que hay muchas interfaces físicas disponibles para elegir.

Modelado transparente y flexible basado en ecuaciones personalizadas

Un paquete de software para la investigación e innovación científica y de ingeniería debe ser más que un simple entorno de simulación con un conjunto de capacidades predefinidas y limitadas. Debería proporcionar interfaces para que los usuarios creen y personalicen descripciones de sus propios modelos basados ​​en ecuaciones matemáticas. COMSOL Multiphysics ® proporciona esta flexibilidad al proporcionar un intérprete de ecuaciones que procesa expresiones, ecuaciones y otras descripciones matemáticas antes de crear un modelo numérico. Puede agregar y personalizar expresiones en interfaces de física, vinculándolas fácilmente para simular fenómenos multifísicos.

También está disponible una personalización más avanzada. Las capacidades de personalización de Physics Builder le permiten utilizar sus propias ecuaciones para crear nuevas interfaces físicas que puede incorporar fácilmente en modelos futuros o compartir con colegas.

Lista de funciones disponibles al utilizar el modelado basado en ecuaciones

• Ecuaciones diferenciales parciales (PDE) en forma débil
• Lagrange arbitrario - Métodos eulerianos (ALE) para problemas con geometría deformada y mallas en movimiento
• Ecuaciones algebraicas
• Ecuaciones diferenciales ordinarias (ODE)
• Ecuaciones algebraicas diferenciales (DAE)
• Análisis de sensibilidad (la optimización requiere el complemento de optimización)
• Cálculo de coordenadas curvilíneas

Modelo del proceso ondulatorio en una fibra óptica basado en la ecuación de Korteweg-de Vries. Las ecuaciones diferenciales parciales y las ecuaciones diferenciales ordinarias se pueden especificar en el software COMSOL Multiphysics ® en forma de coeficiente o matriz matemática.

Mallado automatizado y manual

Para discretizar el modelo y construir la malla, el paquete de software COMSOL Multiphysics ® utiliza diversos métodos y técnicas numéricos, dependiendo del tipo de física o combinación de físicas que se estudian en el modelo. Los métodos de discretización más utilizados se basan en el método de elementos finitos (consulte la sección Solvers en esta página para obtener una lista completa de métodos). En consecuencia, un algoritmo de mallado de propósito general produce una malla con elementos del tipo apropiado para el método numérico. Por ejemplo, el algoritmo predeterminado puede utilizar una malla tetraédrica aleatoria o combinarla con un método de mallado de capa límite, combinando diferentes tipos de elementos y proporcionando cálculos más rápidos y precisos.

Las operaciones de refinamiento, remallado o mallado adaptativo de la malla se pueden realizar durante el proceso de solución o en un paso de exploración especial para cualquier tipo de malla.

Lista de opciones disponibles al crear una malla

• Malla arbitraria basada en tetraedros.
• Malla barrida basada en elementos prismáticos y hexaédricos.
• Malla de capa límite
• Elementos volumétricos tetraédricos, prismáticos, piramidales y hexaédricos.
• Malla triangular de forma libre para superficies 3D y modelos 2D

• Malla cuádruple gratuita y malla estructural 2D (tipo mapeado) para superficies 3D y modelos 2D
• Operación de copia en malla
• Operaciones geométricas virtuales
• Dividir mallas en regiones, límites y bordes
• Importar mallas creadas en otro software

Malla tetraédrica no estructurada generada automáticamente para la geometría de la llanta.

Una malla no estructurada construida semiautomáticamente con capas límite para la geometría del micromezclador.

Malla manual para un modelo de componente electrónico en una placa de circuito impreso. Una malla de elementos finitos combina una malla tetraédrica, una malla triangular en la superficie y una malla construida extendiéndose hacia el volumen.

La malla de superficie del modelo vertebral se guardó en formato STL, se importó a COMSOL Multiphysics ® y se convirtió en un objeto geométrico. Sobre él se superpuso una malla no estructurada automatizada. Geometría STL proporcionada por Mark Yeoman de Continuum Blue, Reino Unido.

Estudios y sus secuencias, cálculos paramétricos y optimización.

tipos de estudios

Una vez que seleccione una interfaz de física, COMSOL Multiphysics ® ofrece varios tipos diferentes de estudios (o análisis). Por ejemplo, al estudiar mecánica de sólidos, el paquete de software ofrece estudios transitorios, estudios de estado estacionario y estudios de frecuencia natural. Para problemas de dinámica de fluidos computacional se propondrán únicamente estudios estacionarios y no estacionarios. Eres libre de elegir otro tipo de estudios para tu cálculo. Las secuencias de pasos de la investigación definen el proceso de solución y permiten calcular la selección de variables del modelo en cada paso. Las soluciones de cualquier etapa anterior del estudio se pueden utilizar como insumo para las siguientes etapas.

Análisis, optimización y evaluación paramétrica.

Para cualquier etapa del estudio, puede ejecutar un análisis paramétrico (barrido), que puede incluir uno o más parámetros del modelo, incluidas dimensiones geométricas o configuraciones en condiciones de contorno. Puede realizar barridos paramétricos en varios materiales y sus propiedades, así como en una lista de funciones específicas.

El modelo del mezclador estático en espiral se creó utilizando COMSOL Multiphysics ® Model Builder.

El curso optativo está diseñado para estudiar perfiles de aprendizaje natural-matemático, físico-matemático y tecnológico en los grados 10-11. Una de las principales tareas de la educación especializada en una escuela secundaria es orientar al egresado hacia la elección de una profesión para una socialización exitosa en la sociedad y una adaptación activa al mercado laboral. El contenido del programa tiene como objetivo consolidar conceptos, leyes, regulaciones, teorías en las principales secciones de la física: mecánica, teoría cinética molecular, electrodinámica y desarrollar la capacidad de aplicar los conocimientos adquiridos en actividades prácticas, en particular, el uso de tecnología informática.

El uso de modelos informáticos de procesos físicos permite desarrollar la capacidad de realizar investigaciones utilizando una computadora, así como comprender las capacidades y límites de aplicabilidad de un experimento informático.

La asignatura optativa: "Modelado de procesos físicos en una computadora" tiene un enfoque aplicado.

Descargar:

Avance:

institución educativa municipal

Escuela secundaria número 1

"Afirmo"

Director de la escuela ________/ Damasheva A.A./ Orden No. 92/1 de 10.05.20.

Considerado en reunión del Ministerio de Defensa: __________

Jefe del Ministerio de Defensa:_________ /Popova G.N./

Considerado en reunión del Consejo Metodológico.

03.10.20..

Responsable: _________ / Tulenkova A.G../

Programa

curso electivo

"Modelado de procesos físicos en una computadora".

10-11 grado.

Compilado por: Fattakhova Z.Kh.,

Profesor de física,

G. soviético

20...g.

Nota explicativa.

El curso optativo está diseñado para estudiar perfiles de aprendizaje natural-matemático, físico-matemático y tecnológico en los grados 10-11. Una de las principales tareas de la educación especializada en una escuela secundaria es orientar al egresado hacia la elección de una profesión para una socialización exitosa en la sociedad y una adaptación activa al mercado laboral. El contenido del programa tiene como objetivo consolidar conceptos, leyes, regulaciones, teorías en las principales secciones de la física: mecánica, teoría cinética molecular, electrodinámica y desarrollar la capacidad de aplicar los conocimientos adquiridos en actividades prácticas, en particular, el uso de tecnología informática.

El uso de modelos informáticos de procesos físicos permite desarrollar la capacidad de realizar investigaciones utilizando una computadora, así como comprender las capacidades y límites de aplicabilidad de un experimento informático.

La asignatura optativa: "Modelado de procesos físicos en una computadora" tiene un enfoque aplicado.

El propósito del curso:

Conocimiento práctico de las principales formas y métodos de aplicar los conocimientos en la práctica;

Especialización intraperfil en perfiles de formación natural-matemática, físico-matemática y tecnológica;

Brindar a los estudiantes la oportunidad de satisfacer su interés individual en estudiar los principios prácticos de la física en el proceso de actividad cognitiva al realizar experimentos e investigaciones sobre procesos físicos en una computadora.

Objetivos principales:

Brindar asistencia al estudiante en la autodeterminación profesional;

Desarrollar un interés por la física y la informática;

Desarrollar habilidades para resolver problemas y modelarlos en una computadora;

Introducir en la práctica este tipo de actividades que son líderes en muchas profesiones técnicas y de ingeniería relacionadas con la aplicación práctica de la física y la tecnología de la información.

Desarrollar la capacidad de aplicar la adquisición de conocimientos a la resolución de problemas, realizar experimentos en una computadora, procesar resultados de investigaciones, simular procesos físicos en una computadora, trabajar con literatura científica y metodológica.

Los estudiantes deberían poder:

Realizar investigaciones definidas por programas utilizando modelos informáticos;

Resolver problemas físicos, construir tablas, diagramas;

Trabajar con los medios (buscar y seleccionar información, tomar notas, resumirla);

Presentar los resultados obtenidos;

Modelar procesos físicos en una computadora y realizar su investigación.

Métodos y formas organizativas de formación:

Al impartir clases, se utilizan formas de clases como conferencias introductorias, ejercicios prácticos para la resolución de problemas, trabajo independiente de los estudiantes (colectivo, grupal, individual) y consultas.

Al trabajar con modelos informáticos, se organizan actividades de investigación para establecer experimentalmente dependencias entre cantidades. Dependiendo del nivel de competencia de los estudiantes en el método de investigación, el nivel de independencia en su implementación y la naturaleza de la asistencia del profesor pueden ser diferentes.

Además del método de investigación, es recomendable utilizar un método de búsqueda parcial, en algunos casos informativo e ilustrativo. El último método se utiliza cuando los estudiantes carecen de la base para utilizar métodos productivos.

La materia que conforma el contenido de la asignatura optativa corresponde al estado

estándar educativo de educación física a nivel de perfil, en relación con el cual no amplía tanto la gama de conocimientos temáticos de los estudiantes como los profundiza fortaleciendo los componentes metodológicos y extratemáticos del contenido.

Medios de educación:

Los principales medios didácticos se enumeran en el programa del curso. Sin embargo, la cuestión del uso de computadoras en las clases de cursos optativos merece una discusión especial. El uso de computadoras personales es posible en varias direcciones:

Aplicación de programas de formación informática para modelar procesos físicos;

Búsqueda de información en Internet;

Aplicación de sistemas informatizados.

El uso de computadoras como medio de presentación de información.

Hoy en día existe una gran cantidad de programas de formación informática en física. Entre ellos se encuentran tanto nacionales como extranjeros, presentando diversas oportunidades al profesor y al alumno. Se pueden considerar buenos programas que permiten no solo observar el progreso de un experimento, sino también cambiar ciertos parámetros.

(por ejemplo: "Física Abierta", "Física Viva").

La duración del curso es de 34 horas (17 horas - física, 17 horas - informática).

Planificación educativa y temática.

		Número de horas			Formularios trabajar	Formas de control
		Total	Física	TIV
	Problema nº 26, 27, 45. A. P. Rymkevich. Se sentó. problemas en física. MS Excel.				Conversación, trabajo con una computadora personal.	Evaluación de las gráficas construidas.
	Resolución de problemas gráficos. Problema nº 56, 57, 65, 72.				Trabajo individual con PC.	Evaluación de trabajos prácticos..
	Problema N° 77, 83 (PRG).				Lección - taller	Evaluación del modelo creado.
	Problema nº 230, 235, 236. N. Ugrinovich. Informática y tecnología de la información.				Trabajo individual con PC.	Evaluación del modelo creado.
	I. Semakin. Libro de problemas - taller. Página 155				Trabajo individual con una PC.	Evaluación del modelo creado.
	I. Semakin. Libro de problemas – Página del taller. 167.				Conversación, trabajo con una PC.
	Problema número 366.				Trabajo individual con una PC.	Evaluación del modelo creado.
	Problema nº 394, 397, 399. A. P. Rymkevich.				Conversación, trabajo con PC.	Evaluación de la tarea práctica.
	Problema nº 673, 674. A. P. Rymkevich.				Conversación, trabajo con una PC.	Evaluación del modelo creado.
	Simulación de oscilaciones de un péndulo matemático. Estudiar la gráfica de vibraciones armónicas. Problema nº 422, 417, 418, 428.				Trabajo individual con PC.	Evaluación del modelo creado.
	Notación exponencial de números en la resolución de problemas de física molecular. Problema nº 486, 479.				Conversación, trabajo con una PC.	Evaluación de las gráficas construidas.
	Problema nº 538, 539.				Trabajo individual con una PC.	Evaluación de los gráficos construidos.
	I. Semakin. Libro-taller de problemas Volumen 2. Página 178.				Trabajo individual con una PC.	Evaluación de las gráficas construidas.
	Explore circuitos eléctricos con el plan de estudios abierto de física Reglas de Kirchhoff para cadenas ramificadas. V. A. Balash. Problemas de física y métodos para resolverlos. Página 290.				Conversación, trabajo con PC.	Evaluación de la implementación de una tarea práctica.
	Problema nº 844, 845.				Trabajo individual con PC.	Evaluación del modelo creado.
	(Medio sumador, gatillo).				Trabajo individual con PC.	Evaluación del modelo creado.
	Presentación de modelos de procesos físicos creados de forma independiente.

			Simulación por ordenador	Columna. - En horas
	Movimiento uniforme rectilíneo. Construcción y lectura de gráficas de velocidad y desplazamiento.	Leyes del movimiento uniforme	Trazar una gráfica de movimiento uniforme
	Movimiento rectilíneo uniformemente acelerado. Resolución de problemas gráficos.	Leyes del movimiento uniformemente acelerado.	Insertando una imagen. Construcción.
	Determinación de la magnitud de la aceleración, el desplazamiento y la velocidad durante el movimiento uniforme.	Movimiento igualmente alternativo	Construyendo un modelo de movimiento
	Modelado de procesos físicos. Modelo de “Movimiento de un cuerpo lanzado formando un ángulo con la horizontal” en hojas de cálculo.	Adición de movimiento Cálculo de parámetros.	Golpea el objetivo. Investigación modelo
	Estudio de modelos físicos. Modelo del movimiento de cuerpos celestes y planetas. Cálculo de la altitud de la órbita estacionaria del satélite terrestre.	Fórmulas para el movimiento circular.	Modelo de movimiento planetario.
	La ley de conservación del momento y su aplicación para calcular la velocidad de un cohete.	Derivación de la fórmula de la ley de conservación del impulso.	Calendario de movimiento de cohetes.
	El modelo de “bucle muerto” de experiencia escolar. Programación en el entorno Turbo-Pascal.	Ley de conservación de la energía.	Horario del avión.
	Determinación de la eficiencia de un mecanismo simple mediante un experimento informático.	Teoría de los mecanismos. Suma de fuerzas.	Experimento informático.
	Modelo de control de procesos. Valor de retroalimentación. Motor de combustión interna.	Autooscilaciones.	Modelo de mecanismo de reloj.
	Modelo de control de procesos. Valor de retroalimentación. Motor de combustión interna.	Ecuación de oscilación.	Gráfico de fluctuación.
	Notación exponencial de números al resolver problemas de física molecular.	Molecular - teoría cinética	Modelo de masa y tamaño de moléculas.
	Trazar gráficos de isoprocesos en el entorno de automatización de cálculo de MathCad.	Leyes de los gases.	Ciclo de Carnot.
	Representación gráfica de campos eléctricos y magnéticos.	Electrodinámica. Campo eléctrico y magnético.	Líneas eléctricas.
	Explore circuitos eléctricos utilizando el plan de estudios de Física Abierta.	Ley de Ohm Ley de Kirchhoff.	Modelo de un circuito eléctrico en funcionamiento.
	Simulación del movimiento de una partícula cargada en un campo eléctrico y magnético.	El movimiento de electrones en un tubo de electrorayos.	Estudio del movimiento.
	Modelado de elementos lógicos informáticos mediante circuitos eléctricos. (Medio sumador, gatillo).	Lógica.	Circuitos de modelado.
	Presentación de desarrollos propios.

Literatura:

1. Ciencias de la Computación. Libro de problemas - taller. Volumen 2./ Ed. Semakina I.G., Hennera E.K. - M.: "Laboratorio". 2001.

1. Balash V.A. Problemas de física y métodos para resolverlos. Manual del profesor. - M.: "Ilustración", 1983.

1. Manual de autoinstrucciones. TurboPascal "7.0". Moscú - San Petersburgo - Nizhny Novgorod - Rostov del Don - Ekaterimburgo - Samara - Kiev - Jarkov - Minsk. 2003.

1. Rymkevich A.G. Colección de problemas de física, grados 9-11. - M.: "Avutarda", 2000.

1. Mogilev A.V., Pak N.I. Ciencias de la Computación. / Ed. Henner E.K. - M.: "ASA Dema", 1999.

1. Taevsky A.Yu. Manual de autoinstrucción para trabajar en M. Office, Word 27\2000 Excel 97|2000/, correo electrónico. Kiev, "A.S.K.", 2002.

1. P. I. Sovertkov. Entretenido modelado por computadora en matemáticas elementales. Tutorial. - M.: "Helios ARV", 2004.

1. N. Ugrinovich. Informática y tecnología de la información. Libro de texto para los grados 10 -11 / N.D. Ugrinovich, - M.: "Binom. Laboratorio del Conocimiento", 2003.

1. Kasyanov V.A. Física. Grado 10. Libro de texto. - M.: "Drofa", 2001.

Volodia escribió:

Intenté descargar la versión de prueba de Matlab/Simulink + SimMechanics, pero en el sitio web de los desarrolladores, después de completar los formularios, dijeron que me permitirían descargar si ellos mismos lo deseaban y luego se comunicarían conmigo.

Sí. Normalmente te permiten descargar SimMechanics si ya tienes una licencia de Matlab...

Si eres de la Facultad de Mecánica y Matemáticas, entonces es muy probable que allí existan licencias de Matlab para estudiantes. El caso es que Matlab, me tomo la libertad de decirlo, es el paquete de software más extendido y universal para matemáticas aplicadas en la actualidad, tanto en el entorno académico como en la producción (por ejemplo, en nuestra fábrica). SimMechanics es la llamada caja de herramientas, una extensión del kernel sobre un tema específico. Además de la mecánica, hay alrededor de 20 cajas de herramientas, por ejemplo, procesamiento de señales, estadísticas, optimización, etc. Cada caja de herramientas está equipada con una interfaz gráfica estándar que le permite crear un modelo de la arquitectura deseada usando el mouse. Es decir, debe arrastrar los iconos necesarios de los objetos utilizados al campo de trabajo y determinar las "entradas" y "salidas" de los objetos. Cada una de las cajas de herramientas se puede adquirir de forma opcional, dependiendo de las necesidades específicas.

Para ser justos, observo que SimMechanics es una caja de herramientas relativamente nueva (apareció por primera vez hace unos 3 años), es decir, lo más probable es que no tenga la misma estabilidad que, por ejemplo, Simulink, que existe desde hace "una eternidad".

Personalmente, uso Matlab en 2 situaciones. En primer lugar, si necesita probar un nuevo algoritmo o método, Matlab le permite programar en estilo C sin ningún problema. Además, el paquete incluye operaciones vectoriales optimizadas (BLAS), álgebra lineal (LAPACK) y una interfaz de visualización muy avanzada para diagramas 2-3D. En segundo lugar, cuando es necesario utilizar varias funciones matemáticas en nuestro programa, el compilador (este es un tipo de caja de herramientas del compilador de Matlab) le permite compilar archivos de programa de Matlab (archivos m) en archivos DLL. Mathworks permite que terceros utilicen esta DLL de forma gratuita (no se requiere licencia adicional).

Si el programa Matlab con cajas de herramientas no se necesita para fines comerciales, puedo señalar que este software es muy común entre los usuarios privados en Rusia, es decir, es relativamente fácil de adquirir.

Volodia escribió:

En el sitio web para desarrolladores de ITI-SIM + SimulationX 2.0, no encontré ningún enlace para descargar la versión de prueba.

Proporcioné el enlace intencionalmente porque... Es una alternativa más económica a ADAMS. Sin embargo, si necesita, como se escribió al principio, calcular colisiones de cuerpos de formas complejas, entonces no estoy seguro de que ITI-SIM o Matlab le ayuden. El modelo de impacto tridimensional en sí mismo es una ciencia compleja completamente separada.

Volodia escribió:

Por ejemplo, se da una matriz de partículas, en forma de puntos en el espacio tridimensional, de un cuerpo rígido. Cada partícula tiene una masa y un vector de velocidad. ¿Es cierto que los vectores de velocidad de todas las partículas de un cuerpo absolutamente rígido son paralelos?

No porque el cuerpo puede girar, eje de rotación instantáneo...

Los programas de modelado 3D pueden ayudar a convertir algunas ideas en hermosos modelos y prototipos que luego pueden usarse para diversos propósitos. Estas herramientas te permiten crear modelos desde cero, independientemente del nivel de habilidad. Algunos editores 3D son bastante simples, por lo que incluso un principiante puede dominarlos en poco tiempo. Hoy en día, los modelos 3D se utilizan en una amplia variedad de campos: cine, juegos de ordenador, diseño de interiores, arquitectura y mucho más.

Elegir el mejor software de modelado suele ser difícil, ya que no es fácil encontrar un programa que tenga todas las funciones necesarias. FreelanceToday le ofrece 20 programas gratuitos de modelado 3D.

Daz Studio es un software de modelado 3D potente pero completamente gratuito. Esto no quiere decir que sea una herramienta fácil de aprender; los principiantes tendrán que dedicar mucho tiempo a estudiar las capacidades del programa. Los creadores del programa se ocuparon de la experiencia del usuario, pero la conveniencia de Daz Studio no será apreciada de inmediato. Una de las características del programa es la creación de imágenes 3D aceleradas por GPU durante el renderizado, lo que permite crear modelos muy realistas. Daz Studio también tiene soporte para crear escenas y funcionalidad para animar modelos.

DisponiblePara: Ventanas | OSX

El software gratuito de modelado 3D Open SCAD está diseñado para diseño serio (diseño industrial, interiores, arquitectura). Los creadores del programa estaban mucho menos interesados ​​en los aspectos artísticos. A diferencia de otros programas similares, Open SCAD no es una herramienta interactiva: es un compilador 3D que muestra los detalles del proyecto en tres dimensiones.

Disponible para: Ventanas | OS X | linux

AutoDesk 123D es un gran conjunto de diversas herramientas para CAD y modelado 3D. Con el programa, puedes diseñar, crear y visualizar casi cualquier modelo 3D. AutoDesk también admite la tecnología de impresión 3D. El sitio principal de AutoDesk 123D tiene varios sitios satélite donde puede encontrar muchos modelos 3D gratuitos e interesantes con los que puede experimentar o simplemente utilizar para sus propios fines.

Disponible para: Ventanas | OS X | iOS |

Meshmixer 3.0 te permite diseñar y visualizar estructuras 3D combinando dos o más modelos en tan solo unos sencillos pasos. El programa tiene para esto una conveniente función de "cortar y pegar", es decir, puede recortar las partes necesarias del modelo y pegarlas en otro modelo. El programa incluso admite la escultura: el usuario puede crear una escultura virtual, dando forma y refinando la superficie de la misma manera que si estuviera esculpiendo un modelo de arcilla. ¡Y todo esto en tiempo real! El programa admite la impresión 3D, los modelos terminados están completamente optimizados para enviarlos a la impresora.

DisponiblePara: Ventanas | OSX

3DReshaper es un software de modelado 3D asequible y fácil de usar. El programa se puede utilizar en diversos campos, como el arte, la minería, la ingeniería civil o la construcción naval. 3DReshaper viene con soporte para varios escenarios y texturas y tiene muchas herramientas y características útiles para facilitar el proceso de modelado 3D.

DisponiblePara: ventanas

El programa gratuito 3D Crafter está diseñado para la creación de animaciones y modelado 3D en tiempo real. La característica principal de este editor es su enfoque intuitivo de arrastrar y soltar. Se pueden construir modelos complejos utilizando formas simples y el programa admite escultura e impresión 3D. Esta es una de las herramientas más convenientes para crear animaciones.

DisponiblePara: ventanas

PTC Creo es un sistema integral diseñado específicamente para ingenieros mecánicos, diseñadores y tecnólogos. El programa también será útil para los diseñadores que crean productos utilizando métodos de diseño asistido por computadora. El modelado directo le permite crear diseños a partir de dibujos existentes o utilizar el programa para visualizar nuevas ideas. Los cambios en la geometría de un objeto se pueden realizar muy rápidamente, lo que acelera significativamente el proceso de trabajo. El programa, a diferencia de los anteriores, es de pago, pero existe una prueba de 30 días y una versión gratuita para profesores y alumnos.

DisponiblePara: ventanas

El software gratuito LeoCAD es un sistema de diseño asistido por computadora para modelos virtuales de LEGO. Existen versiones para Windows, Mac OS y Linux. El programa puede ser una buena alternativa a Lego Digital Designer (LDD), ya que tiene una interfaz sencilla, admite fotogramas clave y funciona en modo animación. Es el soporte para animación lo que diferencia a LeoCAD de otros programas de naturaleza similar.

DisponiblePara: Ventanas | OS X | linux

El programa VUE Pioneer le ayudará a crear un modelo tridimensional para visualizar el paisaje. El software puede resultar útil para usuarios avanzados que buscan herramientas de renderizado cómodas. Pioneer le permite crear increíbles paisajes 3D con una gran cantidad de ajustes preestablecidos y brinda acceso directo al contenido 3D de Cornucopia. Usando el programa puedes crear muchos efectos de iluminación.

DisponiblePara: Ventanas | OSX

Netfabb no es sólo un programa para ver escenas 3D interactivas, sino que también puede utilizarse para analizar, editar y modificar modelos 3D. El programa admite la impresión 3D y es la herramienta más ligera y sencilla en cuanto a instalación y uso.

DisponiblePara: Ventanas | OS X | linux

El programa gratuito NaroCad es un sistema de diseño asistido por computadora completo y extensible basado en la tecnología OpenCascade y se ejecuta en plataformas Windows y Linux. El programa tiene toda la funcionalidad necesaria y admite operaciones de modelado 3D básicas y avanzadas. Las funciones del programa se pueden ampliar mediante complementos y una interfaz de software.

DisponiblePara: Ventanas | linux

LEGO Digital Designer te permite construir modelos 3D utilizando ladrillos LEGO virtuales. El resultado se puede exportar a varios formatos y continuar trabajando en otros editores 3D.

DisponiblePara: Ventanas | OSX

El programa gratuito ZCAD se puede utilizar para crear dibujos 2D y 3D. El editor admite varias plataformas y proporciona grandes ángulos de visión. La presencia de muchas herramientas convenientes le permite resolver la mayoría de los problemas asociados con el modelado de objetos tridimensionales. La interfaz de usuario del programa es sencilla e intuitiva, lo que facilita enormemente el proceso de dibujo. El proyecto terminado se puede guardar en formato AutoCAD y otros formatos 3D populares.

DisponiblePara: Ventanas | linux

La versión gratuita de Houdini FX, Houdini Apprentice, es útil para estudiantes, artistas y aficionados que crean proyectos de modelos 3D no comerciales. El programa tiene una funcionalidad algo simplificada, pero al mismo tiempo bastante amplia, y una interfaz de usuario cuidadosamente pensada. Las desventajas de la versión gratuita incluyen una marca de agua que se muestra en la visualización 3D.

DisponiblePara: Ventanas | OS X | linux

La aplicación de hoja de trabajo de diseño te permite crear modelos 3D bastante detallados. Los creadores del programa se encargaron de funciones que permiten eliminar áreas problemáticas mediante cambios y adiciones al diseño existente. DesignSpark también se puede utilizar para cambiar rápidamente el concepto de un producto 3D. El programa admite técnicas de modelado directo e impresión 3D de modelos.

DisponiblePara: ventanas

FreeCAD es un modelador 3D paramétrico diseñado para crear objetos reales de cualquier tamaño. El usuario puede cambiar fácilmente el diseño utilizando el historial del modelo y cambiando parámetros individuales. El programa es multiplataforma y puede leer y escribir varios formatos de archivos. FreeCAD le permite crear sus propios módulos y luego utilizarlos en trabajos posteriores.

DisponiblePara: Ventanas | OS X | linux

El programa gratuito Sculptris abrirá una ventana al apasionante mundo del 3D para los usuarios. Sculptris presenta una navegación conveniente y facilidad de uso. El programa puede ser dominado fácilmente incluso por un principiante que no tenga experiencia en arte digital o modelado 3D. El proceso de trabajo está diseñado de tal manera que uno puede olvidarse de la geometría y simplemente crear un modelo, utilizando cuidadosamente los recursos informáticos.

Disponible para: Ventanas | linux

MeshMagic se puede utilizar para renderizar archivos 3D, así como para crear objetos 2D o convertirlos a 3D. El software tiene una interfaz intuitiva y puede utilizarse para resolver una amplia variedad de problemas. Actualmente, Mesh Magic solo es compatible con Windows. El resultado se guarda en el popular formato STL, que se puede abrir y editar en la mayoría de las herramientas de modelado 3D en línea y fuera de línea.

DisponiblePara: ventanas

Open Cascade es un kit de desarrollo de software diseñado para crear aplicaciones relacionadas con CAD 3D. Incluye bibliotecas de clases C++ personalizadas y desarrolladas por la comunidad que se pueden utilizar para modelar, visualizar y comunicar datos, y para el desarrollo rápido de aplicaciones.

DisponiblePara: Ventanas | OS X | linux

Algodoo- un programa de diseño para simulación/animación de movimientos mecánicos de objetos en el mundo físico bidimensional. El usuario tiene acceso a herramientas para crear objetos de cualquier forma, para configurar sus parámetros físicos y cinéticos, para controlar operaciones sobre objetos tanto estática como dinámicamente. Con este programa podrás crear lecciones interactivas de física, juegos, simuladores de dispositivos mecánicos... y simplemente observar con curiosidad el comportamiento de los objetos en función de influencias externas. Para los creadores de escenas avanzados, es posible enriquecer la funcionalidad mediante scripts.

Creando objetos

HERRAMIENTAS DE DIBUJO

Herramienta de dibujo - Lápiz- se posiciona como una herramienta de dibujo universal que reemplaza a otras. De hecho, hay algo de engaño en esta afirmación, porque... Para cada tipo de geometría es mejor elegir la herramienta más adecuada, y hay varias. Sí, puedes dibujar cualquier línea y cualquier contorno con un lápiz, pero ¿quedará bonito, por ejemplo un círculo? Los desarrolladores han previsto que el Lápiz dibuje líneas rectas, manteniendo pulsada la tecla Shift. El lápiz siempre dibuja un camino cerrado, incluso si no fue cerrado por el usuario.
Cuchillo- Cuchillo- utilizado para cortar una sección de otra figura. Después de trabajar con el cuchillo, el área recortada no desaparece inmediatamente, debe seleccionarla y eliminarla con la tecla Supr.
Cepillar- Cepillar- funciona de manera similar al Lápiz, pero a diferencia del Lápiz, puede ajustar el grosor de la línea. Además, a diferencia del Lápiz, el Pincel no dibuja contornos cerrados.
Borrador- Borrador- similar al cuchillo, pero tiene espesor ajustable.
Polígono- Polígonos- No noté mucha diferencia con el Pencil. Bueno, también puedes usar esta herramienta para seleccionar un objeto, rotarlo (con el RMB presionado) y arrastrarlo (con el LMB presionado).
Engranaje- Engranaje- dibujar círculos irregulares. Se obtienen figuras bonitas y funcionales. Antes de dibujar, puedes ajustar el tamaño de los dientes y su número dependerá de ello. Son posibles engranajes externos e internos.
Caja- Rectángulo- dibujar rectángulos. Esta sencilla herramienta tiene una opción, Seleccionar haciendo círculos, que cuando está marcada permite que la herramienta también seleccione objetos al delinear varios objetos.
Círculo - Círculo- simple y claro como un círculo desnudo.
Avión- Borde- creación de infinitos suelos, paredes y techos con el objetivo de que los objetos, en el furor de su dinámica, no se muevan, salgan volando o caigan a ninguna parte.

HERRAMIENTAS PARA CONEXIÓN Y FIJACIÓN

Cadena- Cadena- Se utiliza para conectar objetos con una cadena o cuerda, cuya fuerza y ​​tamaño de los eslabones se pueden ajustar.
Primavera- Primavera- después de conectar dos objetos con un resorte usando RMB (botón derecho del mouse) en el resorte, puede abrir el menú contextual del resorte y ajustar su longitud, así como los parámetros de rigidez y atenuación.
Fijar- Anticipo- simplemente haga que el objeto u objetos debajo de este marcador estén inmóviles durante la animación de la escena.
Eje- Eje- sujetar dos objetos con un eje sobre el cual girará el objeto. Luego, este eje se puede convertir en un motor y establecer su dirección de movimiento, incluso usando las teclas de acceso rápido del espectador.

Creando un objeto único

Si ya ha jugado lo suficiente con el arsenal de herramientas integradas para dibujar objetos, entonces querrá tener un objeto con una geometría y textura no estándar. Esto es posible y fácil:
- Primero, debe preparar la forma deseada en un editor de gráficos y guardarla como un archivo PNG con un fondo transparente.
- Luego, en Algodoo, carga esta figura en el escenario:
- - Dibuja cualquier contorno cerrado, por ejemplo, un círculo;
- - Selecciónelo y presione el botón en la parte superior derecha;
- - Haga clic en el botón en la ventana de configuración de la interfaz de figura que se abre;
- - Se abrirá un administrador de archivos (no tan conveniente): en él debe seleccionar el archivo PNG deseado en el disco.
- Nuestro círculo se llenará con este archivo;
- En la ventana de configuración de la interfaz de la figura, haga clic en el botón.
Woo-a-la, ya está hecho. Es cierto, no del todo y con reservas, si se trata de una figura formada por piezas separadas. En este caso, en primer lugar, debe combinar las formas en un grupo: use RMB para abrir el menú contextual y seleccione Selección> Grupo. Ahora, en estado estático, puedes arrastrar y transformar la figura en su conjunto. Pero tan pronto como comiences la animación, la figura caerá y se desmoronará en sus piezas componentes. Todavía no he encontrado cómo evitar esto, porque... Hace poco me interesé en el programa.
Otra nota sobre la textura. Se puede mover, rotar y escalar dentro de la figura; para esto existe una herramienta especial que funciona bien con el mouse:
- Mover - con LMB presionado;
- Girar - con RMB presionado.
- Mastabate - con la rueda del ratón.

Escena y su animación.

Una vez dibujados los objetos, colocados en su lugar, equipados con motores, resortes... solo queda presionar el botón de abajo en el panel de control de escena y todo comenzará a moverse (con la planificación adecuada). De hecho, para depurar este botón (que se reemplaza por la tecla [Espacio]), lo presionará constantemente y en las primeras etapas. ¿Qué más se puede decir sobre la escena?
- mover la escena - presione el botón en el panel inferior y muévalo mientras mantiene presionado LMB;
- cambiar la escala - gire la rueda del mouse mientras mantiene presionada la tecla Ctrl o el botón en el panel inferior;
- ajustar la velocidad de la animación: cuando haces clic en el botón, aparece un control deslizante encima;
- activar/desactivar la gravedad - con un botón en el panel;
- regular la dirección y la fuerza del viento mediante el botón del panel;
- muestra una cuadrícula auxiliar, que puede ser útil en una posición estática de la escena para un posicionamiento más preciso de los objetos - para hacer esto, use el botón en el panel inferior - un solo clic enciende la cuadrícula y un doble clic muestra la ventana para configurar los parámetros de la red.
- cancelar acciones - botones estándar en el panel.

Diccionario inglés-ruso de términos físicos.

Ángulo - ángulo
Área - área
Atracción - atracción (de objetos entre sí)
Colisión - colisión (en la práctica del programa, la pertenencia de objetos a una u otra capa, Capa de Colisión, afecta qué objetos deben chocar entre sí y cuáles no)
Densidad - densidad
Energía - energía
Fuerza - fuerza
Congelar - congelar
Fricción - fricción
Gravedad - gravedad (gravedad de la Tierra)
Inmortal - inmortal (una propiedad de un objeto por la cual Killer no puede matarlo)
Asesino - asesino (una propiedad de un objeto por la cual destruye todos los objetos no inmortales que toca)
Licuar - líquido (cualquier forma se puede convertir en líquido)
masa - masa
Espejo Espejo
Momento: impulso, cantidad de movimiento.
Trama: un gráfico de cambios en el tiempo de ciertas características físicas de un objeto.
Índice de refracción - índice de refracción
Restitución - restauración (en la práctica del programa esto es "gomosidad", que afecta el rebote de un objeto después de chocar con un obstáculo)
Velocidad - velocidad
Spongify es un tipo de objeto inventado por los autores del programa, similar en propiedades físicas a una esponja o un peluche.
Fuerza - fuerza
Velocidad