Використання сучасних матеріалів при виготовленні моделей

Використання сучасних матеріалів при виготовленні моделей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Лисичанський педагогічний коледж

Луганського національного університету імені Тараса Шевченка

Використання сучасних матеріалів при виготовленні моделей

Студента 4 курсу (ОКР)Бакалавр

Спеціальності "Технічна освіта"

Перевірив: викладач

Загально технічних дисциплін

моделювання технічний літак матеріал

2008р.

Вступ

1. Моделювання найпростіших технічних об'єктів

1.1 Моделі і моделювання

1.2 Класифікація моделей

2. Використання сучасних матеріалів при моделюванні

2.1 Теоретичні основи технічного моделювання

2.2 Матеріали для виготовлення моделі

Висновок

Вступ

Підвищення творчої активності трудящих багато в чому залежить від їх підготовки до винахідницької і раціоналізаторської діяльності. Новаторам виробництва, що творчо відносяться до своєї праці, потрібні не тільки глибокі знання науково-технічних і економічних основ виробництва, але і спеціальні знання і уміння по раціоналізації і винахідництву. Основи їх повинні бути закладені ще в школі.

Вчитель трудового навчання бере безпосередню участь в підготовці підростаючого покоління до трудової творчої діяльності. На уроках праці, в процесі професійного навчання і продуктивної праці учнів, в позакласній роботі він повинен формувати знання, розвивати творчі здібності школярів, виховувати у них риси особи, необхідні винахіднику, раціоналізатору, новатору виробництва.

1. Моделювання найпростіших технічних об'єктів

1.1 Моделі і моделювання

Що таке модель, коли вона з'явилася, де і для чого застосовується, яку роль грає в суспільній практиці людей, в техніці і науці? Ці і безліч інших питань може викликати таке широко поширене поняття, як "модель". Тому відразу ж постараємося уточнити його зміст.

Школярі на питання "Що таке модель?" звичайно відповідають: це зменшена копія корабля, літака, автомобіля, ракети або якогось іншого рухомого, найчастіше - самохідного технічного об'єкту. Потім звичайно уточнюються функціональна сторона справи і ступінь схожості з оригіналом, прототипом: модель настольная або діє - що літає, плаваюча, бігаюча (схематична, напівкопія або копія і т. д.).

Від настільної моделі ніяких рухів не вимагається, її призначення передати нам відомості тільки про зовнішній вигляд об'єкту, розповісти про те, як він виглядає із сторони. Такі в більшості своїй, наприклад, моделі парусних кораблів, старовинних автомобілів, реактивних літаків або моделей-фантазій на зразок фотонних зорельотів, позаземних міст і ін.

Здавалося б, дивне сусідство: каравела Колумба і надзвуковий винищувач. Але у людей, що іменуються моделістами, ці речі, проте, прийнято розглядати приблизно на рівних всього лише як настільні моделі (їх називають також макетами). Моделі парусників роблять, як правило, неплаваючими, а реактивних літаків що не літають. І на те є свої цілком об'єктивні підстави.

Справа, перш за все в тому, що морські, авіаційні та інші моделісти це люди, які неодмінно повинні змагатися один з одним: чия модель швидше пройде дистанцію, зробить більше кругів у польоті, вище підніметься в повітря, далі і точніше пропливе під водою? За всі ці показники нараховується певна кількість очок і відповідно до нього розподіляються місця на змаганнях.

Мініатюрні старовинні парусники за умовами змагань в гонках не беруть участь і з тієї ж причини майже не літають моделі реактивних літаків. У останніх є, правда, і свій, особливий для того привід: ще не налагоджене масове виробництво модельних реактивних двигунів, а уручну виготовляти їх дуже важко.

Людей, які будують мініатюрні літальні апарати, зменшені багато крат кораблі, автомобілі, космічні ракети і потім примушують всю цю саморобну мікротехніку плавати, їздити, літати, беруть участь з нею в змаганнях на спритність і майстерність, іменують моделістами, незалежно від професії, роду занять. Сам же вид такої технічної самодіяльності називається моделізмом (не моделюванням!) і відноситься до області технічних видів спорту.

Тепер повернемося до поняття моделі. Слово "модель" походить від латинського modus, modulus, що означає - міра, образ, спосіб і т.п. Його первинний сенс був пов'язаний з будівельним мистецтвом, і майже завжди воно уживалося для позначення зразка, прообразу або речі, схожої в якомусь відношенні з іншою річчю. Цілком імовірно, що саме таке найзагальніше поняття слова "модель" послужило надалі підставою для використання його як науковий термін у технічних, природних, математичних, соціальних і інших науках.

У науковій літературі перша згадка про моделі ми знаходимо в знаменитому творі Вітрувія "Десять книг про архітектуру". У ньому автор приводить ряд прикладів того, як в цілях переконливості і наочності дії нових конструкцій бойових машин і знарядь створювалися їх моделі і як ці моделі випробовувалися. У книзі десятої свого трактату Вітрувій розповідає, як "якийсь архітектор на ім'я Каллій приїхав в місто Родос, прочитав лекцію і показав модель стіни зі встановленими на ній кранами, що обертаються, якими він захопив гелеполь, що наближався до зміцнень, і перетягнув його по всю сторону стіни".

Люди почали використовувати моделі ще в тих часів, коли не знали не тільки теорії подібності, але і взагалі ніяких фізичних теорій. Будівельники храмів і фортець Давнього Єгипту, водопроводів Римської імперії перевіряли свої плани на моделях, зроблених з піску, глини і каменя.

Першу спробу теоретичного обгрунтування методу моделювання зробив Леонардо да Вінчі. "Говорять, - пише він, - що маленькі моделі ні в одному своїй дії не відповідають ефекту великих. Тут я маю намір показати, що висновок помилково..." Далі Леонардо да Вінчі намагається вивести загальні закономірності моделювання і показати значення моделей для практики. Наприклад, він пропонує створити скляну модель ока, модель, що дозволяє "спостерігати крізь скло, що робить кров в серці", і ін. Проте Леонардо да Вінчі в своїх роботах не одержує загальних законів подібності між моделлю і реальним об'єктом, явищем.

До питань подібності все частіше звертаються при створенні різних конструкцій і їх моделювання в XVI-XVII вв. Галі" лей в своєму творі "Розмови про дві нові науки" пише, що вченню про подібність почали приділяти багато уваги, коли у Венеції стали споруджувати галери, що мали великі, чим раніше, розміри. "Міцність подібних тіл не зберігає того ж відношення.

Одним з перших теоретично обгрунтовано застосував подібність І. П. Кулібін при розробці проекту арочного моста прольотом 300 м через Неву. Модель моста була побудована з деревини.

Чудову модель, що літає, наприклад, сконструював в 1876 р. в Росії винахідник першого літака А. Ф. Можайській. Двигуном моделі, забезпеченої трьома маленькими повітряними гвинтами, служила годинникова пружина, що заводилася ключем. Запущена рукою винахідника, модель, розбігшись по столу, легко піднялася в повітря. Присутнім при цьому досвіді здавалося неймовірним, що механічна іграшка важча за повітря, що не має наповненого легеням газом балона, як на дирижаблі або аеростаті, взагалі здатна літати.

Моделі, що літають, на всіх етапах розвитку авіації грали виключно важливу роль як засіб експериментального дослідження.

У 1871 р. англійський корабельний інженер Вільям Фруд запропонував своєрідну методику випробування моделей і перерахунку їх результатів для визначення опору корабля середовищу. Він же рекомендував побудувати спеціальний басейн-лабораторію, в якій суднобудівники могли б проводити досліди з моделями майбутніх суден, виявляти їх якості задовго до споруди.

Видатні російські кораблебудівники академік А, Н. Крилов і адмірал С. О. Макаров рахували моделювання одним з найважливіших методів експериментального дослідження. Зокрема, всесторонньому аналізу і вивченню вони обидва піддали свого часу модель знаменитого криголама "Ермак", що будувався за проектом С. О. Макарова. За допомогою її були виявлені завчасно багато важливих особливостей і уточнені можливості щонайпотужнішого по тому часу криголамного пароплава.

Не зупиняючись більш на історії технічного моделювання, перейдемо до його поняття і суті. Відмітимо, що в буденній мові словом "модель" називають штучно створений людиною предмет або пристрій, який в якомусь відношенні схоже з іншим предметом, об'єктом вивчення або практичного інтересу, що є. Іноді моделлю називають зразок або пробний екземпляр з серії вироблюваних виробів, еталон, з яким порівнюють інші предмети даного роду. Часто моделлю іменують певний тип серійної продукції: нові марки автомобілів, велосипедів, тракторів, зразки одягу і ін. Легко відмітити, що у всіх цих випадках із словом "модель", не дивлячись на досить широкий діапазон його застосування, так або інакше зв'язаний певний загальний сенс, виступаючий в поняттях схожості, відображення і відтворення. Мабуть, саме дана обставина послужила підставою для того, щоб в науці і техніці цим терміном назвати поняття, що виражає цілком певний спосіб, метод або засіб пізнання навколишнього світу.

Наукове поняття моделі має з причини такий спосіб пізнання дійсності, який полягає у відображенні або відтворенні явища, що вивчається, за допомогою якої-небудь системи, побудованої штучно людиною. Іноді як моделі використовуються також об'єкти живої і неживої природи, узяті в готовому вигляді. Таким чином, якщо говорити взагалі про наукові моделі, то як найзагальніша їх ознака або властивість слід вказати на здатність останніх відображати, відтворювати предмети, явища навколишнього світу, їх закономірний порядок і структуру.

Моделювання як метод дослідження, експериментування, проектування і конструювання знайшло широке застосування в природних, прикладних науках і в техніці. Пригадаємо класичний досвід У. Гильберта з намагніченою залізною кулею тереллой: магнітна стрілка на його поверхні поводилася приблизно так само, як і на поверхні Землі. Звідси учений робить висновок: Земля є колосальним магнітом. Висновок зроблений із спільності проявів до спільності причини. Але спільність причини не припускає спільності матеріалу моделі і прототипу. Тому не можна говорити, що цей досвід "відповідає дійсній природі речей", оскільки Земля складається головним чином із заліза, нікелю і інших важких елементів. Стосовно моделей такого типа уживаються терміни: "технічні", "діючі", "матеріальні", "фізичні", "речовинні", "речовинно-агрегатні" і ін. Надалі такі моделі знайшли застосування головним чином в техніці, тому ми використовуватимемо термін "технічне моделювання".

1.2 Класифікація технічних моделей

Моделі, вживані в техніці в даний час, можна розділити на три типи.

Перший тип - геометрично подібні. Вони дають зовнішнє представлення натури і переважно служать для демонстраційних цілей: показують форму, принцип дії, взаємне розташування частин, процес збірки і розбирання, компоновку об'єкту. Прикладами геометричних моделей можуть служити макети машин і архітектурних споруд демонстраційні схеми технологічних процесів, моделі-макети як форма об'ємного проектування в будівництві. Геометричні (або просторово подібні) моделі широко застосовують в навчанні. Особливо важлива їх роль в політехнічній освіті, при ознайомленні школярів з різними видами виробництва, бачити які своїми очима учні не завжди мають можливості. З багатьма провідними видами виробництва школярам доводиться знайомитися тільки по книгах, журналах, малюнках, кресленнях, тобто користуватися образно-знаковими, ідеальними моделями. Проте по ним учні не завжди можуть достатньо ясно уявити собі внутрішній устрій машин і інших установок і тим більше познайомитися з ними в розібраному вигляді. Крім того, приведений на площинних зображеннях цілий ряд технічних подробиць і деталей нерідко затінює суть справи.

Для того, щоб зрозуміти і засвоїти цю суть, уловити загальні, принципи в роботі різних технічних пристроїв, разом з площинними графічними матеріалами використовують розбірні спрощені моделі-схеми. Це як би просторові матеріалізовані креслення, що ілюструють технічну суть установки і її внутрішній устрій.

Моделі-схеми, звичайно, відрізняються від моделей в музеях і на виставках - трудомістких і складних, а нерідко і дорогих споруд, які звичайно обгороджені леєрами і які всіляко оберігають від зіткнення з відвідувачами. Такі моделі-схеми можна розбирати і збирати, з ними можна працювати як з навчальним посібником, вивчаючи принципи пристрою даної установки. Подібні моделі дають яскраве, образне уявлення про дійсний об'єкт і в той же час вони схемні - в них немає технологічних деталей, подробиць, що не відносяться до суті справи. Така, наприклад, розбірна модель токарного верстата або трактора, виготовлених виключно з учбовою метою, модель доменної печі, що складається з частин, що легко відокремлюються, двигуна автомобіля і ін.

Останніми роками в будівництві, архітектурі і деяких інших видах людської діяльності широкого поширення набув модельно-макетний метод проектування. На макетах завчасно відпрацьовуються конструкції будівель і споруд, їх планування, зокрема розстановка устаткування в цехах підприємств, тваринницьких комплексах і ін. Разом з тим цей метод проектування впродовж десятиліть активно застосовується в технічній творчості школярів, є одним з популярних видів познавательно-преобразовательной діяльності дітей і підлітків, що виражається в проектуванні і конструюванні моделей уявних об'єктів - космічних кораблів і океанських супертанкерів, житлових будівель, спортивних, промислових і сільськогосподарських комплексів, надшвидкісних автомобілів і т.п.

Як правило, просторово подібна або геометрична модель є об'єктом, геометрично подібним своєму прототипу. При цьому матеріал, з якого зроблена модель, не має істотного значення і визначається міркуваннями зручності виготовлення і збереження виробу. Наприклад, при споруді настільної (стендової) моделі-копії корабля абсолютно байдуже, з чого буде зроблений її корпус: виструганий або набраний з дерева, відлив з епоксидної смоли або з гіпсу. Призначення такої моделі - відобразити, відтворити лише зовнішній вигляд, тобто геометричні пропорції і забарвлення того або іншого корабля, а не його гидро- або аеродинамічні, а також інші фізичні якості.

Геометрична подібність є, таким чином, основною вимогою, що пред'являється до просторових моделей. Просторово подібна модель відображає прототип не у всьому різноманітті його властивостей, не в будь-яких якісних межах, а у межах чисто просторових. У цьому виявляється певна обмеженість геометричних моделей, що значно знижує цінність висновків, що одержуються з їх допомогою.

Другий тип технічних моделей - фізично подібні, такі, що мають в сучасній техніці набагато більше значення, ніж просторово подібні. Їх створюють з метою відтворити не тільки і не стільки просторові властивості натурного об'єкту, скільки динаміку процесів, що вивчаються, різного роду залежності і закономірні зв'язки, структури і, отже, величини, параметри і інші характеристики, що виражають різний зміст і суть явищ, що вивчаються. Основою модельного відношення є тут фізична подібність моделі і прототипу, що припускає подібність або схожість їх фізичної природи і тотожність законів руху. Відношення таких моделей до прототипу, що відображається, може виражатися лише зміною просторової або тимчасової шкали. Наприклад, класичні досліди з моделями, що міцно увійшли до світової історії техніки, експериментів, що проводяться у наш час з моделями літаків, ракет, автомобілів, підводних човнів, дамб і інших машин і споруд. Все це приклади моделей, заснованих на зміні просторової або тимчасової шкали.

При фізичному моделюванні передбачається, що модель і прототип є об'єкти однакової фізичної природи тобто рух рідини моделюється рухом рідини, електричний струм - електричним же струмом, політ літака - польотом його моделі. Проте цілком можливо моделювати явище однієї природи явищем зовсім іншої природи. Наприклад, перебіг рідини - струмом, рух води в пісках - теплопередачей, форму і рух стоячих хвиль, що біжать, - переміщенням кульок хвилевої машини, добре відомої школярам по уроках фізики, систему розрізнення кольорів в органах зору живого організму - електронним персептроном. Аналогія має ряд рис, що відрізняють її від моделей. Відмічено, що метод моделювання, заснований на дослідах з моделями однієї фізичної природи із зразком, володіє істотними недоліками, а іноді абсолютно непридатний. Недоліки цього методу полягають перш за все в тому, що вартість експериментальних моделей буває деколи досить велика, а, головне, методи вимірювання шуканих величин переважно грубі, неточні і спотворюють явище, що вивчається. Ці недоліки долаються в аналогіях. Вважається, що дві системи є аналогічними, якщо є однозначна відповідність між кожним елементом цих систем, а також між функціями обурення і реакціями цих елементів і всієї системи в цілому. Аналогією подібного типа володіє масштабна модель, в якій відтворюється кожен елемент прототипу, але в змінених розмірах. Тоншим типом аналогії є аналогія між системами, що належать до двох абсолютно різним фізичним категоріям. Аналогія між такими системами часто виражається як подібність між рівняннями, що характеризують ці системи.

Третій тип технічних моделей - функціонально подібні.

У творчості школярів цей вид моделювання застосовується головним чином в конструюванні і споруді пристроїв, що імітують спосіб пересування або поведінки живих істот. Для ефективності таким пристроям нерідко надається форма, зовнішній вигляд тварин, комах і навіть людини, Це всілякі електромеханічні і електронні саморушні "черепахи", "гусениці", "сонечка" і ін., "здатні" обходити перешкоди, реагувати на звук, світло. До їх числа можна віднести антропоподобних роботів, що будуються в деяких кухлях, а також пристрої, що моделюють органи зору, слуху, пам'яті. Всі ці пристрої, природно, не володіють однаковою з прототипом фізичною природою, не зберігають фізичної подібності, хоча можуть мати і деяка зовнішня (геометричне) схожість. В даному випадку відношення між моделлю і прототипом є відношенням аналогії. Ця аналогія може бути структурною або функціональною.

Як вже наголошувалося, поведінка систем, різних по своїй фізичній природі (по конкретних фізичних, хімічних, біологічних властивостях), але схожих по якихось більш загальних законах будови або функціонування, математично може бути описано однаково. За цією ознакою і згадані нами вище за модель юних техніків до певної міри можуть бути зараховані" до "математичних".

При споруді спортивних моделей мі прагнемо до того, щоб вони розвивали велику швидкість, були маневренни, могли переміщатися на максимальну відстань і т.п. Спортивні моделі можуть бути кордовими, трассовимі, що з дистанційним управлінням і вільно переміщаються. Останнім часом, з метою підвищення ролі пошукової діяльності в технічній творчості, виготовляють так звані експериментальні моделі, що містять які-небудь нові рішення. Відповідно до Єдиної всесоюзної спортивної класифікації в даний час визначені наступні класи спортивних моделей: авіамоделі - моделі з поршневим двигуном, що вільно літають (планер, резино-моторна, таймерна), кордові, керовані по радіо, моделі-копії; моделі ракет - висотні моделі, "моделі на тривалість спуску (із стрічкою і на парашуті), моделі ракетопланів, моделі-копії; моделі автомобілів - гоночні моделі, моделі з двигунами внутрішнього згорання, моделі з повітряним гвинтом, швидкісні керовані по радіо моделі з двигуном внутрішнього згорання, моделі-копії з електродвигуном; моделі кораблів - самохідні моделі військових кораблів з механічним двигуном, моделі цивільних суден з механічним двигуном, самохідні моделі вільного класу, швидкісні керовані моделі фігурного курсу, швидкісні керовані, швидкісні кордові моделі, моделі підводних човнів з механічним двигуном, швидкісні керовані моделі групових гонок. Серед спортивних моделей останнім часом великий авторитет завоювали трассовиє автомоделі. Вони прості по пристрою, не вимагають дорогого устаткування і матеріалів. Не складна і технологія їх виготовлення. Змагання по трассовому моделізму проходять захоплююче, що привертає учнів. Якщо модель відображає основні ознаки і властивості не одного прототипу, а всього класу представлених машин, механіз- мов, вузлів, то її називають узагальненою (наприклад, модель диференціала, гвинтової передачі і ін.). Крім того, моделі можуть бути динамічними (що діють) і статичними (що не діють). Особливу групу технічних моделей складають тренажери. У них органічно поєднуються елементи моделювання з елементами реальної техніки (приладами, механізмами і т. д.). Тренажери застосовують для формування навиків управління різними машинами. Тому вони створюються так, щоб водію, льотчику, оператору створити умови, максимально наближені до реальних.

2. Використання сучасних матеріалів при моделюванні

2.1 Теоретичні 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.

Страницы: 1, 2