Komputerowa analiza konstrukcji

stacjonarne

jednolite magisterskie

obowiązkowy

W 20/+, C 20/+ P 6/+, razem: 46 godz., 4 pkt ECTS

nazwa przedmiotu / wymagania wstępne:

Informatyka: znajomość środowiska Matlab

Podstawy CAx: znajomość środowiska CAx.

Projektowanie i badanie maszyn i mechanizmów: znajomość wybra-nych zagadnień dotyczących projektowania i badania maszyn i mechani-zmów.

Mechanika: znajomość wybranych zagadnień mechaniki teoretycznej oraz zagadnień dotyczących opisu zachowania ośrodka ciągłego.

Numeryczne metody obliczeniowe: znajomość istoty metody różnic skończonych, znajomość metod interpolacji funkcji, znajomość metod rozwiązywania układów równań algebraicznych oraz różniczkowych

Obowiązuje od naboru 2019, semestr ósmy / mechatronika / kandydaci na żołnierzy zawodowych, uzbrojenie i elektronika; eksploatacja uzbrojenia i sprzętu wojskowego; środki bojowe

dr inż. Bartosz Fikus

Aktywność / obciążenie studenta w godz.

1. Udział w wykładach / 20 godz.

2. Udział w ćwiczeniach audytoryjnych / 20 godz.

3. Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych / -

4. Udział w ćwiczeniach projektowych / 6 godz.

5. Udział w seminariach / - godz.

6. Samodzielne studiowanie tematyki wykładów / 24 godz.

7. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń audytoryjnych / 20 godz.

8. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych / -

9. Samodzielne przygotowanie do ćwiczeń projektowych / 6 godz.

10. Samodzielne przygotowanie do seminarium / - godz.

11. Udział w konsultacjach / 14 godz.

12. Przygotowanie do egzaminu / -

13. Przygotowanie do zaliczenia / 10 godz.

14. Udział w egzaminie / -

Sumaryczne obciążenie pracą studenta:

120 godz. / 4,0 ECTS, przyjęto 4 ECTS

Zajęcia z udziałem nauczycieli (1+2+3+4+5+11+14): 60 godz./ 2 ECTS

Zajęcia powiązane z działalnością naukową: 3,5 ECTS

Przedmiot ma na celu nauczyć podstawowych metod numerycznych sto-sowanych w działalności naukowej i inżynierskiej w obszarze symulacji zjawisk fizycznych (mechanicznych oraz cieplnych). Ponadto celem przedmiotu jest wykształcenie umiejętności modelowania elementów składowych mechanizmów i ich połączeń oraz analizy dynamiki i ich ruchu. Dodatkowo w ramach przedmiotu wprowadzono elementy analizy optymalizacyjnej konstrukcji pod kątem obciążeń mechanicznych i cieplnych.

Wykład / metoda werbalno-wizualna z wykorzystaniem nowoczesnych technik multimedialnych

1. Wprowadzenie do komputerowej analizy konstrukcji. /2

Zakres przedmiotu. Istota i charakter modelowania analitycznego oraz numerycznego zjawisk fizycznych. Współczesne zastosowania metod numerycznych w działalności inżynierskiej i naukowej.

2. Sformułowanie metody elementów skończonych w warunkach symulacji zjawisk statycznych oraz dynamicznych. /4

Istota metody elementów skończonych (MES) w zagadnieniach statycznych oraz dynamicznych. Hydrokody. Sformułowanie równań oraz schematów numerycznych dla zagadnień statycznych oraz dynamicznych. Modelowanie kontaktu między częściami przy użyciu funkcji kary (penalty-based formulation).

3. Modelowanie oraz badanie właściwości ośrodka w warunkach statycznych oraz dynamicznych. /4

Modele wytrzymałościowe materiałów w warunkach dynamicznych. Równania stanu materiałów stosowane w warunkach statycznych oraz dynamicznych. Metody określania stałych materiałowych równań konstytutywnych opisujących właściwości ośrodka.

4. Siatkowy oraz bezsiatkowy opis ośrodka w warunkach dynamicznych. /4

Opis zachowania ośrodka z wykorzystaniem metod siatkowych: sformułowanie Lagrange’owskie, Eulerowskie, z ruchomymi siatkami (ALE). Sformułowanie bezsiatkowe opisu ośrodka. Sformułowania hybrydowe – siatkowo-bezsiatkowe.

5. Modelowanie zachowania ośrodków sypkich oraz analiza kinematyczna z wykorzystaniem metody układów wieloczłonowych. / 4

Metody bezsiatkowe w modelowaniu ośrodków sypkich. Metoda elementów dyskretnych. Kontakt w metodzie elementów dyskretnych. Metoda układów wieloczłonowych. Definiowanie kontaktu w metodzie układów wieloczłonowych.

6. Zaliczenie przedmiotu. /2

Ćwiczenia / metoda werbalno-praktyczna praktyczna z wykorzystaniem komputerów – praca pod nadzorem wykładowcy

1. Opracowanie modelu oraz przeprowadzenie analizy statycznej. /4

Wykonanie mechanicznej analizy statycznej wybranego elementu konstrukcyjnego.

2. Opracowanie modelu oraz przeprowadzenie analizy dynamicznej. /6

Wykonanie mechanicznej analizy dynamicznej wybranego elementu konstrukcyjnego.

3. Opracowanie modelu oraz przeprowadzenie analizy pola temperatury i przepływu ciepła /6

Wykonanie analizy pola temperatury i przepływu ciepła w wybranym elemencie konstrukcyjnym.

4. Opracowanie modelu oraz przeprowadzenie symulacji przepływu gazu /4

Wykonanie symulacji przepływu gazu w rurze oraz dyszy zbieżno – rozbieżnej w warunkach ustalonych i nieustalonych.

Projekt / metoda praktyczna

1. Symulacja numeryczna wybranego zjawiska fizycznego /6

Opracowanie modelu fizycznego oraz matematycznego wybranego problemu fizycznego. Symulacja numeryczna zjawiska.

podstawowa:

• Fortuna Z., Macukow B, Wąsowski J. „Metody numeryczne”, WNT, Warszawa 2017 r.

• Kosma Z. „Metody Numeryczne dla Zastosowań Inżynierskich”, Politechnika Radomska, Radom 2008 r.

• Wawrzecki J. „Teoria maszyn i mechanizmów. Wstęp do teorii mechanizmów przestrzennych”, Politechnika Łódzka, Łódź 2008 r.

• Dacko M. i inni „Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji”, Arkady, Warszawa 1994 r., sygn. 51621;

• Rakowski G., Kacprzyk Z. „Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji”, Oficyna wydawnicza Politechniki War-szawskiej, Warszawa 2005 r., sygn. 61194;

uzupełniająca:

• Bjorck A., Dahlquist G. „Metody numeryczne”, PWN, Warszawa 1987 r.

• Wesseling P. „Principles of Computational Fluid Dynamics”, Springer, 2001 r.

• Eleuterio F. Toro „Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics”, Springer, 1999 r.

• Szmelter J. „Metody komputerowe w mechanice”, PWN, Warsza-wa 1980 r.

• Jach K. „Komputerowe modelowanie dynamicznych oddziaływań ciał metodą punktów swobodnych”, PWN, Warszawa 2001 r.

• Марчук Г. И. „Методы вычислительной математики”, Наука, Москва 1977 г.

• Самарский А. А. „Теория разностных схем”, Наука, Москва 1977 г.

• Kruszewski J., Wittbrodt E., Walczyk Z. „Drgania układów me-chanicznych w ujęciu komputerowym. Tom I - Zagadnienia linio-we”, WNT, Warszawa 1992 r., sygn. 50431; II-79532;

• Kruszewski J., Wittbrodt E., Walczyk Z. „Drgania układów me-chanicznych w ujęciu komputerowym. Tom II - Zagadnienia wy-brane”, WNT, Warszawa 1993 r., sygn. 51283;

II-79530; II-79532;

• Morecki A., Oderfeld J. „Teoria maszyn i mechanizmów”, PWN, Warszawa 1997 r., sygn. 48242; II-75336 - II-75337;

• Olędzki A. „Podstawy Teorii Maszyn i mechanizmów”, WNT, War-szawa 1987 r., sygn. 48023;

• Łodygowski T., Kąkol W. „Metoda elementów skończonych w wy-branych zagadnieniach mechaniki konstrukcji inżynierskich”, Poli-technika Poznańska, Poznań 2003 r. (wersja elektroniczna).

• „ANSYS. Metoda Elementów Skończonych dla praktyków”, mate-riały szkoleniowe firmy MESco, Tarnowskie Góry 2009 r.

Symbol i nr efektu przedmiotu / efekt uczenia się / odniesienie do efektu kierunkowego

W1/ Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą obszarów zastosowania za-awansowanych narzędzi wspomagających proces projektowania, wytwarzania i eksploatacji oraz zna podstawowe metody, techniki i narzędzia stosowane przy rozwiązywaniu zadań inżynierskich z zakresu mechatroniki / K_W15

U1/ Potrafi zaplanować eksperyment z elementami i urządzeniami mechatronicznymi / K_U20

U2/ Potrafi stosować właściwe środowiska programistyczne, symulatory i narzędzia komputerowego wspomagania projektowania, wytwarzania i eksploatacji urządzeń mechatronicznych / K_U22

U3/ Potrafi przeprowadzić analizę pracy oraz krytycznie ocenić funkcjonowanie elementu oraz zaplanować proces testowania elementu, układu, prostego systemu w celu ustalenia ich charakterystyk lub wykrycia błędów wykorzystując do tego celu metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne / K_U24

Przedmiot zaliczany jest na podstawie: zaliczenia.

Ćwiczenia zaliczane są na podstawie: obecności i efektów wykonanych zadań.

Zaliczenie przedmiotu jest prowadzone w formie testu

Warunkiem dopuszczenia do zaliczenia jest obecność na ćwiczeniach oraz wykonanie projektu.

Osiągnięcie efektu W1 - weryfikowane jest na teście pisemnym.

Osiągnięcie efektu U1, U2 oraz U3 - weryfikowane jest w ramach ćwiczeń oraz projektu.

Ocenę bardzo dobrą otrzymuje student, który uzyskał powyżej 96% poprawnych odpowiedzi

Ocenę dobrą plus otrzymuje student, który uzyskał 91-95% poprawnych odpowiedzi

Ocenę dobrą otrzymuje student, który uzyskał 81-90 % poprawnych odpowiedzi

Ocenę dostateczną plus otrzymuje student, który uzyskał 71-80% po-prawnych odpowiedzi

Ocenę dostateczną otrzymuje student, który uzyskał 60-70% poprawnych odpowiedzi

Ocenę niedostateczną otrzymuje student, który uzyskał poniżej 60% poprawnych odpowiedzi

nie dotyczy