Multifyzikální simulace v automobilovém průmyslu (FSI-QMO)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚADI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Obecným cílem předmětu je seznámit studenty se soudobými výpočtovými multifyzikálními simulacemi, které jsou aplikovány při vývoji motorových vozidel a pohonných jednotek. Hlavním cílem je získání v praxi využitelných poznatků zahrnujících metodu konečných prvků (MKP), řešení dynamiky soustav těles (MBD) a výpočtovou dynamiku tekutin (CFD).
Výstupy studia a kompetence:
Předmět umožňuje studentům získat znalosti o soudobých multifyzikálních simulacích aplikovaných při vývoji pohonných jednotek a motorových vozidel.
Prerekvizity:
Maticový počet. Diferenciální a integrální počet. Diferenciální rovnice obyčejné a parciální. Technická mechanika, kinematika, dynamika, pružnost a pevnost. Fourierova analýza a Fourierova transformace. Základy metody konečných prvků.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět studentům poskytne přehled o soudobých výpočtových simulacích využívaných při vývoji moderních motorových vozidel. V rámci předmětu jsou zopakovány vybrané fyzikální děje včetně jejich základního matematického popisu. Upřednostněny jsou v praxi využitelné poznatky zahrnující metodu konečných prvků (MKP), řešení dynamiky soustav těles (MBD) a výpočtovou dynamiku tekutin (CFD). Důraz je kladen na praktické využití simulací v rámci komerčních programových prostředků. Výpočtové simulace jsou aplikovány na typické úlohy vyskytující se v automobilovém průmyslu jako jsou interakce komponent pohonných jednotek prostřednictvím ložisek, obtékání karoserie vozidel nebo lopatek turbodmychadel a řešení pevnosti komponent vozidel vystavených současnému působení zátěžných účinků různých fyzikálních dějů.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.
Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení zápočtu jsou schopnost samostatného řešení problémů za pomocí softwarového vybavení, analytického ověření výsledků výpočtových simulací, samostatné vypracování zadaných úloh bez závažných nedostatků, splnění úkolů při průběžné kontrole studia a účast na cvičeních.
Podmínky pro složení zkoušky jsou orientace ve fyzikální podstatě problémů, orientace v analytickém a numerickém řešení problémů, znalosti s důrazem na pochopení dané problematiky, udělený zápočet a dosažení předepsané úrovně bodového hodnocení při závěrečné zkoušce.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka ve cvičení je povinná, kontrolu účasti provádí vyučující. Forma nahrazení výuky zameškané z vážných důvodů se řeší individuálně s garantem předmětu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Základní pojmy v multifyzikálních simulacích.
Základy výpočtového modelování.
Modelování pevnosti komponent.
Modelování materiálových nelinearit a kontaktů těles.
Modelování pohybu těles.
Modelování proudění tekutin a přenosu tepla.
Modelování proudění tekutin a přenosu tepla pomocí CFD.
Aplikace CFD na modelování proudění tekutin a přenosu tepla.
Aplikace výpočtových simulací pro řešení pevnosti komponent.
Aplikace výpočtových simulací interakcí komponent.
Aplikace výpočtových simulací pro řešení dynamiky pohonné jednotky.
Aplikace výpočtových simulací pro řešení pevnosti pohonné jednotky.
Aplikace výpočtových simulací pro řešení aerodynamiky vozidel.
    Cvičení s počítačovou podporou Aplikace metod diskretizace těles pro výpočtové simulace.
Aplikace metod diskretizace těles pro výpočtové simulace.
Hodnocení pevnosti komponent vozidel pomocí MKP.
Hodnocení pevnosti komponent vozidel pomocí MKP.
Simulace kontaktů komponent vozidel pomocí MKP.
Aplikace metod pro úpravu geometrie domény pro CFD simulace.
Aplikace metod diskretizace domény pro CFD simulace.
Tvorba výpočtového modelu pro CFD simulaci.
Simulace obtékání lopatky kompresoru nebo karoserie vozidla.
Tvorba výpočtového modelu pohonné jednotky zahrnující pružná tělesa.
Simulace dynamiky pohonné jednotky.
Literatura - základní:
1. ZIKANOV Oleg. Essential Computational Fluid Dynamics. John Willey & Sons, Inc., 2010. ISBN 978-0-470-42329-5
2. STACHOWIAK, Gwidon W. a Andrew W. BATCHELOR. Engineering Tribology. 3. vyd. Boston: Elsevier Butterworth-Heinemann, 2005. ISBN 0-7506-7836-4.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ADI-P prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinně volitelný 2 2 Z