Simulace v automobilovém průmyslu (FSI-QPA)

Akademický rok 2021/2022
Garant: prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.  
Garantující pracoviště: ÚADI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Simulace v automobilovém průmyslu je seznámit studenty se soudobými výpočtovými modely, které jsou pro řešení různých typů úloh aplikovány při vývoji pohonných ústrojí a motorových vozidel. Úkolem předmětu je vyložit matematickou a fyzikální podstatu výpočtových modelů, které jsou pro jednotlivé problémy v současnosti zpracovány až do úrovně programových prostředků.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět Simulace v automobilovém průmyslu umožňuje studentům získat znalosti o soudobých výpočtových modelech, aplikovaných v konstrukci pohonných jednotek a vozidel, dynamické a pevnostní analýze mechanických struktur a při řešení úloh z oblasti vedení tepla a akustiky.
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.

Vazby k jiným předmětům:
povinná korekvizita: Motorová vozidla [QMV]
doporučená korekvizita: Traktory [QT]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY-A]
Obsah předmětu (anotace):
Předmět Simulace v automobilovém průmyslu má seznámit studenty s nejdůležitějšími soudobými výpočtovými modely aplikovanými při vývoji moderních pohonných jednotek a motorových vozidel. Důraz je kladen na matematické a fyzikální základy výpočtových modelů a programových prostředků, jakož i verifikaci výsledků výpočtového modelování adekvátními experimentálními metodami. Aplikace metody konečných prvků, typy úloh v automobilní technice. Dynamické systémy s více stupni volnosti, modální analýza. Výpočet vynuceného kmitání systémů s více stupni volnosti. Experimentální modální analýza a analýza tvaru pohybu. Dynamika torzních systémů, vlastní frekvence, vynucené kmitání. Torzní systémy s převody, pružné spojky v torzních systémech. Torzní kmitání klikových hřídelů, energetické výpočtové metody. Ladění dynamických systémů, aplikace dynamických tlumičů. Pružné ukládání strojů, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti. Základy dynamiky kontinua, podélné kmitání tyčí, vlnová rovnice. Ohybové kmitání nosníků, krouživé kmitání hřídele. Kmitání membrán a desek. Akustické úlohy.
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:
Znalost fyzikální a matematické podstaty probíraných problémů a praktické realizace úloh s využitím výpočetní techniky a potřebného softwarového vybavení. Aplikace znalostí je prověřována na zadaných příkladech. Podmínkou udělení zápočtu je samostatné vypracování zadaných úloh bez závažných nedostatků. Průběžná kontrola studia je prováděna na příkladech.
Zkouška:
Při zkoušce jsou prověřovány a hodnoceny znalosti fyzikální podstaty probíraných problémů, způsobů řešení a jejich aplikace na řešených úlohách. Zkouška se skládá z písemné části (kontrolního testu), případně i části ústní. Do klasifikačního hodnocení se zahrnují:
1. Hodnocení práce ve cvičeních (hodnocení vypracovaných úloh).
2. Výsledek písemné části zkoušky (kontrolního testu), popř. části ústní.
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 × 3 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Výpočtové modelování v automobilovém průmyslu.
2. Metoda konečných prvků v lineární mechanice kontinua.
3. Aplikace metody konečných prvků na řešení strukturálních a teplotních úloh.
4. Dynamické modely pístových strojů, vlastní frekvence a tvary kmitání.
5. Vynucené kmitání pístových strojů, energetické metody výpočtu.
6. Dynamika automobilních systémů s převody.
7. Diskrétní dynamické systémy s více stupni volnosti, modální analýza.
Modální transformace, hlavní souřadnice. Základy experimentální modální analýzy.
8. Vynucené kmitání, řešení v časové a frekvenční doméně. Výpočet v reálné a komplexní proměnné, metoda komplexních amplitud.
9. Ladění dynamických systémů, dynamické tlumiče kmitání v automobilní technice.
10. Kyvadlové eliminátory torzních kmitů v automobilní technice.
11. Pružné ukládání strojů, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti.
12. Základy dynamiky kontinua, podélné kmitání tyčí, vlnová rovnice.
13. Ohybové kmitání nosníků, krouživé kmity hřídele, kmitání membrán a desek. Akustické úlohy.
    Cvičení s počítačovou podporou 1) Představení software využívajícího Metodu konečných prvků (MKP).
2) Postup řešení úlohy pomocí MKP. Příprava modelu, řešení a vyhodnocení výsledků.
3) Vytváření, importování a úprava geometrických modelů. Vytvoření geometrického modelu části skříně turbodmychadla.
4) Diskretizace plošných geometrických modelů. Vytvoření povrchového MKP modelu části karoserie automobilu.
5) Okrajové podmínky a zatížení. Výpočet napjatosti oběžného kola turbodmychadla v důsledku rotace.
6) Diskretizace objemových geometrických modelů. Vytvoření MKP modelu klikové hřídele.
7) Výpočet torzní tuhosti klikové hřídele. Vyhodnocení napjatosti. Porovnání výsledků s analytickým výpočtem.
8) Vytvoření výpočtového modelu pístu. Výpočet rozložení teploty v pístu.
9) Výpočet napjatosti a deformací pístu v důsledku tepelného zatížení.
10-12) Samostatná práce na pevnostní analýze komponent vozidel.
13) Vyhodnocení semestrální práce.
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 1 Z