Dynamika IV - vybrané kapitoly (FSI-RRS)

Akademický rok 2021/2022
Garant: Ing. Petr Lošák, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je seznámit studenty s vybranými částmi dynamiky. Je to jednak dynamika rotorových soustav, metodami redukce a metodami optimalizace. Cílem předmětu je také praktická a teoretická analýza hlučnosti strojů, výpočtové modelování jejich součástí za účelem snížení jejich vibrací a vyzařované akustické energie.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají základní teoretické znalosti z oblasti rotorových soustav, redukce stupňů volnosti, optimalizace a akustiky. Seznámí se s možnostmi výpočtového modelování. Naučí se predikovat rezonanční stavy a kritické otáčky rotačních strojů a seznámí se s možnostmi jejich potlačení. Studenti budou umět provádět redukci soustav s mnoha stupni volnosti, čímž se sníží výpočtový čas. Absolvent bude schopen provádět analýzu hlučnosti strojů, identifikovat zdroje vibrací a hluku a realizovat aktivní i pasivní metody redukce vibrací a hluku. Studenti se získají základní znalosti z oblasti optimalizace.
Prerekvizity:
Studenti musí umět řešit problém vlastních hodnot. Řešit odezvu při vynuceném, ustáleném a přechodovém kmitání soustav s n stupni volnosti. Dále musí mít znalosti základů nelineárního kmitání, a znalost základů experimentální modální analýzy. Student musí znát základy akustiky, maticový počet, lineární algebru, diferenciální rovnice, základy metody konečných prvků.
Obsah předmětu (anotace):
V kurzu budou studenti seznámeni se základními dynamickými vlastnostmi a dynamickým chováním konstrukčních celků a částí rotorových soustav. Konkrétně s hřídelovou částí, nelineárními vazbami mezi rotující a nerotující částí, lopatkami turbín a kompresorů a disky. Mezi základní dynamické charakteristiky, kterým bude ve výuce věnována pozornost, patří stanovení vlastních frekvencí a tvarů kmitání rotorů a disků a stanovení kritických otáček strojů. Některé úlohy mohou být výpočtově značně náročné, zejména při řešení v časové oblasti. Proto studenti budou seznámení s metodami redukce stupňů volnosti. V předmětu bude rovněž věnována pozornost vibracím a hluku, které jsou průvodními jevy pracovních procesů všech strojních zařízení. Výuka je zaměřena na základy akustiky, měření akustických veličin a výpočtové modelování vibroakustických systémů. V rámci cvičení budou studenti seznámeni s řešením vibroakustických úloh pomocí numerických metod. Kromě toho budou studenti seznámení s metodami optimalizace.
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 k udělení zápočtu: Aktivní účast na cvičeních, získání minimálně 20 bodů z 40 možných, které lze získat vypracováním dílčích úkolů a jejich prezentací. Bodový zisk z cvičení je součástí výsledné klasifikace předmětu. Zkouška: Zkouška je rozdělena na dvě části. Klasifikace zkoušky vychází z klasifikací obou částí. Pokud je jedna z částí klasifikována stupněm F, je výsledná známka zkoušky F. Náplní první části je průřezový písemný test, ze kterého je možno získat max. 30 bodů. Náplní druhé části je písemné řešení typických úloh z profilujících oblastí předmětu. Z této části je možno získat max. 30 bodů. Konkrétní podobu zkoušky, typy, počet příkladů či otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru. Výsledné hodnocení je dáno součtem bodového zisku ze cvičení a u zkoušky dle ECTS. K úspěšnému zakončení předmětu je nutno získat alespoň 50 bodů.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit vypracováním náhradních úloh dle pokynů vyučujícího. Konkrétní podobu stanovuje učitel vedoucí cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do rotorových soustav, základní modely rotorů
2. Netlumený Lavalův (Jeffcottův) rotor v tuhých a pružných ložiskových podporách
3. Lavalův (Jeffcottův) rotor s vnějším a vnitřním tlumením. Stabilita pohybu
4. Vazby mezi rotující a nerotující části (ložiska, tlumiče, těsnící spáry).
5. Kmitání olopatkovaných disků, Campbellův diagram
6. Kmitání netlumeného rotoru s uvážením gyroskopických účinků
7. Vyvažování rotorů
8. Metody redukce dynamických systémů
9. Akustické veličiny, vlnová rovnice a její řešení, mechanické a aerodynamické zdroje hluku
10. Měření akustických veličin
11. Deterministické modely vibroakustických systémů: metoda konečných prvků (MKP), metoda hraničních prvků (MHP)
12. Statistické modely vibroakustických systémů (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA)
13. Metody optimalizace
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Výpočet kritických otáček pomocí jednoduchých modelů rotorů
2. Simulace rozběhu elektromotorů v časové oblasti
3. Simulace rozběhu elektromotoru ve frekvenční oblasti
4. Simulace chování rotoru uloženého v ložiscích
5. Kmitání disků a olopatkovaných disků
6. Modelování olopatkovaných disků pomocí cyklické symetrie
7. Vliv nelinearit na dynamické chování olopatkovaných disků
8. Redukce stupňů volnosti v prostředí MATLAB, MSC Adams a ANSYS
9. Šíření akustických vln ve volném a uzavřeném prostoru
10. Vyzařování akustických vln z vibrujícího tělesa do volného prostoru, vyzařovaný akustický výkon
11. Šíření akustických vln z vibrujícího tělesa do uzavřeného prostoru
12. Přenos akustických vln pře různé typy stěn
13. Aplikace vybraných metod optimalizace
Literatura - základní:
1. Erwin Kramer: Dynamics of Rotors and Foundations , Springer Verlag, 1993.
2. Gasch, Pfutzner: Dynamika rotorů, SNTL Praha, 1980.
Literatura - doporučená:
1. Mišun, V.: Vibrace a hluk, Vysoké učení technické , Brno, 1998
2. Ohayon, R., Soize, C.: Structural Acoustic and Vibration, Academic Press, London, 1998
3. Lyon, R. H., DeJong, R.G: Theory and Application of Statistical Energy Analysis, Butterwortth-Heinemann, Boston, 1995
4. Beer, G., Smith, I., Duenser, Ch.: The Boundary Element Method with Proramming, Springer-Verlag, 2008
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-IMB-P prezenční studium IME Inženýrská mechanika -- kl 7 Povinný 2 2 Z