Řešení základních úloh mechaniky těles pomocí MKP (FSI-6KP-A)

Akademický rok 2021/2022
Garant: doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Cílem kursu je seznámit studenty se základními principy metody konečných prvků a s její pratickou aplikací při modelování různých problémů mechaniky kontinua. Výuka je konkrétně zaměřena na použití programového systému ANSYS, který je rozšířen na vysokých školách, vědeckých ústavech a v průmyslových podnicích u nás i v zahraničí.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti si osvojí základní pojmy z oboru metody konečných prvků. Naučí se MKP požívat k řešení problémů mechaniky kontinua na složitých dvou i trojrozměrných oblastech jako nadstavbu k dosud poznaným řešením analytickým. Použitelnost získaných znalostí je ve všech oborech mechaniky kontinua pevné i fluidní fáze pro všechny konstrukční i technologické směry inženýrského studia.
Prerekvizity:
Maticová symbolika, lineární algebra, funkce jedné a více proměnných, diferenciální a integrální počet, základy dynamiky, pružnosti a vedení tepla.
Obsah předmětu (anotace):
Studující se v průběhu předmětu seznámí s teoretickými základy metody konečných prvků, s podstatou numerického výpočtového modelování a s fundamentálními praktickými znalostmi, které jsou aplikovány na typických úlohách mechaniky těles. Úlohy jsou rozděleny dle úrovně geometrie na 1D, 2D a 3D. Dominantně je předmět zaměřen na lineární statické strukturní analýzy, ale bude taktéž probrán úvod do dynamických analýz a analýz týkajících se vedení tepla. Výše uvedené bude procvičováno ve výpočtovém prostředí ANSYS Workbench. Nutnými výstupními znalostmi z předmětu jsou: 1) ovládnutí výpočtového prostředí, 2) pochopení správné úrovně výpočtového modelu (zahrnutí podstatných veličin), 3) analýza/posouzení/verifikace získaných výsledků, 4) teoretický základ MKP.
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:
Požadavky pro klasifikovaný zápočet:
- aktivní účast ve cvičeních
- min. 50% bodů z písemného testu základních znalostí
- samostatné zpracování a prezentace zadaného semestrálního projektu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičení je povinná. Vedoucí cvičení provádějí průběžnou kontrolu přítomnosti studentů, jejich aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška - Úvod do metody konečných prvků.
- Teoretické základy metody konečných prvků.
- Prutové prvky, rámové a příhradové konstrukce.
- Prutové prvky, nosníky a rámy.
- Rovinné prvky, rovinná napjatost, rovinná deformace a osová symetrie.
- Prostorové a skořepinové prvky.
- Způsoby vytvoření konečnoprvkové sítě a zadávání okrajových podmínek.
- Řešení úloh dynamiky.
- Představení systému ABAQUS.
- Řešení úloh vedení tepla.
- Teorie modelování.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. - 7.
- Seznámení s programem ANSYS Workbench
- Nosníky, rámy, prutové soustavy
- Rovinné úlohy (rovinná napjatost, rovinná deformace, osová symetrie)
- Prostorové úlohy (tělesové a skořepinové prvky)
- Teplotní úlohy
- Výpočet vlastních frekvencí a tvarů
- Dynamické úlohy

8. - 12.
- Samostatná práce na projektu.

13.
- Prezentace projektů – hodnocení studentů.
Literatura - základní:
1. Zienkiewicz, O. C.: The Finite Element Method, 3rd ed.
2. Hinton, E. - Owen, D. R. J.: Finite Element Programming
3. Huebner, K. H. - Thornton, E. A. - Byrom, T. G.: The Finite Element Method for Engineers, 3d ed.
Literatura - doporučená:
1. Moaveni, S.: Finite Element Analysis: Theory and Applications with ANSYS Prentice Hall; 2nd edition, 2003
2. Petruška, J: Počítačové metody mechaniky II. FSI VUT, Brno, 2001
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- kl 4 Doporučený kurs 2 2 L
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- kl 4 Doporučený kurs 2 1 L
N-MAI-A prezenční studium --- bez specializace -- kl 4 Volitelný 2 1 L