Dynamika IV - vybrané kapitoly (FSI-RRS)

Akademický rok 2022/2023
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:

Aktivní účast na cvičeních, získání minimálně 20 bodů (z 40 možných), které lze získat vypracováním dílčích úkolů a jejich prezentací a získání minimálně 30 bodů (z 60 možných) ve dvou kontrolních testech. Naplní testů je průřezové ověření znalostí a písemné řešení typických úloh z profilujících oblastí předmětu. Konkrétní podobu testů, typy, počet příkladů či otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru. Výsledné hodnocení je dáno součtem bodového zisku z dílčích úkolů a testů 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  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- kl 7 Povinný 1 1 Z
N-IMB-P prezenční studium IME Inženýrská mechanika -- kl 7 Povinný 2 2 Z