Dynamika V – vybrané kapitoly (FSI-R5D)

Cílem kurzu je seznámit studenty s vybranými částmi dynamiky, konkrétně s dynamikou rotorových soustav a metodami redukce. Cílem předmětu je také praktická a teoretická analýza hlučnosti strojů, výpočtové modelování jejich součástí za účelem snížení jejich vibrací a vyzařované akustické energie.

Studenti získají základní teoretické znalosti z oblasti rotorových soustav, redukce stupňů volnosti 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.

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, 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.

Aktivní účast na cvičeních, získání minimálně 50 bodů (ze 100 možných) ze závěrečného testu, jehož naplní 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 se řídí stupnicí ECTS.

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.

• Úvod do rotorových soustav, základní modely rotorů


• Netlumený Lavalův (Jeffcottův) rotor v tuhých a pružných ložiskových podporách


• Lavalův (Jeffcottův) rotor s vnějším a vnitřním tlumením. Stabilita pohybu


• Vazby mezi rotující a nerotující části (ložiska, tlumiče, těsnící spáry).


• Kmitání olopatkovaných disků, Campbellův diagram


• Kmitání netlumeného rotoru s uvážením gyroskopických účinků


• Vyvažování rotorů


• Akustické veličiny, vlnová rovnice a její řešení, mechanické a aerodynamické zdroje hluku


• Měření akustických veličin


• Deterministické modely vibroakustických systémů: metoda konečných prvků (MKP), metoda


• hraničních prvků (MHP)


• Statistické modely vibroakustických systémů (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA)

• Výpočet kritických otáček pomocí jednoduchých modelů rotorů


• Simulace rozběhu elektromotorů v časové oblasti


• Simulace rozběhu elektromotoru ve frekvenční oblasti


• Simulace chování rotoru uloženého v ložiscích


• Kmitání disků a olopatkovaných disků


• Modelování olopatkovaných disků pomocí cyklické symetrie


• Vliv nelinearit na dynamické chování olopatkovaných disků


• Šíření akustických vln ve volném a uzavřeném prostoru


• Vyzařování akustických vln z vibrujícího tělesa do volného prostoru, vyzařovaný akustický výkon


• Šíření akustických vln z vibrujícího tělesa do uzavřeného prostoru


• Přenos akustických vln pře různé typy stěn

Erwin Kramer: Dynamics of Rotors and Foundations , Springer Verlag, 1993

Gasch, Pfutzner: Dynamika rotorů, SNTL Praha, 1980.