Počítačové metody mechaniky II (FSI-RP4)

Akademický rok 1999/2000

Garant:	prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.
Garantující pracoviště:	ÚMTMB	všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky:	čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu je seznámení posluchačů s numerickým přístupem k řešení problémů mechaniky pomocí Metody konečných prvků a získání přehledu o možnostech nabízených komerčních programových systémů MKP.
Výstupy studia a kompetence:
Absolvent kurzu dokáže pro daný problém mechaniky formulovat výpočtový model, vhodný pro efektivní numerické řešení. Samostatně se orientuje v dostupných programových systémech a na základě získaných teoretických znalostí a praktických dovedností je dokáže po elementárním zaškolení použít k tvůrčímu řešení inženýrských problémů.
Prerekvizity:

Obsah předmětu (anotace):
Obsahovou náplní předmětu je stručná informace o podstatě vybraných numerických metod v mechanice kontinua (metoda sítí, hraničních prvků) a zejména hlubší seznámení s metodou konečných prvků, v současnosti nejpoužívanější. Jsou uvedeny formulační souvislosti MKP s Ritzovou metodou, podrobně je prezentován algoritmus, teoretické základy a pojmy z oblasti MKP (diskretizace kontinua, typy prvků, bázové funkce, prvkové a globální matice, pre- a postprocessing apod.). Posluchači absolvují teoreticky a při cvičení též aktivně příklady nasazení MKP v tradičních oblastech mechaniky: v lineární pružnosti, dynamice (modální analýza i časově nestacionární děj), vedení tepla (včetně svázané úlohy tepelně deformační), v závěru je uveden i základní přístup k řešení nelineárních problémů. V praktické části je kladen důraz na obecné zásady tvorby výpočtových modelů strojních konstrukcí, řešených pomocí MKP.
Metody vyučování:

Způsob a kritéria hodnocení:
Požadavky pro zápočet: - aktivní zvládnutí práce s vybraným systémem MKP - samostatné zpracování 1-2 (dle rozsahu) semestrálních projektů, jejich přednesení ostatním posluchačům a obhájení v diskusi s nimi
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:

Typ (způsob) výuky:
Přednáška	14 × 2 hod.	nepovinná
Cvičení na počítači	14 × 2 hod.	povinná
Osnova:
Přednáška	1.Diskretizace úloh mechaniky kontinua u vybraných numerických metod 2.Variační formulace MKP, základní pojmy, historické poznámky 3.Ilustrace algoritmu MKP na jednorozměrné úloze lineární pružnosti 4.Prutové prvky v rovině a prostoru - nosníky, rámy, příhr. konstrukce 5.Rovinné a rotačně sym.prvky, topologie sítě a struktura matice tuhosti 6.Izoparametrická formulace a základní typy prostorových prvků 7.Pásový a frontální řešič soustavy, substruktury, makroprvky 8.Podmínky konvergence, kompatibilita, hierarchické a adaptivní algoritmy 9.Hermiteovské bázové funkce u tenkostěnných ohýbaných prvků 10.Deskové, stěnodeskové a skořepinové prvky, tenkostěnné konstrukce ve 3D 11.MKP v úlohách dynamiky, konzistentní a diagonální matice hmotnosti 12.MKP v úlohách vedení tepla, stacionární a nestacionární analýza 13.Slabě sdružená tepelně-deformační úloha 14.Základy řešení nelineárních úloh pomocí MKP

Cvičení na počítači	1.Ukázka algoritmu metody sítí na vybrané úloze pružnosti 2.Aplikace Ritzovy metody na téže vybrané úloze 3.Přehled komerčních systémů MKP a jejich současných možností - ukázky 4.Základní příkazy systému ANSYS, potřebné v následujících cvičeních 5.Řešení jednoduché prutové konstrukce ve 2D 6.Prutová konstrukce v prostoru 7.Rovinná úloha lineární pružnosti 8.Prostorová úloha - rozšířené možnosti pre- a postprocessingu 9.Zadání a samostatné řešení sem.projektu 10.Konzultace k řešení sem.projektu 11.Konzultace k řešení sem.projektu 12.Úloha vlastního kmitání řešená pomocí systému ANSYS 13.Nestacionární vedení tepla a následná analýza teplotní napjatosti 14.Prezentace a obhajoba sem.projektů, zápočet

Literatura - základní:
1. O.C.Zienkiewicz: The Finite Element Method, McGraw-Hill, 1977
2. K.-J.Bathe: Finite Element Procedures, Prentice Hall, 1996
3. E.Hinton, D.R.J.Owen: Finite Element Programming, Academic Press, 1977
Literatura - doporučená:
1. Z.Bittnar, J.Šejnoha: Numerické metody mechaniky 1, 2, Vydavatelství ČVUT, Praha, 1992
2. V.Kolář, J.Kratochvíl, F.Leitner, A.Ženíšek: Výpočet plošných a prostorových konstrukcí metodou konečných prvků, SNTL Praha, 1979
3. J.Petruška: Počítačové metody mechaniky II, http://www.umt.fme.vutbr.cz/index.php?volba=skripta

Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program	Forma	Obor	Spec.	Typ ukončení	Kredity	Povinnost	St.	Roč.	Semestr
M2301-5	prezenční studium	Aplikovaná mechanika	04 Aplikovaná mechanika-počítačové navrhování strojních soustav	zá,zk	5	Povinný	2	1	L
M2301-5	prezenční studium	Aplikovaná mechanika	03 Aplikovaná mechanika-mechatronika	zá,zk	5	Povinný	2	1	L
M2301-5	prezenční studium	Aplikovaná mechanika	01 Aplikovaná mechanika-inženýrská mechanika	zá,zk	5	Povinný	2	1	L