Počítačové simulace v automobilovém průmyslu I (FSI-QPA)

Akademický rok 2019/2020
Garant: prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.  
Garantující pracoviště: ÚADI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
Cílem předmětu Počítačové simulace v automobilovém průmyslu je seznámit studenty se soudobými výpočtovými modely, které jsou pro řešení různých typů úloh aplikovány při vývoji pohonných ústrojí a motorových vozidel. Úkolem předmětu je vyložit matematickou a fyzikální podstatu výpočtových modelů, které jsou pro jednotlivé problémy v současnosti zpracovány až do úrovně programových prostředků.
Výstupy studia a kompetence:
Předmět Počítačové simulace v automobilovém průmyslu I umožňuje studentům získat znalosti o soudobých výpočtových modelech, aplikovaných v konstrukci pohonných jednotek a vozidel, experimentální modální analýze mechanických struktur, řešení úloh z oblasti akustiky, vedení tepla a proudění tekutin.
Prerekvizity:
Maticový počet. Diferenciální a integrální počet. Diferenciální rovnice obyčejné a parciální. Technická mechanika, kinematika, dynamika, pružnost a pevnost. Fourierova analýza a Fourierova transformace. Základy metody konečných prvků.

Vazby k jiným předmětům:
povinná korekvizita: Motorová vozidla [QMV]
doporučená korekvizita: Traktory [QT]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY]
povinná korekvizita: Dynamika vozidel [QDY-A]
Obsah předmětu (anotace):
Předmět Počítačové simulace v automobilovém průmyslu má seznámit studenty s nejdůležitějšími soudobými výpočtovými modely aplikovanými při vývoji moderních pohonných jednotek a motorových vozidel. Důraz je kladen na matematické a fyzikální základy výpočtových modelů a programových prostředků, jakož i verifikaci výsledků výpočtového modelování adekvátními experimentálními metodami. Aplikace metody konečných prvků, typy úlohy. Dynamické systémy s více stupni volnosti, modální analýza. Výpočet vynuceného kmitání systémů s více stupni volnosti. Experimentální modální analýza a analýza tvaru pohybu. Dynamika torzních systémů, vlastní frekvence, vynucené kmitání. Torzní systémy s převody, pružné spojky v torzních systémech. Torzní kmitání klikových hřídelů, energetické výpočtové metody. Ladění dynamických systémů, aplikace dynamických tlumičů. Pružné ukládání strojů, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti.
Základy dynamiky kontinua, podélné kmitání tyčí, vlnová rovnice. Ohybové kmitání nosníků, krouživé kmitání hřídele. Kmitání membrán a desek, akustické úlohy. Akční členy pro aktivní tlumení vibrací v automobilní technice.
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 udělení zápočtu:
Znalost fyzikální a matematické podstaty probíraných problémů a praktické realizace měřících a výpočetních prací s využitím výpočetní techniky a potřebného softwarového vybavení. Aplikace znalostí je prověřována na zadaných příkladech. Podmínkou udělení zápočtu je samostatné vypracování zadaných úloh bez závažných nedostatků. Průběžná kontrola studia je prováděna na příkladech.
Zkouška:
Při zkoušce jsou prověřovány a hodnoceny znalosti fyzikální podstaty probíraných problémů, způsobů řešení a jejich aplikace na řešených úlohách. Zkouška se skládá z písemné části (kontrolního testu), případně i části ústní. Do klasifikačního hodnocení se zahrnují:
1. Hodnocení práce ve cvičeních (hodnocení vypracovaných úloh).
2. Výsledek písemné části zkoušky (kontrolního testu), popř. části ústní.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka ve cvičení je povinná, kontrolu účasti provádí vyučující. Forma nahrazení výuky zameškané z vážných důvodů se řeší individuálně s garantem předmětu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 3 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Metoda konečných prvků, typy úloh v automobilní technice.
2. Dynamické modely pístových strojů, vlastní frekvence a tvary kmitání.
3. Vynucené kmitání pístových strojů, energetické metody výpočtu.
4. Torzní systémy s převody, pružné spojky v torzních systémech.
5. Diskrétní dynamické systémy s více stupni volnosti, modální analýza, vynucené kmitání, řešení v reálné a komplexní proměnné.
6. Ladění dynamických systémů, aplikace dynamických tlumičů.
7. Kyvadlové eliminátory torzních kmitů v automobilní technice.
8. Pružné ukládání strojů, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti.
9. Základy dynamiky kontinua, podélné kmitání tyčí, vlnová rovnice.
10. Ohybové kmitání nosníků, krouživé kmity hřídele, kmitání membrán a desek. Akustické úlohy.
11. Experimentální modální analýza a analýza tvaru pohybu.
12. Úvod do aplikací počítačové fluidní dynamiky (CFD).
13. Akční členy v automobilní technice, jejich fyzikální principy.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Analytické a numerické metody. Metoda konečných prvků (MKP). Princip, typy řešených úloh. Používané programové vybavení.
2. Postup řešení úlohy MKP. Preprocessing, Solution, Postprocessing. Ukázková úloha.
3. Import CAD modelů. Modelování v MKP systému.
4. Vytváření výpočtových sítí. Volné a mapované síťování. Volba typu elementu.
5. Hustota sítě. Problematika tvarových přechodů a vrubů.
6. Okrajové podmínky. Typy vazeb, volba typu zatížení.
7. Prutové konstrukce, rámy. Prutové prvky typu Link a Beam. Rovinná a rotační symetrie.
8. Statické 3D úlohy. Ukázková úloha. Postprocessing, zpracování a rozbor získaných výsledků. Grafické průběhy vypočtených veličin po zadané trajektorii, řezy.
9.-10.Statické 3D úlohy. Samostatně řešený příklad.
11. Modální analýza. Vlastní frekvence a vlastní tvary kmitání. Ukázková úloha.
12. Úlohy stacionárního vedení tepla. Ukázková úloha.
13. Kontrola úloh k zápočtu. Prezentace výsledků a diskuse.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-ADI Automobilní a dopravní inženýrství -- zá,zk 6 Povinně volitelný 2 1 Z