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

Akademický rok 2019/2020
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 1. Úvod do metody konečných prvků.
2. Prutové prvky, rámové a příhradové konstrukce.
3. Prutové prvky, nosníky a rámy.
4. Rovinné prvky, rovinná napjatost, rovinná deformace a osová symetrie.
5. Teoretické základy metody konečných prvků.
6. Prostorové a skořepinové prvky.
7. Způsoby vytvoření konečnoprvkové sítě a zadávání okrajových podmínek.
8. Řešení úloh dynamiky.
9. Představení systému ABAQUS.
10. Řešení úloh vedení tepla.
11. Programovaní maker (APDL).
12. Teorie modelování.
13. Hardwarové prostředky pro řešení MKP úloh.
    Cvičení s počítačovou podporou 1. Seznámení s programem ANSYS Workbench.
2. Prutové soustavy.
3. Nosníky, rámy.
4. Rovinné úlohy, rovinné prvky (RN, RD).
5. Rovinné úlohy, rovinné prvky (osová symetrie).
6. Prostorové úlohy, tělesové a skořepinové prvky.
7. Teplotní úlohy.
8. Výpočet vlastních frekvencí a tvarů.
9. Samostatná práce na projektu.
10. Samostatná práce na projektu.
11. Samostatná práce na projektu.
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  
B3S-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt B-STI Základy strojního inženýrství -- kl 4 Doporučený kurs 1 1 Z
M2I-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt M-STI Strojní inženýrství -- kl 4 Doporučený kurs 2 1 Z