Simulace technologických procesů (FSI-HPR-K)

Akademický rok 2022/2023
Garant: Ing. Jan Řiháček, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚST všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:

Cílem předmětu je seznámit studenty s podstatou, možnostmi využití a aplikací základních metod numerického modelování, a to zejména při řešení problematiky návrhu a optimalizace technologických procesů spojených s tvářením, svařováním a tepelným zpracováním. Předmět rovněž cílí na osvojení dovedností nutných pro práci se simulačními softwary ve zmíněných oblastech. 
Výstupy studia a kompetence:

Studenti budou seznámeni s teorií, jakož i s nejnovějšími poznatky v oboru numerických metod, používaných v současnosti v technické praxi. Získají základní dovednosti pro formulaci a řešení výpočetních modelů v oblastech tváření, svařování a tepelného zpracování materiálu.
Prerekvizity:
Základní znalost strojírenské technologie a počítačová gramotnost.
Obsah předmětu (anotace):

Předmět „Simulace technologických procesů“ navazuje svým obsahem na předmět „Počítačová podpora technologie“ a je zaměřen na rozšíření základních znalostí z oblasti numerického modelování technologických procesů, zejména technologie tváření, svařování a tepelného zpracování. V rámci přednášek jsou studenti podrobně seznámeni s podstatou základních numerických metod používaných v současné technické praxi a s využitím numerického modelování pro řešení problematik technologií tváření, svařování a tepelného zpracování materiálu. Praktická část - cvičení cílí především na obecné zásady tvorby výpočtových modelů, určených k analýze technologických procesů. Studenti tak získají znalosti pro samostatnou orientaci v problematice numerických simulací a analýz.
Metody vyučování:

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu a ukázek základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktickou práci ve vybraném simulačním softwaru.

 
Způsob a kritéria hodnocení:

Udělení klasifikovaného zápočtu je podmíněno vypracováním zadaných numerických analýz v rámci práce s vybraným softwarem a prokázáním teoretických znalostí v podobě písemného testu. Hodnotí se klasifikačním stupněm ECTS.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:

Účast na přednáškách je doporučená. Účast na cvičeních je povinná. Docházka do cvičení je pravidelně kontrolována a účast ve výuce je zaznamenávána. V případě zameškané výuky může učitel v odůvodněných případech stanovit náhradní zadání cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Konzultace v kombinovaném studiu  1 × 17 hod. povinná                  
    Konzultace  1 × 35 hod. nepovinná                  
Osnova:
    Konzultace v kombinovaném studiu 1. Numerické modelování tvářecích procesů (základní přístupy; zahrnutí času a nelinearit do výpočtu; využití různých numerických metod)
2. Metoda konečných prvků v prostředí softwaru ANSYS (základní princip; řešení úloh tváření v softwaru ANSYS; základní etapy preprocessingu a postprocessingu)
3. Metoda konečných diferencí (základní princip; možnosti výpočtové sítě; diskretizace prostoru a času; rovnice vedení tepla – ilustrace využití MKD pro rozložení teplotního pole)
4. Metoda oddělených prvků (základní princip; tvrdá a měkká metoda; možnosti diskretizace a propojování elementů)
5. Metoda SPH (základní princip; váhová funkce a vyhlazovací vzdálenost; realizace okrajových podmínek)
6. Metoda hraničních prvků (základní princip; fundamentální řešení; možnosti diskretizace)
7. Metoda konečných objemů (úvod do hydrodynamiky; základní princip MKO; možnosti diskretizace; řešení rozhraní mezi dvěma typy médií)
8. Numerické simulace tepelného zpracování (cíle numerických analýz; simulace svařování v prostředí MKP)
9. Úvod do numerických simulací svařování (základní veličiny; vstupy a výstupy numerických analýz)
10. Metody řešení problematiky svařování (transientní metoda; metoda Macro Bead; lokálně globální metoda; metoda smršťování)
11. Tepelné procesy při svařování (struktura a vlastnosti svarového spoje a TOO; teplotní pole; teplotní cyklus)
12. Napětí a deformace při svařování (příčiny vzniku, modelování a měření)
13. Aplikace numerického modelování v technologiích tváření a svařování (praktické ukázky)
    Konzultace 1. Základní postup při simulaci tvářecích procesů v softwaru ANSYS
2. Řešení zadané problematiky tváření v simulačním softwaru
3. Řešení zadané problematiky tváření v simulačním softwaru
4. Řešení zadané problematiky tváření v simulačním softwaru
5. Zadání a řešení samostatného projektu
6. Řešení samostatného projektu
7. Odevzdání a vyhodnocení zpracovávaného projektu
8. Úvod do numerické simulace svařování v softwaru SYSWeld
9. Řešení zadané problematiky svařování v simulačním softwaru
10. Řešení zadané problematiky svařování v simulačním softwaru
11. Řešení zadané problematiky svařování v simulačním softwaru
12. Řešení zadané problematiky svařování v simulačním softwaru
13. Závěrečný písemný test, klasifikovaný zápočet
Literatura - základní:
1. ŘIHÁČEK, Jan. FSI VUT v Brně. Počítačová podpora technologie: část tváření. Brno, 2015, 29 s. Sylabus.
2. ŘIHÁČEK, Jan. FSI VUT v Brně. Simulace tvářecích procesů v softwaru FormFEM: řešené příklady. Brno, 2015, 94 s.
5. VANĚK, Mojmír. FSI VUT v Brně. Počítačová podpora technologie: část svařování. Brno, 2015. Sylabus.
6. VANĚK, Mojmír. FSI VUT v Brně. Počítačová podpora technologie: příklady ze simulací svařování a tepelného zpracování. Brno, 2015.
Literatura - doporučená:
1. VALBERG, Henry S. Applied metal forming including FEM analysis. New York: Cambridge University Press, 2010. ISBN 978-051-1729-430.
2. PETRUŽELKA, Jiří a Jiří HRUBÝ. Výpočetní metody ve tváření. 1. vyd. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita, Strojní fakulta, 2000. ISBN 80-7078-728-7.
3. GOLDAK, John A. a Mehdi AKHLAGHI. Computational welding mechanics. New York, USA: Springer, 2005, 321 s. ISBN 03-872-3287-7.
4. ESI GROUP. SYSWELD 2015: Reference Manual. 2015, 334 s.
6. ESI GROUP. PAM-STAMP 2015: User´s Guide. 2015, 1080 s
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-STG-K kombinované studium STG Strojírenská technologie -- kl 4 Povinně volitelný 2 2 L