Matematické modelování (FSI-PMM)

Akademický rok 2023/2024
Garant: Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚST všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:

Cílem kursu je podat ucelený přehled o fázích přípravy numerické simulace, možnostech počítačové podpory slévárenské technologie ve fázi návrhu výroby odlitku.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají znalosti o 3D modelování odlitků, definici počátečních a okrajových podmínkách výpočtu, vyhodnocení a ověřování výsledků simulací. Pro optimalizaci vtokových a nálitkových systému jsou použity reálné odlitky a výpočty jsou prováděny téměř pro všechny slévárenské technologie (gravitační lití do pískových a kovových forem, tlakové a přesné lití, speciální procesy). Jsou představeny postupy při tvorbě výrobní dokumentace obsahující informace nutné pro výrobu odlitku, kalkulaci a plánování slévárenské výroby včetně Pacynovych charakteristik. Je představena návaznost tepelných výpočtů na následné termo-mechanické analýzy. Výpočty jsou prováděny za podpory nejmodernějších slévárenských simulačních produktů.
Prerekvizity:
Základní znalosti z oblasti slévárenské technologie, základy proudění tekutin a přenosu tepla, základní počítačové dovednosti
Obsah předmětu (anotace):
Díky rozvoji počítačové technologie se numerická simulace stala silným nástrojem při návrhu a optimalizaci slévárenských procesů. Matematické modelování je zaměřeno na odladění navržených technologií již ve fázi přípravy výroby, tak aby bylo možné se vyhnout nákladnému experimentálnímu testování. Numerická simulace slévárenských procesů v sobě spojuje numerické metody, fyziku a počítačovou podporu technologie. S využitím matematického modelování je možné studovat slévárenské procesy během proudění kovu, tuhnutí a chladnutí odlitku.
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:
Zápočet - optimalizace výrobní technologie pro zadaný odlitek, účast na cvičeních, splnění podmínek průběžné kontroly
Zkouška - písemná a ústní část
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičeních je povinná. Absence bude řešena individuálním zadáním úkolu.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. povinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

1. Úvod do numerické simulace slévárenských procesů.
2. Použití CAD systemů ve slévárenství.
3. Metody numerické simulace.
4. Základy přenosu tepla.
5. Definice počátečních podmínek výpočtu.
6. Definice okrajových podmínek výpočtu.
7. Termo-fyzikální data.
8. Výpočet porezity v odlitcích.
9. Simulace gravitačního odlévání do pískových forem.
10. Simulace tlakového lití (HPDC, LPDC).
11. Přesné lití, odlévání do skořepin.
12. Speciální procesy.
13. Post-processing a příklady odlitků z praxe.
    Cvičení s počítačovou podporou

1. Příprava geometrie.
2. Generování povrchových a objemových výpočtových sítí.
3. Opravy výpočtových sítí - export.
4. Definice počátečních a okrajových podmínek výpočtu.
5. Definice výpočtu - kroku výpočtu, výpočtové moduly, ukládání dat.
6. Příklady gravitačního lití.
7. Příklady tlakového lití.
8. Příklady v oblasti přesného lití.
9. Výpočty speciálních procesů.
10. Výpočet porezity.
11. Optimalizace vtokových a nálitkových soustav.
12. Vyhodnocení výsledků simulací.
13. Ověřování výsledků simulací.
Literatura - základní:
1. BONOLLO, F., ODORIZZI, S. Numerical Simulation of Foundry Processes. 1st ed. Padova: S.G.E., 2001, 264 p. ISBN 88-86281-63-3
2. Nová, I.:Tepelné procesy ve slévárenských formách, TU Liberec, 2003
3. Rappaz M., Dantzig A. : Solidification, 2nd edition. EPFL Press, 2016. ISBN 978-0-84938-238-3
Literatura - doporučená:
1. Herman, A. a kol.: Počítačové simulace ve slévárenství, Vydavatelství ČVUT, 2000
2. Hattel JH, Pryds N, Thorborg J, Lipinski M, Schneider M, Hattel JH, (ed.).: Fundamentals of Numerical Modelling of Casting Processes. Polyteknisk Forlag, 2005. 540 p.
3. Abhilash E., Joseph M. A.: Modelling and Simulation of Casting Process: an Overview, Indian Foundry Journal, Vol. 55, No.10, 2009, pp 28-37 https://www.researchgate.net/publication/270757498_Modelling_and_Simulation_of_Casting_Process_an_Overview)
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-SLE-P prezenční studium --- bez specializace -- kl 4 Povinný 2 1 L