Dynamika IV - rotorové soustavy (FSI-RRS)

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

Cílem kurzu je seznámit studenty se základy dynamiky rotorových soustav a provést posouzení kritických otáček hřídelů a disků.

Výstupy studia a kompetence:

Studenti získají základní teoretické znalosti z oblasti rotorových soustav a redukce stupňů volnosti,. Seznámí se s možnostmi výpočtového modelování. Naučí se predikovat rezonanční stavy a kritické otáčky rotačních strojů a seznámí se s možnostmi jejich potlačení. Studenti budou umět provádět redukci soustav s mnoha stupni volnosti, čímž se sníží výpočtový čas.

Prerekvizity:

Studenti musí umět řešit problém vlastních hodnot. Řešit odezvu při vynuceném, ustáleném a přechodovém kmitání soustav s n stupni volnosti. Dále musí mít znalosti základů nelineárního kmitání, a znalost základů experimentální modální analýzy. Student musí znát, maticový počet, lineární algebru, diferenciální rovnice, základy metody konečných prvků.

Obsah předmětu (anotace):

V kurzu budou studenti seznámeni se základními dynamickými vlastnostmi a dynamickým chováním konstrukčních celků a částí rotorových soustav. Konkrétně s hřídelovou částí, lopatkami turbín a kompresorů a disky. Mezi základní dynamické charakteristiky, kterým bude ve výuce věnována pozornost, patří stanovení vlastních frekvencí a tvarů kmitání rotorů a disků a stanovení kritických otáček strojů. Některé úlohy mohou být výpočtově značně náročné, zejména při řešení v časové oblasti. Proto studenti budou seznámení i s metodami redukce stupňů volnosti.

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:

Aktivní účast na cvičeních, získání minimálně 20 bodů (z 40 možných), které lze získat vypracováním dílčích úkolů a získání minimálně 30 bodů (z 60 možných) v kontrolním testu. Naplní testů je průřezové ověření znalostí a písemné řešení typických úloh z profilujících oblastí předmětu. Konkrétní podobu testů, typy, počet příkladů či otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru. Výsledné hodnocení je dáno součtem bodového zisku z dílčích úkolů a testů dle ECTS. K úspěšnému zakončení předmětu je nutno získat alespoň 50 bodů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit vypracováním náhradních úloh dle pokynů vyučujícího. Konkrétní podobu stanovuje učitel vedoucí cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 1 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  • Úvod do rotorových soustav, základní modely rotorů

  • Netlumený Lavalův (Jeffcottův) rotor v tuhých a pružných ložiskových podporách

  • Lavalův (Jeffcottův) rotor s vnějším a vnitřním tlumením

  • Kmitání netlumeného rotoru s uvážením gyroskopických účinků

  • Kmitání olopatkovaných disků, Campbellův diagram

  • Vyvažování rotorů

  • Metody redukce dynamických systémů

    Cvičení s počítačovou podporou

  • Výpočet kritických otáček pomocí jednoduchých modelů rotorů

  • Simulace rozběhu elektromotorů v časové oblasti

  • Simulace chování rotoru uloženého v ložiscích

  • Kmitání disků a olopatkovaných disků

  • Modelování olopatkovaných disků pomocí cyklické symetrie

  • Redukce stupňů volnosti v prostředí MATLAB, MSC Adams a ANSYS

Literatura - základní:
1. Erwin Kramer: Dynamics of Rotors and Foundations , Springer Verlag, 1993.
2. Gasch, Pfutzner: Dynamika rotorů, SNTL Praha, 1980.
Literatura - doporučená:
1. Mišun, V.: Vibrace a hluk, Vysoké učení technické , Brno, 1998
2. Ohayon, R., Soize, C.: Structural Acoustic and Vibration, Academic Press, London, 1998
3. Lyon, R. H., DeJong, R.G: Theory and Application of Statistical Energy Analysis, Butterwortth-Heinemann, Boston, 1995
4. Beer, G., Smith, I., Duenser, Ch.: The Boundary Element Method with Proramming, Springer-Verlag, 2008
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-IMB-P prezenční studium IME Inženýrská mechanika -- kl 3 Povinný 2 2 Z
N-IMB-P prezenční studium BIO Biomechanika -- kl 3 Povinný 2 2 Z