Engineering Mechanics (FSI-UIM-A)

Akademický rok 2023/2024
Garant: prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:

Cílem předmětu je vybavit studenty metodikou pro určování napjatosti a deformace různých modelových těles a posuzování rizika základních mezních stavů. Studenti se také seznámí se základními principy metody konečných prvků a s její praktickou aplikací při modelování různých problémů mechaniky kontinua.

Výstupy studia a kompetence:

Student zvládne kategorizaci běžných typů úloh pružnosti a pevnosti a je schopen zvolit v daných podmínkách vhodnou metodiku řešení problému cestou odpovídajícího analytického řešení. Naučí se také požívat metodu konečných prvků k řešení problémů mechaniky kontinua na složitých dvou i trojrozměrných oblastech jako nadstavbu k dosud poznaným řešením analytickým.

Prerekvizity:

Z matematiky jsou nutné znalosti z oblasti lineární algebry, maticového počtu, funkce jedné a více proměnných, diferenciálního a integrálního počtu a diferenciálních rovnic obyčejných i parciálních. Z mechaniky těles jsou nezbytné znalosti v rozsahu odpovídajícím kurzu Statika (především sestavování rovnic statické rovnováhy a uvolňování vazeb).

Obsah předmětu (anotace):

Studenti se v průběhu předmětu seznámí se základními pojmy a problémy pružnosti pevnosti, jako jsou základní mechanické vlastnosti materiálu, obecné věty lineární pružnosti, jednoduchá namáhání prutu - tah/tlak, krut, ohyb a řešení rovnic pružnosti a pevnosti na elementárních typech těles: tlustostěnné válcové těleso, rotující kotouče a válcová tělesa, kruhová a mezikruhová deska, rotačně symetrická bezmomentová skořepina. Taktéž se 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.

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 hodnocení:
- aktivní účast ve cvičeních
- samostatné zpracování a prezentace zadaného semestrálního projektu,
- písemný test základních znalostí.
Vyučující upřesní konkrétní podobu hodnocení v prvním týdnu semestru.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:

Účast na cvičeních je povinná. Je prováděna průběžná kontrola přítomnosti studentů, včetně kontroly aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu.

Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 3 hod. nepovinná                  
    Cvičení s počítačovou podporou  13 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška

  • Základní pojmy – deformace, napětí, napjatost, mezní stavy, bezpečnost.

  • Mechanické vlastnosti materiálu a jejich výpočtové modely. Vlastnosti lineárně pružného tělesa. Vymezení lineární pružnosti.

  • Prut v pružnosti a pevnosti – vymezení, klasifikace.

  • Osově zatížené pruty, kroucené pruty, ohýbané pruty

  • Tlustostěnné válcové těleso, rotující kotouče a válcová tělesa

  • Kruhové a mezikruhové desky

  • Rotačně symetrická membránová skořepina

  • Úvod do metody konečných prvků

  • Teoretické základy metody konečných prvků

  • Prutové prvky: nosníky a příhradové konstrukce

  • Rovinné prvky: rovinná napjatost, rovinná deformace a osová symetrie

  • Tělesové a skořepinové prvky

  • Způsoby vytvoření konečnoprvkové sítě a zadávání okrajových podmínek

    Cvičení s počítačovou podporou

  • Seznámení s programem ANSYS Workbench

  • Nosníky, prutové soustavy

  • Rovinné úlohy (rovinná napjatost, rovinná deformace, osová symetrie)

  • Prostorové úlohy (tělesové a skořepinové prvky)

  • Stacionární a nestacionární teplotní úlohy

  • Výpočet vlastních frekvencí a tvarů

  • Dynamické úlohy

  • Samostatná práce na projektech

  • Prezentace projektů

Literatura - základní:
1. Dowling N.E.: Mechanical Behavior of Materials. Pearson, 2013.
2. Ugural A.C., Fenster S.K.: Advanced Strength and Applied Elasticity. Pearson, 4th ed. 2003.
3. Seed,G.M.: Strength of Materials, Saxe-Coburg Publications, 2000
4. Zienkiewicz, O. C., et al. Finite Element Method For Solid & Structural Mechanics. Elsevier India 7th edition, 2014. ISBN-10: 9789351072829
5. Shigley et al.: Mechanical Engineering design, McGraw-Hill, 2004.
6. Gere, J.M., Timoshenko, S.P.: Mechanics of Materials, third SI edition, Chapman & Hall, London, Glasgow, New York, 1995
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 7 Doporučený kurs 2 1 L
N-ENG-A prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 7 Povinný 2 1 L