Detail předmětu

Výpočtové metody

FSI-QVMAk. rok: 2010/2011

Předmět Výpočtové metody má seznámit studenty s nejdůležitějšími soudobými výpočtovými modely aplikovanými při vývoji moderních spalovacích motorů a motorových vozidel. Důraz je kladen na matematické a fyzikální základy výpočtových modelů a programových prostředků, jakož i verifikaci výsledků výpočtového modelování adekvátními experimentálními metodami. Aplikace metody konečných prvků, statické úlohy. Dynamické systémy s více stupni volnosti, modální analýza. Výpočet vynuceného kmitání systémů s více stupni volnosti. Experimentální modální analýza a analýza tvaru pohybu. Dynamika torzních systémů, vlastní frekvence, vynucené kmitání. Torzní systémy s převody, pružné spojky v torzních systémech. Torzní kmitání klikových hřídelů, energetické výpočtové metody. Ladění dynamických systémů, aplikace dynamických tlumičů. Pružné ukládání strojů, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti.
Vačkové mechanismy ve spalovacích motorech. Dynamické modely vačkových mechanismů. Základy dynamiky kontinua, podélné kmitání tyčí, vlnová rovnice. Ohybové kmitání nosníků, kroživé kmitání hřídele. Kmitání membrán a desek, akustické úlohy.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.

Zajišťuje ústav

Ústav automobilního a dopravního inženýrství (ÚADI)

Výsledky učení předmětu

Předmět Výpočtové metody umožňuje studentům získat znalosti o soudobých výpočtových modelech, aplikovaných v konstrukci spalovacích motorů a vozidel, experimentální modální analýze mechanických struktur, řešení úloh z oblasti akustiky, vedení tepla a proudění tekutin.

Prerekvizity

Maticový počet. Diferenciální a integrální počet. Diferenciální rovnice obyčejné a parciální. Technická mechanika, kinematika, dynamika, pružnost a pevnost. Fourierova analýza a Fourierova transformace. Základy metody konečných prvků.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky udělení zápočtu:
Znalost fyzikální a matematické podstaty probíraných problémů a praktické realizace měřících a výpočetních prací s využitím výpočetní techniky a potřebného softwarového vybavení. Aplikace znalostí je prověřována na zadaných příkladech. Podmínkou udělení zápočtu je samostatné vypracování zadaných úloh bez závažných nedostatků. Průběžná kontrola studia je prováděna na příkladech.
Zkouška:
Při zkoušce jsou prověřovány a hodnoceny znalosti fyzikální podstaty probíraných problémů, způsobů řešení a jejich aplikace na řešených úlohách. Zkouška se skládá z písemné části (kontrolního testu), případně i části ústní. Do klasifikačního hodnocení se zahrnují:
1. Hodnocení práce ve cvičeních (hodnocení vypracovaných úloh).
2. Výsledek písemné části zkoušky (kontrolního testu), popř. části ústní.

Učební cíle

Cílem předmětu Výpočtové metody je seznámit studenty se soudobými výpočtovými modely, které jsou pro řešení různých typů úloh aplikovány při vývoji spalovacích motorů a motorových vozidel. Úkolem předmětu je vyložit matematickou a fyzikální podstatu výpočtových modelů, které jsou pro jednotlivé problémy v současnosti zpracovány až do úrovně programových prostředků.

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

Výuka ve cvičení je povinná, kontrolu účasti provádí vyučující. Forma nahrazení výuky zameškané z vážných důvodů se řeší individuálně s garantem předmětu.

Základní literatura

Genta, G.: Vibration of Structures and Machines. Springer-Verlag 2003
Kollmann, F.G.: Maschinenakustik. Springer Verlag 2002.
Norton, R.L.: CAM DESIGN and Manufakturing Handbook. Industrial Press New York 2002.

Doporučená literatura

Píštěk, V. - Štětina, J.: Výpočetní metody ve stavbě spalovacích motorů. Učební text VUT FSI.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2I-P magisterský navazující

    obor M-ADI , 1 ročník, zimní semestr, povinný
    obor M-ADI , 1 ročník, zimní semestr, volitelný (nepovinný)

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.

Osnova

1. Aplikace metody konečných prvků, statické úlohy.
2. Dynamické systémy s více stupni volnosti, modální analýza.
3. Výpočet vynuceného kmitání systémů s více stupni volnosti.
4. Experimentální modální analýza a analýza tvaru pohybu.
5. Dynamika torzních systémů, vlastní frekvence, vynucené kmitání.
6. Torzní systémy s převody, pružné spojky v torzních systémech.
7. Torzní kmitání klikových hřídelů, energetické výpočtové metody.
8. Ladění dynamických systémů, aplikace dynamických tlumičů.
9. Pružné ukládání strojů, střed pružnosti, hlavní osy pružnosti.
10. Vačkové mechanismy ve spalovacích motorech, dynamické modely vačkových mechanismů.
11. Základy dynamiky kontinua, podélné kmitání tyčí, vlnová rovnice.
12. Ohybové kmitání nosníků, kroživé kmitání hřídele.
13. Kmitání membrán a desek, akustické úlohy.

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Ramík

Osnova

1. Analytické a numerické metody. Metoda konečných prvků (MKP). Typy řešených úloh. Programový systém ANSYS.
2. Prostředí programu ANSYS. Fáze řešení - Preprocessing, Solution, Postprocessing.
3. Preprocessing. Výběr typu prvků, reálné konstanty, materiálové vlastností. Solid Modeling a Direct Generation. Postup Bottom-Up a Top-Down.
4. 2-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 1.část. Souřadné systémy. Logické operace.
5. 2-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 2.část. Free a Mapped Meshing.
6. 2-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 3.část. Okrajové podmínky a zatížení. Využití selekcí.
7. 2-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 4.část. Zpracování výsledků, číselné a grafické výsledky.
8. 2-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 5.část. Zobrazení deformací a napětí. Průběhy veličin v zadaných řezech.
9. 2-D analýzy napjatosti a deformace, řešení zadané úlohy.
10. 3-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 1.část. Tažení a rotace.
11. 3-D analýzy napjatosti a deformace, praktický postup - 2.část. Využití symetrie. Zrcadlení a Merging.
12. 3-D analýzy napjatosti a deformace, řešení zadané úlohy - 1.část.
13. 3-D analýzy napjatosti a deformace, řešení zadané úlohy - 2.část. Zhodnocení získaných výsledků.