Detail předmětu

Metoda konečných prvků a výpočetní systém ANSYS

FSI-0KPAk. rok: 2011/2012

Řešení problémů mechaniky kontinua. Variační metody - Ritzova metoda, metoda konečných prvků. Historie metody konečných prvků. Algoritmus metody, okrajové podmínky, zatížení. Interpolační funkce 1D a 2D trojúhelníkových prvků. Programový systém ANSYS a jeho možnosti. Ukázky praktických aplikací. Organizace programu, databáze, pracovní soubory. Preprocessing - geometrické modelování, diskretizace. Top-Down modelling, Bottom-Up modelling. Postprocessing. Souřadnicové systémy. Pracovní roviny. Selekce entit. Booleovské operace, komponenty. Programovací jazyk APDL.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

2

Garant předmětu

prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Studenti si osvojí základní pojmy z oboru metody konečných prvků. Naučí
se požívat ji k řešení problémů mechaniky kontinua na složitých dvou i
trojrozměrných oblastech jako nadstavbu k dosud poznaným řešením
analytickým. Použitelnost získaných znalostí je ve všech oborech
mechaniky kontinua pevné i fluidní fáze pro všechny konstrukční i
technologické směry inženýrského studia.

Prerekvizity

Maticová symbolika, lineární algebra, funkce jedné a více proměnných, diferenciální a integrální počet, základy dynamiky, pružnosti a vedení tepla.

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

Požadavky pro zápočet:
- aktivní účast ve cvičeních
- samostatné zvládnutí řešených úloh

Učební cíle

Cílem kursu je seznámit studenty se základními principy metody konečných
prvků a s její pratickou aplikací při modelování různých problémů
mechaniky kontinua. Výuka je konkrétně zaměřena na použití programového
systému ANSYS, který je rozšířen na vysokých školách, vědeckých ústavech
a v průmyslových podnicích u nás i v zahraničí.

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

Účast na cvičení je vyžadována. Omluvená neúčast se nahrazuje vypracováním náhradních úloh podle pokynů cvičícího.

Základní literatura

Hinton, E. - Owen, D. R. J.: Finite Element Programming, Pineridge press, 1977
Huebner, K. H. et al.: The Finite Element Method for Engineers, J.Wiley, 4th ed., 2001
Zienkiewicz, O. C. and Taylor, R. L., Finite Element Method, Vol. 1,2, Pergamon, 2000

Doporučená literatura

ANSYS User's Manuals: Analysis Guides
ANSYS User's Manuals: Commands Manual
ANSYS User's Manuals: Elements Manual

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3A-P bakalářský

    obor B-FIN , 3 ročník, letní semestr, volitelný (nepovinný)

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-STI , 3 ročník, letní semestr, volitelný (nepovinný)

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-MAI , 1 ročník, letní semestr, volitelný (nepovinný)

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Osnova

1. Analytické a variační (Ritzova metoda, MKP) metody řešení problémů mechaniky kontinua
2. Algoritmus řešení deformačně-napěťových (strukturálních) a teplotních úloh pomocí MKP
3. Nahrazení reálných těles pomocí 1D, 2D, a 3D prvku, využití symetrie při modelování
4. Vytvoření 2D a 3D geometrie analyzovaných těles v ANSYSu (Solid Modeling)
5. Vytvoření konečnoprvkové sítě, způsob řízení hustoty sítě, vliv diskretizace na výsledky
6. Způsoby zadávání okrajových podmínek a zatížení, řešeni úlohy
7. Vyhodnocení výsledku řešení - Postprocessing
8. Řešení úloh pomocí skořepinových prvků, tenké a tlusté skořepiny
9. Submodeling, souřadné systémy, definice komponent
10. Základy řešení úloh dynamiky - modální, harmonické a transientni úlohy
11. Rotordynamics for ANSYS - řešení problému dynamiky rotoru v ANSYSu.
12. Programovani maker v ANSYSu (APDL)
13. Řešení úloh vedení tepla v ANSYSu

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Vosynek, Ph.D.
doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.

Osnova

1. Programový systém ANSYS a jeho vlastnosti, pracovní soubory.
2. Ukázka základních algoritmů modelování pomoci MKP na rovinném modelu.
3. Ukázka výpočtu prutového tělesa na různých úrovních výpočtového modelu (modelování v 1D,2D,3D).
4. Způsoby vytváření 2D a 3D geometrických těles v ANSYSu.
5. Možnosti řízení hustoty konečnoprvkové sítě, vytváření volných a mapovaných sítí.
6. Zadávání okrajových podmínek a zatížení na pro různé typy rovinných a prostorových úloh.
7. Prutové prvky: příklad na využití a řešení prutových prvků.
8. Řešení úloh v 2-D, využití rotační a osové symetrie při tvorbě 2-D konečnoprvkových modelů, řešení rovinné napjatosti a deformace.
9. Řešení prostorových (3D) objemových a skořepinových těles.
10. Dynamická úloha: modální analýza, dynamika rotorových soustav.
11. Modelování s využitím submodelingu, definice komponent.
12. Programování maker v ANSYSu
13. Prezentace individuálních projektů