Detail předmětu

Metoda konečných prvků a výpočetní systém ANSYS

FSI-6KPAk. rok: 2013/2014

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

4

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

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 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.

Tento předmět je zařazen jako povinně volitelný ve 3. ročníku obecného bakalářského studia. Jeho volba je doporučena v případě, že student hodlá volit obor M-AIŘ, M-ADI, M-ENI, M-FLI, M-IMB, M-MTI, M-MET, M-PRI, M-PMO či M-VSR.

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

Zienkiewicz, O. C., et al. Finite Element Method For Solid & Structural Mechanics. Elsevier India 7th edition, 2014. ISBN-10: 9789351072829 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B3S-P bakalářský

    obor B-STI , 3 ročník, letní semestr, povinně volitelný

  • Program M2A-P magisterský navazující

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

  • Program B3A-P bakalářský

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Tomáš Návrat, Ph.D.
Ing. Petr Vosynek, Ph.D.
prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.

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.
Ing. Jiří Tománek

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