Detail předmětu

Dynamika V – vybrané kapitoly

FSI-R5DAk. rok: 2024/2025

V kurzu budou studenti seznámeni se základními dynamickými vlastnostmi a dynamickým chováním konstrukčních celků a částí rotorových soustav. Konkrétně s hřídelovou částí, nelineárními vazbami mezi rotující a nerotující částí, lopatkami turbín, 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 s metodami redukce stupňů volnosti. V předmětu bude rovněž věnována pozornost vibracím a hluku, které jsou průvodními jevy pracovních procesů všech strojních zařízení. Výuka je zaměřena na základy akustiky, měření akustických veličin a výpočtové modelování vibroakustických systémů. V rámci cvičení budou studenti seznámeni s řešením vibroakustických úloh pomocí numerických metod.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Vstupní znalosti

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.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Aktivní účast na cvičeních, získání minimálně 50 bodů (ze 100 možných) ze závěrečného testu, jehož naplní 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 se řídí stupnicí ECTS.

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.

Učební cíle

Cílem kurzu je seznámit studenty s vybranými částmi dynamiky, konkrétně s dynamikou rotorových soustav a metodami redukce. Cílem předmětu je také praktická a teoretická analýza hlučnosti strojů, výpočtové modelování jejich součástí za účelem snížení jejich vibrací a vyzařované akustické energie.

Studenti získají základní teoretické znalosti z oblasti rotorových soustav, redukce stupňů volnosti a akustiky. 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. Absolvent bude schopen provádět analýzu hlučnosti strojů, identifikovat zdroje vibrací a hluku a realizovat aktivní i pasivní metody redukce vibrací a hluku. Studenti se získají základní znalosti z oblasti optimalizace.

Základní literatura

Erwin Kramer: Dynamics of Rotors and Foundations , Springer Verlag, 1993
Gasch, Pfutzner: Dynamika rotorů, SNTL Praha, 1980.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace IME , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program C-AKR-P celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    specializace CZS , 1 ročník, zimní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Osnova

  • 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. Stabilita pohybu
  • Vazby mezi rotující a nerotující části (ložiska, tlumiče, těsnící spáry).
  • Kmitání olopatkovaných disků, Campbellův diagram
  • Kmitání netlumeného rotoru s uvážením gyroskopických účinků
  • Vyvažování rotorů
  • Akustické veličiny, vlnová rovnice a její řešení, mechanické a aerodynamické zdroje hluku
  • Měření akustických veličin
  • Deterministické modely vibroakustických systémů: metoda konečných prvků (MKP), metoda
  • hraničních prvků (MHP)
  • Statistické modely vibroakustických systémů (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA)

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Osnova

  • Výpočet kritických otáček pomocí jednoduchých modelů rotorů
  • Simulace rozběhu elektromotorů v časové oblasti
  • Simulace rozběhu elektromotoru ve frekvenční oblasti
  • Simulace chování rotoru uloženého v ložiscích
  • Kmitání disků a olopatkovaných disků
  • Modelování olopatkovaných disků pomocí cyklické symetrie
  • Vliv nelinearit na dynamické chování olopatkovaných disků
  • Šíření akustických vln ve volném a uzavřeném prostoru
  • Vyzařování akustických vln z vibrujícího tělesa do volného prostoru, vyzařovaný akustický výkon
  • Šíření akustických vln z vibrujícího tělesa do uzavřeného prostoru
  • Přenos akustických vln pře různé typy stěn