Detail předmětu

Matematické modelování

FSI-PMMAk. rok: 2025/2026

Díky rozvoji počítačové technologie se numerická simulace stala silným nástrojem při návrhu a optimalizaci slévárenských procesů. Matematické modelování je zaměřeno na odladění navržených technologií již ve fázi přípravy výroby, tak aby bylo možné se vyhnout nákladnému experimentálnímu testování. Numerická simulace slévárenských procesů v sobě spojuje numerické metody, fyziku a počítačovou podporu technologie. S využitím matematického modelování je možné studovat slévárenské procesy během proudění kovu, tuhnutí a chladnutí odlitku.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav strojírenské technologie (ÚST)

Vstupní znalosti

Základní znalosti z oblasti slévárenské technologie, základy proudění tekutin a přenosu tepla, základní počítačové dovednosti

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Zápočet - optimalizace výrobní technologie pro zadaný odlitek, účast na cvičeních, splnění podmínek průběžné kontroly
Zkouška - písemná a ústní část
Účast na cvičeních je povinná. Absence bude řešena individuálním zadáním úkolu.

Učební cíle

Cílem kursu je podat ucelený přehled o fázích přípravy numerické simulace, možnostech počítačové podpory slévárenské technologie ve fázi návrhu výroby odlitku.


Studenti získají znalosti o 3D modelování odlitků, definici počátečních a okrajových podmínkách výpočtu, vyhodnocení a ověřování výsledků simulací. Pro optimalizaci vtokových a nálitkových systému jsou použity reálné odlitky a výpočty jsou prováděny téměř pro všechny slévárenské technologie (gravitační lití do pískových a kovových forem, tlakové a přesné lití, speciální procesy). Jsou představeny postupy při tvorbě výrobní dokumentace obsahující informace nutné pro výrobu odlitku, kalkulaci a plánování slévárenské výroby včetně Pacynovych charakteristik. Je představena návaznost tepelných výpočtů na následné termo-mechanické analýzy. Výpočty jsou prováděny za podpory nejmodernějších slévárenských simulačních produktů.

Studijní opory

Materiály budou přístupny pomocí e-learningu.

Základní literatura

BONOLLO, F., ODORIZZI, S. Numerical Simulation of Foundry Processes. 1st ed. Padova: S.G.E., 2001, 264 p. ISBN 88-86281-63-3
Nová, I.:Tepelné procesy ve slévárenských formách, TU Liberec, 2003 (CS)
Rappaz M., Dantzig A. : Solidification, 2nd edition. EPFL Press, 2016. ISBN 978-0-84938-238-3 (EN)

Doporučená literatura

Abhilash E., Joseph M. A.: Modelling and Simulation of Casting Process: an Overview, Indian Foundry Journal, Vol. 55, No.10, 2009, pp 28-37 https://www.researchgate.net/publication/270757498_Modelling_and_Simulation_of_Casting_Process_an_Overview) (EN)
Hattel JH, Pryds N, Thorborg J, Lipinski M, Schneider M, Hattel JH, (ed.).: Fundamentals of Numerical Modelling of Casting Processes. Polyteknisk Forlag, 2005. 540 p. (EN)
Herman, A. a kol.: Počítačové simulace ve slévárenství, Vydavatelství ČVUT, 2000

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-SLE-P magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.

Osnova

  1. Virtuální inženýrství – představení principů.
  2. Použití numerické simulace ve slévárenství – cíle nasazení simulace.
  3. Základy přenosu tepla v systému kov-forma-okolí
  4. Metody numerické simulace.
  5. Definice počátečních podmínek výpočtu + termo-fyzikální data.
  6. Definice okrajových podmínek výpočtu.
  7. Přehled simulovaných procesů ve slévárenství.
  8. Post-processing a analýza výsledků.
  9. Kritéria vyhodnocení pro tuhnutí odlitků – predikce vad.
  10. Validace numerické simulace slévárenských procesů.
  11. Příklady gravitačního odlévání do pískových forem.
  12. Simulace tlakového lití (HPDC, LPDC).
  13. Přesné lití, odlévání do skořepin.

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Vladimír Krutiš, Ph.D.

Osnova

1. Příprava geometrie - import a export geometrie
2. Generování povrchových a objemových výpočtových sítí.
3. Opravy výpočtových sítí - export.
4. Definice počátečních a okrajových podmínek výpočtu.
5. Definice výpočtu - kroku výpočtu, výpočtové moduly, ukládání dat.
6. Příklady gravitačního lití.
7. Příklady tlakového lití.
8. Příklady v oblasti přesného lití.
9. Výpočty speciálních procesů.
10. Výpočet porezity.
11. Optimalizace vtokových a nálitkových soustav.
12. Vyhodnocení výsledků simulací.
13. Ověřování výsledků simulací - příklady z praxe.