Harmonogram prednášok pre ŠP Automobilová mechatronika
Študijný program: Automobilová mechatronika
Ročník: 2. ročník ZS
Rozsah: 2/2
- Úvod do mechaniky: postavenie mechaniky v sústave vied a jej význam v mechatronike, rozdelenie mechaniky, metódy skúmania, základné pojmy statiky: dokonale tuhé teleso, sila a jej účinky, statická rovnováha, silová sústava a jej účinky, výslednica silovej sústavy, rovnice ekvivalencie a statické podmienky rovnováhy síl, väzby a väzbové reakcie.
- Statika hmotného bodu a telesa: stupne voľnosti pohybu, vonkajšie väzby a vonkajšie väzbové reakcie, uvoľňovanie hmotných telies a výpočet väzbových reakcií, statická určitosť uloženia, špeciálne prípady uloženia.
- Statika sústavy hmotných bodov – prútové sústavy: rovnováha sústavy hmotných bodov, prútovka ako sústava hmotných bodov, rozdelenie prútoviek, statická určitosť prútoviek, metódy statickej analýzy prútoviek (styčníková a priesečná). Statická analýza staticky určitých prútových sústav.
- Základné pojmy pružnosti a pevnosti: poddajné teleso ako kontinuum, vonkajšie a vnútorné sily, mechanické napätia, základné prípady namáhania, deformácia telesa, pracovný diagram trhacej skúšky, Hookeov zákon, priečne zúženie, energia napätosti, 1. Castiglianova veta, dimenzovanie mechanických prvkov.
- Namáhanie na čistý ťah – tlak: príklady namáhania osovou silou, mechanické napätie a deformácia pri ťahu a tlaku, energia napätosti, celkové a pomerné predĺženie (skrátenie), vplyv teploty, vlastnej tiaže a výrobnej nepresnosti na mechanický stav, dimenzovanie mechanických prvkov pri namáhaní osovou silou.
- Dimenzovanie prútových sústav: rozdelenie prútoviek a ich statická analýza, metódy výpočtu osových síl, normálového napätia a deformácie prútoviek, aplikácia počítačovo orientovaných metód mechaniky pri dimenzovaní prútových sústav v mechatronike.
- Rovinný ohyb nosníkov: rozdelenie nosníkov, uloženie a zaťaženie, ohybový moment a priečna sila, normálové a šmykové napätie v oblžníkovom a kruhovom priereze nosníka, dimenzovanie nosníkov.
- Deformácia nosníkov: priehyb, priehybová čiara a uhol natočenia prierezu nosníka, Približná differenciálna rovnica priehybovej čiary nosníka a jej riešenie, aplikácia I. Castiglianovej vety.
- Krútenie prútov kruhového a medzikruhového prierezu: zaťaženie a uloženie prúta, priebeh krútiaceho momentu, celkový a pomerný uhol skrútenia, priebeh šmykového napätia po priereze prúta.
- Kombinované namáhanie: prípady kombinovaného namáhania, dimenzovanie mechanických prvkov pri kombinovanom namáhaní, redukované napätie, metóda konečných prvkov, experimentálne metódy pružnosti a pevnosti.
- Základné obehy spaľovacich motorov: premena tepla na mechanickú prácu, termodynamické sústavy, stavová rovnica ideálneho plynu, merná tepelná kapacita látky, termodynamické tabuľky a diagramy. I. zákon termodynamiky: pre otvorený a uzavretý systém, expanzná a kompresná práca, pracovný cyklus spaľovacích motorov, indikovaný a porovnávací diagram tepelného obehu.
- Tepelná bilancia obehov spaľovacích motorov: indikovaný a porovnávací diagram tepelného obehu zážihového a vznetového motora, termodynamická účinnosť spaľovacích motorov. Porovnanie pracovných parametrov zážihových a vznetových spaľovacích motorov.
Študijná literatúra:
- Murín, J.: Manuskript prednášok a cvičení z predmetu Mechanika (2017).
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika – vybrané kapitoly pre elektrotechnikov. STU Bratislava, Fakulta elektrotechniky a informatiky. Vydavateľstvo STU, ISBN 80-227-2393-2, 2006.
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika. Internetová učebnica.
- Web: http://uamt.fei.stuba.sk/
Podmienky absolvovania predmetu Mechanika:
Zápočet z cvičení:
- aktívna účasť na cvičeniach
- vypracovanie a odovzdanie dvoch projektov
- získanie minimálne 10 bodov z dvoch 10-bodových kontrolných testov
Skúška:
Písomná forma pozostávajúca z riešenia troch úloh (dve z elastostatiky a jedna z termodynamiky obehov spaľovacích motorov) a z vypracovania odpovedí na tri teoretické otázky. Na písomnej skúške možno získať celkovo 80 bodov.
Hodnotenie skúšky:
Po súčte získaných bodov z cvičení a písomnej skúšky bude udelená známka:
<92 – 100> bodov - výborne - A
<83 – 92) bodov - veľmi dobre - B
<74 – 83) bodov - dobre - C
<65 – 74) bodov - uspokojivo - D
<56 – 65) bodov - dostatočne - E
<0 – 56) bodov - nedostatočne - FX
Harmonogram cvičení pre ŠP Automobilová mechatronika
- Informatívne cvičenie: základné fyzikálne veličiny v mechanike a ich jednotky, zákony a axiómy v mechanike dokonale tuhých telies.
- Riešenie silových účinkov na hmotné telesá.
- Väzby a väzbové reakcie. Zadanie projektu č. 1: Výpočet väzbových reakcií pod kolesami automobilu.
- Statika prútových sústav. Aplikácia na senzory a aktuátory.
- Úlohy namáhania čistým ťahom – tlakom.
- Staticky neurčité úlohy namáhania čistým ťahom – tlakom. Vplyv teploty.
- Rovinný ohyb nosníkov. Priebeh ohybových momentov a priečnych síl. Kontrolný test č.1 (statika).
- Deformácia a dimenzovanie nosníkov. Odovzdanie projektu č. 1.
- Krútenie prútov s kruhovým a medzikruhovým prierezom.
- Kombinované namáhanie. Dimenzovanie pri kombinovanom namáhaní.
- Tepelná bilancia obehov spaľovacích motorov. Zadanie projektu č. 2: Tepelná bilancia obehu spaľovacieho motora.
- Tepelná bilancia obehov spaľovacích motorov. Kontrolný test č. 2 (pružnosť a pevnosť). Odovzdanie projektu č. 2. Vyhodnotenie cvičení a udeľovanie zápočtov.
Študijná literatúra:
- Murín, J.: Manuskript prednášok a cvičení z predmetu Mechanika
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika – vybrané kapitoly pre elektrotechnikov. STU Bratislava, Fakulta elektrotechniky a informatiky. Vydavateľstvo STU, ISBN 80-227-2393-2, 2006.
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika. Internetová učebnica, 2003. Web: http://www.uamt.fei.stuba.sk/vyucbove_materialy/mechanika/
- Murín, J.: Pružnosť a pevnosť. Edičné stredisko STU Bratislava, ISBN 80-227-0237-4, 1990.
- Antal, Š., Maher Al-Shafei : Termomechanika, Zbierka príkladov. Vydavateľstvo STU Bratislava, ISBN 80-227-1378-3, 2000.
Otázky na skúšku pre ŠP Automobilová mechatronika
Mechanika:
- Postavenie mechaniky v sústave vied, rozdelenie mechaniky
- Hmotný bod, hmotné teleso, sila a jej účinky
- Silová sústava, výslednica silovej sústavy, veľkosť a poloha výslednice
- Rovnice ekvivalencie a statické podmienky rovnováhy
- Väzby a väzbové reakcie, príklady väzieb v rovine a priestore, statická určitosť uloženia, výpočet väzbových reakcií
- Účinky vonkajších síl na poddajné teleso, výslednica vnútorných síl a jej výpočet
- Metóda mysleného rezu, normálové a šmykové napätie
- Základné prípady namáhania, pomerné predĺženie a skosenie, priečne zúženie
- Trhacia skúška v ťahu, Hookov zákon v ťahu a šmyku, modul pružnosti
- Celková energia napätosti, 1. Castiglianova veta
- Pevnostná podmienka, dovolené namáhanie, miera bezpečnosti
- Jednoosový ťah-tlak, osová sila, normálové napätie, energia napätosti, celkové predĺženie (skrátenie), superpozícia účinkov
- Vplyv vlastnej tiaže, teploty a výrobnej nepresnosti pri jednoosovom namáhaní
- Staticky neurčité úlohy čistého ťahu-tlaku, dimenzovanie pri namáhaní na ťah a tlak
- Napätosť v bode telesa, definície a rozdelenie napätosti
- Statická určitosť prútových sústav
- Metódy výpočtu osových síl v prútovej sústave
- Deformácia prútových sústav
- Dimenzovanie prútových sústav
- Krútenie kruhových a medzikruhových prierezov, základné predpoklady, priebeh krútiacich momentov
- Výpočet Priebehu mechanických napätí po kruhovom a medzikruhovom priereze, dimenzovanie mechanických prvkov namáhaných krútením
- Celkový a pomerný uhol skrútenia
- Rovinný ohyb nosníkov, rovina ohybu a neutrálna rovina, priebeh ohybových momentov a priečných síl
- Normálové napätie po obdĺžnikovom a kruhovom priereze, dimenzovanie nosníkov
- Deformácia nosníkov, približná diferenciálna rovnica priehybovej čiary nosníka a jej riešenie, uhol natočenia prierezu
Termomechanika:
- 1. zákon termodynamiky pre uzavreté sústavy (vnútorná energia, absolútna – objemová práca a jej geometrický význam v p-v súradniciach),
- Tepelné obehy priame a ich tepelná účinnosť
- Carnotov obeh v oblasti plynu, p-v a T-s diagram, tepelná účinnosť obehu
- Indikovaný a porovnávací obeh tepelného motora, schéma a popis pracovného cyklu štvortaktného motora
- Obeh zážihového (Ottovho) motora, indikovaný a porovnávací diagram (p-v a T-s diagram), opis jednotlivých termodynamických zmien obehu
- Tepelná bilancia termodynamických zmien zážihového motora
- Hodnoty stavových veličín Ottovhoho obehu v jednotlivých charakteristických bodoch obehu
- Tepelná účinnosť zážihového motora a možnosti jej zvýšenia, odvodenie vzťahu pre účinnosť motora vyjadrenú v stavových veličinách i pomocou kompresného pomeru
- Dieselov porovnávací cyklus naftového spaľovacieho motora, popis indikovaného a porovnávacieho obehu (p-v a T-s diagram)
- Tepelná bilancia termodynamických zmien obehu
- Termodynamická účinnosť Dieselovho obehu a vplyvy na jej zvýšenie
- Hodnoty stavových veličín Dieselového obehu v jeho charakteristických bodoch
Harmonogram prednášok pre ŠP Jadrové a fyzikálne inžinierstvo
Študijný program: Jadrové a fyzikálne inžinierstvo
Ročník: 2. ročník ZS
Rozsah: 2/2
- Úvod do mechaniky: postavenie mechaniky v sústave vied a jej význam v elektroenergetike, rozdelenie mechaniky, metódy skúmania, základné pojmy statiky: dokonale tuhé teleso, sila a jej účinky, statická rovnováha, silová sústava a jej účinky, výslednica silovej sústavy, rovnice ekvivalencie a statické podmienky rovnováhy síl, väzby a väzbové reakcie.
- Statika hmotného bodu a telesa: stupne voľnosti pohybu, vonkajšie väzby a vonkajšie väzbové reakcie, uvoľňovanie hmotných telies a výpočet väzbových reakcií, statická určitosť uloženia, špeciálne prípady uloženia.
- Statika sústavy hmotných bodov – prútové sústavy: rovnováha sústavy hmotných bodov, prútovka ako sústava hmotných bodov, rozdelenie prútoviek, statická určitosť prútoviek, metódy statickej analýzy prútoviek (styčníková a priesečná). Statická analýza prútových sústav v elektroenergetike.
- Základné pojmy pružnosti a pevnosti: poddajné teleso ako kontinuum, vonkajšie a vnútorné sily, mechanické napätia, základné prípady namáhania, deformácia telesa, pracovný diagram trhacej skúšky, Hookeov zákon, priečne zúženie, energia napätosti, 1. Castiglianova veta, dimenzovanie mechanických prvkov.
- Namáhanie na čistý ťah – tlak: príklady namáhania osovou silou, mechanické napätie a deformácia pri ťahu a tlaku, energia napätosti, celkové a pomerné predĺženie (skrátenie), vplyv teploty, vlastnej tiaže a výrobnej nepresnosti na mechanický stav, dimenzovanie mechanických prvkov pri namáhaní osovou silou.
- Dimenzovanie prútových sústav: rozdelenie prútoviek a ich statická analýza, metódy výpočtu napätosti a deformácie prútoviek, aplikácia počítačovo orientovaných metód mechaniky pri dimenzovaní prútových sústav v elektroenergetike.
- Základné pojmy energetickej termodynamiky: rozdelenie termomechaniky, premena tepla na mechanickú prácu, termodynamické sústavy, stavová rovnica ideálneho plynu, merná tepelná kapacita látky, termodynamické tabuľky a diagramy. I. zákon termodynamiky: pre otvorený a uzavretý systém, jeho vyjadrenie pomocou entalpie, entalpia vody a vodnej pary, aplikácia I. zákona TD pre otvorené energetické systémy, expanzná a kompresná práca, možnosti zníženia kompresnej a zvýšenia expanznej práce v energetických strojoch.
- Tepelná bilancia základných termodynamických zmien: definícia TD zmien, ich znázornenie v p-v diagrame, vratné a nevratné TD zmeny, vyjadrenie technickej práce v otvorenom systéme pri adiabatickej zmene, nevratné zmeny – redukcia tlaku škrtením, adiabatické zmiešavanie.
- Tepelné obehy, diagramy vodnej pary: pojem TO a ich realizácia, priame obehy a ich p-v, T-s a i-s diagram, obrátené obehy, Carnotov obeh (CO): p-v a T- s diagram, tepelná účinnosť a všeobecné závery pre CO, II. Zákon termodynamiky a jeho aplikácia v energetike, diagramy a tabuľky vodnej pary a ich využitie v elektroenergetike.
- Základné obehy klasických tepelných elektrárni: CO v oblasti mokrej pary, technická realizácia CO v oblasti mokrej pary, nevýhody a možnosti úpravy CO, Clausius-Rankinov obeh (CR), realizačné schémy tepelnej elektrárne, systémy výroby tepla a systémy chladenia v kondenzačnej elektrárni, i – s diagram CR obehu, tepelná bilancia klasickej kondenzačnej tepelnej elektrárne, tepelná účinnosť elektrárni a spôsoby jej zvyšovania. Paroplynový cyklus.
- Tepelný obeh jadrovej elektrárne: tepelné diagramy a realizačná schéma obehu, tepelná bilancia primárneho a sekundárneho obehu, tepelná účinnosť jadrovej elektrárne a spôsoby jej zvýšenia.
- Strojné zariadenia jadrovej elektrárne: prehľad strojného zariadenia klasických tepelných a jadrových elektrárni.
Študijná literatúra:
- Murín, J.: Manuskript prednášok a cvičení z predmetu Mechanika (2017).
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika – vybrané kapitoly pre elektrotechnikov. STU Bratislava, Fakulta elektrotechniky a informatiky. Vydavateľstvo STU, ISBN 80-227-2393-2, 2006.
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika. Internetová učebnica.
- Web: http://uamt.fei.stuba.sk/web/ (Pedagogika/Dištančné vzdelávanie/Mechanika a Termomechanika/Výučba/Predmet: Mechanika alebo Termomechanika)
Podmienky absolvovania predmetu Mechanika:
Zápočet z cvičení:
- aktívna účasť na cvičeniach
- vypracovanie a odovzdanie dvoch projektov
- získanie minimálne 10 bodov z dvoch 10-bodových kontrolných testov
Skúška:
Písomná forma pozostávajúca z riešenia štyroch úloh (dve z elastostatiky a dve z energetickej termodynamiky) a z vypracovania odpovedí na štyri teoretické otázky. Na písomnej skúške možno získať celkovo 80 bodov.
Hodnotenie skúšky:
Po súčte získaných bodov z cvičení a písomnej skúšky bude udelená známka:
<92 – 100> bodov - výborne - A
<83 – 92) bodov - veľmi dobre - B
<74 – 83) bodov - dobre - C
<65 – 74) bodov - uspokojivo - D
<56 – 65) bodov - dostatočne - E
<0 – 56) bodov - nedostatočne - FX
Harmonogram cvičení pre ŠP Jadrové a fyzikálne inžinierstvo
- Informatívne cvičenie: základné fyzikálne veličiny v mechanike a ich jednotky, zákony a axiómy v mechanike.
- Riešenie silových účinkov na hmotné telesá.
- Väzby a väzbové reakcie. Zadanie projektu č. 1: Elastostatika stožiara elektrického vedenia.
- Statika prútových sústav.
- Úlohy namáhania čistým ťahom – tlakom.
- Staticky neurčité úlohy namáhania čistým ťahom – tlakom. Vplyv teploty.
- Vplyv teplotného namáhania a výrobnej nepresnosti. Kontrolný test č.1 (statika).
- Aplikácia I. zákona termodynamiky na energetické systémy. Odovzdanie projektu č. 1.
- Tepelná bilancia základných termodynamických zmien. Zadanie projektu č. 2: Tepelná bilancia obehu klasickej tepelnej kondenzačnej, resp. jadrovej elektrárne.
- Práca z i-s diagramom vodnej pary, škrtenie pary, redukčná stanica.
- Tepelná bilancia obehu klasickej tepelnej elektrárne. Kontrolný test č. 2.
- Tepelná bilancia obehu jadrovej elektrárne. Odovzdanie projektu č. 2. Vyhodnotenie cvičení a udeľovanie zápočtov.
Študijná literatúra:
- Murín, J.: Manuskript prednášok a cvičení z predmetu Mechanika
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika – vybrané kapitoly pre elektrotechnikov. STU Bratislava, Fakulta elektrotechniky a informatiky. Vydavateľstvo STU, ISBN 80-227-2393-2, 2006.
- Murín, J. a kol.: Mechanika a Termomechanika. Internetová učebnica, 2003. Web: http://www.uamt.fei.stuba.sk/vyucbove_materialy/mechanika/
- Murín, J.: Pružnosť a pevnosť. Edičné stredisko STU Bratislava, ISBN 80-227-0237-4, 1990.
- Antal, Š., Maher Al-Shafei : Termomechanika, Zbierka príkladov. Vydavateľstvo STU Bratislava, ISBN 80-227-1378-3, 2000.
Otázky na skúšku pre ŠP Jadrové a fyzikálne inžinierstvo
Mechanika:
- Postavenie mechaniky v sústave vied, jej úloha v odbore FI a ET
- Hmotný bod, hmotné teleso, sila a jej účinky
- Silová sústava, výslednica silovej sústavy, veľkosť a poloha výslednice
- Rovnice ekvivalencie a statické podmienky rovnováhy
- Väzby a väzbové reakcie, príklady väzieb v rovine a priestore, statická určitosť uloženia, výpočet väzbových reakcií
- Rovnováha sústavy hmotných bodov, aplikácia na prútové sústavy
- Statická určitosť prútových sústav
- Výpočet osových síl staticky určitej prútovej sústavy, styčníková a priesečná metóda
- Účinky vonkajších síl na poddajné teleso
- Metóda mysleného rezu, normálové a šmykové napätie
- Základné prípady namáhania, pomerné predĺženie a skosenie, priečne zúženie
- Trhacia skúška v ťahu, Hookov zákon
- Celková energia napätosti, 1. Castiglianova veta
- Pevnostná podmienka, dovolené namáhanie, miera bezpečnosti
- Jednoosový ťah-tlak, osová sila, normálové napätie, energia napätosti, celkové predĺženie (skrátenie), superpozícia účinkov
- Vplyv vlastnej tiaže, teploty a výrobnej nepresnosti pri jednoosovom namáhaní
- Staticky neurčité úlohy čistého ťahu-tlaku, dimenzovanie
- Statická a deformačná analýza prútových sústav, vplyv teploty a výrobnej neprestnosti
Termomechanika:
- Termodynamické sústavy (podľa interakcie s okolím)
- Stavové veličiny
- Ideálny plyn, stavová rovnica ideálneho plynu (pre 1 kg, pre m kg)
- Merné tepelné kapacity, vzťah medzi nimi, Poissonova konštanta
- 1. zákon termodynamiky:
- pre uzavreté sústavy (vnútorná energia, absolútna – objemová práca, geom. význam v p-v súradniciach),
- pre otvorené sústavy (entalpia – fyzik. význam, tech. práca, geom. význam v p-v súradniciach) - Termodynamické zmeny stavu vratné a nevratné
- Základné vratné zmeny stavu:
- v = konšt., realizácia v uzavretej a otvorenej sústave,
- p = konšt., realizácia v uzavretej a otvorenej sústave,
- T = konšt.,
- q = konšt., znázornenie v T-s resp. i-s súradniciach
(Pre všetky zmeny: u = ?, i = ?, a = ?, at = ? a rovnica zmeny) - Základné nevratné zmeny stavu:
- škrtenie pary v i-s diagrame - Tepelné obeh priamy: bloková schéma a tepelná účinnosť
- Carnotov obeh v oblasti plynu, p-v a T-s diagram, tepelná účinnosť
- 2. zákon termodynamiky – základné 3 formulácie, entrópia ako stavová veličina a súvislosť s nemožnosťou realizácie perpetum mobile 2. rádu
- Diagram vodnej pary, mokrá, sýta a prehriata para, medzné krivky, kritický tlak a kritická teplota
- Carnotov obeh v oblasti mokrej pary, nevýhody
- Clausius – Rankinov obeh, tepelná bilancia (dodané teplo, odvedené teplo, výkon turbíny)
- Vratná a nevratná adiabatická expanzia, vnútorná termodynamická účinnosť
- Zvyšovanie účinnosti Rankinovho obehu:
- vplyv parametrov pary (p1, t1 a p2),
- regenerácia kondenzátu (schéma), vplyv na účinnosť,
- medziprehrev pary (schéma), i-s diagram,
- protitlaková turbína (schéma), vplyv na účinnosť - Parametre pary v JE, jedno a dvojokruhová JE, vplyv chladiva na parametre a účinnosť
- Paroplynový cyklus (schéma), vplyvy na účinnosť