Metóda konečných prvkov

Naučiť študentov matematické a fyzikálne základy metódy konečných prvkov a jej praktickú aplikáciu pri počítačovom modelovaní a simuláciach elastostatiky a elastodynamiky mechanických prvkov a systémov automobilovej mechatroniky, nanomechatronických a biomechatronických prvkov a sústav softvérom metódy konečných prvkov. Zvládnuť modelovanie a simuláciu praktických úloh softvérom metódy konečných prvkov ANSYS.

Kód: 
I-MKP
Študijný program: 
Aplikovaná mechatronika a elektromobilita
Stupeň štúdia: 
Inžiniersky
Informácie pre študentov: 

Harmonogram prednášok z predmetu

  1. Úvod do počítačového riešenia inžinierskych úloh metódou konečných prvkov (MKP). Postup modelovania a výpočtu programom ANSYS.
  2. Formulácia rovníc MKP pevnostnej a tuhostnej analýzy mechanických prvkov v mechatronike.
  3. Matice prútového konečného prvku pre elastostatické výpočty.
  4. Lokálna a globálna matica tuhosti prvku, zostavovanie celkového systému rovníc prútovej konštrukcie a jeho riešenie.
  5. Nosníkový konečný prvok. Riešenie nosníkových a rámových konštrukcií.
  6. Rovinné konečné prvky a ich aplikácia v počítačovom modelovaní.
  7. Priestorové konečné prvky.
  8. Škrupinové konečné prvky
  9. Účinky dynamických síl na mechanické prvky.
  10. Riešenie elastodynamiky s MKP. Kmitanie pružných sústav.
  11. Zostavovanie pohybových rovníc MKP voľného a vynúteného kmitania.
  12. Špeciálne konečné prvky pre dynamické analýzy.

Podmienky absolvovania predmetu:

Zápočet z cvičení:

- aktívna účasť na cvičeniach
- získanie minimálne 15 bodov z dvoch 15-bodových kontrolných prác
- vypracovanie a odovzdanie dvoch projektových prác

Skúška:

Písomná forma pozostávajúca z vypracovania odpovedí na 4 teoretické otázky zo zoznamu otázok na skúšku. Na skúške možno získať celkovo 70 bodov, ku ktorým sa pripočítajú body z cvičenia (max. 30 bodov). V prípade nulovej odpovede z niektorej teoretickej otázky sa písomná časť skúšky musí opakovať.

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

Študijná literatúra:

  1. J. Murín: MKP pre elektrotechnikov. Elektronický manuskript prednášok.
  2. J. Murín, J. Hrabovský, V. Kutiš: Metóda konečných prvkov. Vybrané kapitoly pre mechatronikov. STU v Bratislave. ISBN 978-80-227-4298-6. 2014.
  3. V. Kutiš, J. Murín, J. paulech, V. Goga: Metóda konečných prvkov v Mechatronike I. STU v Bratislave. ISBN 978-80-227-4129-3. 2014.
  4. Š. Benča: Výpočtové postupy MKP pri riešení lineárnych úloh mechaniky. STU Bratislava, 2004.
  5. ANSYS 18, Interaktívny help programu MKP, 2018.

Harmonogram cvičení z predmetu

  1. Úvod do programového systému ANSYS, práca v systéme ANSYS Classic, základné kroky v preprocesore, práca s helpom - typy prvkov, typy analýz, základné nastavanie statickej analýzy
  2. Práca v ANSYS Classic, modelovanie mechatronických systémov rámového typu pomocou nosníkových prvkov, zobrazovanie deformácie, napätosti a reakčných síl pre dané systémy
  3. Práca v ANSYS Classic, modelovanie rovinných aktuátorov pomocou rovinných prvkov, vplyv zaoblenia na veľkosť mechanických napätí, porovnanie výsledkov lineárnej a geometricky nelineárnej analýzy, zjemňovanie siete
  4. Práca v ANSYS Classic, modelovanie plane stress a plane strain problémov, práca s makrom, definovanie parametrov modelu, plneparametrické modelovanie
  5. Práca v ANSYS Classic, modelovanie mechanického správania sa tlakového MEMS snímača pomocou škrupín, definovanie rôznych vrstiev v škrupinových prvkoch
  6. Zadanie č.1 - samostatná práca
  7. Práca v ANSYS Workbench (WB), úvod do WB, práca v DesignModeler, jednoduchá statická analýza úchytu bezpečnostného pásu vo vozidle, definovanie parametrov
  8. Práca v ANSYS WB, modálna analýza hrebeňového mikroakcelerometra, zobrazovanie vlastných tvarov kmitania, porovnanie dosiahnutých výsledkov pre rôzne modely (rovinné prvky a škrupiny) toho istého systému
  9. Práca v ANSYS WB, harmonická analýza piezoventilátora, zostavenie amplitúdovo-frekvenčnej charakteristiky, modelovanie harmonického budenia MEMS akcelerometra
  10. Práca v ANSYS WB, modelovanie prechodovej analýzy 3D modelu mikroaktuátora, definovanie časovo premenlivých okrajových podmienok, vplyv vlastných frekvencií na definovanie veľkosti časového kroku
  11. Zadanie č.2 - samostatná práca
  12. Odovzdávanie a prezentácia samostatných prác, zápočet

Všetky cvičenia budú realizované pomocou systému ANSYS.

Podmienky na získanie zápočtu:
– odovzdanie oboch správne vypracovaných samostatných zadaní