Metoda konečných prvků a výpočetní systém ANSYS (FSI-6KP)

Akademický rok 2012/2013
Garant: prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚMTMB všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština
Cíle předmětu:
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.
Výstupy studia a kompetence:
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.
Obsah předmětu (anotace):
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.
Metody vyučování:
Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Způsob a kritéria hodnocení:
Požadavky pro zápočet: - aktivní účast ve cvičeních - samostatné zvládnutí řešených úloh
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.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod.
    Cvičení s poč. podporou  13 × 2 hod.
Osnova:
    Přednáška 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 poč. podporou 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
Literatura - základní:
1. Zienkiewicz, O. C.: The Finite Element Method, 3rd ed.
2. Hinton, E. - Owen, D. R. J.: Finite Element Programming
3. Huebner, K. H. - Thornton, E. A. - Byrom, T. G.: The Finite Element Method for Engineers, 3d ed.
Literatura - doporučená:
1. Moaveni, S.: Finite Element Analysis: Theory and Applications with ANSYS Prentice Hall; 2nd edition, 2003
2. Petruška, J: Počítačové metody mechaniky II. FSI VUT, Brno, 2001
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
B3S-P prezenční studium B-STI Strojní inženýrství -- kl 4 Povinně volitelný 1 3 L
B3A-P prezenční studium B-FIN Fyzikální inženýrství a nanotechnologie -- kl 3 Volitelný (nepovinný) 1 3 L
M2A-P prezenční studium M-MAI Matematické inženýrství -- kl 3 Volitelný (nepovinný) 2 1 L