Metoda konečných prvků - ANSYS Classic (FSI-ZSY-A)

Akademický rok 2018/2019
Garant: doc. Ing. Martin Vrbka, Ph.D.  
Garantující pracoviště: ÚK všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je seznámit studenty se základními principy metody konečných prvků (MKP) a s její praktickou aplikací při modelování různých problémů mechaniky kontinua. Výuka je konkrétně zaměřena na použití programového systému ANSYS Classic, který je rozšířen na vysokých školách, vědeckých pracovištích a v průmyslových podnicích u nás i v zahraničí.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti si osvojí základy metody konečných prvků zejména s důrazem na její praktické aplikace. Budou schopni provádět strukturální analýzy pomocí metody konečných prvků.
Prerekvizity:
Předpokládají se znalosti z oblasti mechaniky těles, matematiky, numerických metod, konstruování strojů a CAD systémů.
Obsah předmětu (anotace):
Řešení problémů mechaniky kontinua. Metoda konečných prvků jako variační metoda. Algoritmus metody. Sestavování základní rovnice MKP. Řešení základní soustavy rovnic MKP. Typy konečných prvků. Konvergence a odhad chyby řešení. Řešení nelineárních úloh pomocí MKP. Programový systém ANSYS Classic - řešení praktických úloh. Prostředí programu, preprocessing - modelování geometrie, diskretizace, vlastní řešení, postprocessing - prezentace a analýza výsledků.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.
Způsob a kritéria hodnocení:
Podmínky udělení klasifikovaného zápočtu: aktivní účast na cvičeních, úspěšné složení testu (8. týden) ze základů teorie metody konečných prvků.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Účast na přednáškách je doporučená, účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná vyučujícím. 1 omluvená absence je tolerována bez nutnosti náhrady. V případě dlouhodobé nepřítomnosti je náhrada zameškané výuky v kompetenci vedoucího cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  1 × 5 hod. nepovinná                  
    Cvičení s poč. podporou  1 × 30 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Úvod do metody konečných prvků. Základní rovnice a veličiny obecné pružnosti.
Lagrangeův variační princip. Ritzova metoda, MKP jako variační metoda.
2. Ilustrace MKP na 1D úloze, sestavování základní maticové rovnice MKP.
Prutové prvky přenášející tah nebo tlak ve 2D a 3D. Nosníkové prvky ve 2D a 3D.
3. Tělesové prvky ve 2D a 3D - úvod, lineární trojúhelník a lineární čtyřstěn.
Tělesové prvky ve 2D a 3D - isoparametrické prvky; volba typu prvku, tvar prvku a jeho přesnost, volná a mapovaná síť, diskretizace zatížení.
4. Přímé a iterační metody řešení základní rovnice MKP. Skořepinové prvky.
5. Nelineární úlohy mechaniky kontinua I. - kontaktní úlohy. Nelineární úlohy mechaniky kontinua II. - geometrická a materiálová nelinearita. Konvergence a odhad chyby řešení. Adaptivní tvorba sítě, h-metoda, p-metoda.
    Cvičení s poč. podporou 1. Úvodní úloha - modelování tahová zkouška.
2. Modelování geometrie - 2D úloha.
3. Modelování geometrie - 3D úloha.
4. Prutové prvky přenášející tah a tlak (2D a 3D úloha).
5. Nosníkové prvky (2D a 3D úloha). Zatížení vlastní tíhou.
6. Statická strukturální úloha ve 2D.
7. Statická strukturální úloha ve 3D.
8. Deformačně-napěťová analýza tělesa s vrubem.
9. Skořepinové prvky, řešení napjatosti T-kusu potrubí (tenkostěnná konstrukce).
10. Kontakt kuličky s rovinnou podložkou - tvorba výpočtového modelu.
11. Kontakt kuličky s rovinnou podložkou - řešení a analýza výsledků.
12. Pokročilejší kontaktní úlohy (např. nalisovaný spoj). Základy APDL.
Literatura - základní:
1. Petruška, J: Počítačové metody mechaniky II. FSI VUT, Brno, 2001
2. Madenci, E., Guven, I.: The Finite Element Method and Applications in Engineering Using ANSYS, Springer 2006, ISBN-13: 978-0387282893
3. Moaveni, S.: Finite Element Analysis: Theory and Applications with ANSYS Prentice Hall; 2nd edition, 2003, ISBN-13: 978-0131890800
4. Bathe, K. J.: Finite Element Procedures, Prentice Hall, 1995, ISBN-13: 978-0133014587
5. Daryl L. Logan: First Course in the Finite Element Method, ISBN-10: 0534552986
6. Bryan, J Mac Donald: Practical Stress Analysis with Finite Elements, ISBN-10: 0955578108
Literatura - doporučená:
7. ANSYS 11.0 Documentation, ANSYS, Inc.
8. Huebner, K.H., Dewhirst. D. L., Smith, D.E, Byrom, T.G.: The Finite Element Method for Engineers, 3rd edition, Wiley-Interscience, 2001, ISBN-13: 978-0471370789
9. Vince Adams, Abraham Askenazi: Building Better Products with Finite Element Analysis, ISBN-10: 156690160X
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
M2I-P prezenční studium M-KSI Konstrukční inženýrství -- kl 5 Povinný 2 1 Z