Detail předmětu

Simulace v automobilovém průmyslu

FSI-QPA Ak. rok: 2027/2028 Zimní semestr

Předmět je zaměřen na fyzikální principy, výpočtové modely a inženýrské postupy používané při vývoji vozidel a jejich pohonných jednotek. Základní metodou je metoda konečných prvků (MKP) aplikovaná na úlohy deformace a napjatosti, pevnosti a únavy, kontaktu těles, nelineárního chování, vedení tepla a rychlých dynamických dějů. Důraz je kladen na formulaci technického problému, volbu přiměřeného modelu, praktické použití komerčních CAE nástrojů, analytický odhad výsledků a kritické posouzení jejich věrohodnosti. V rámci počítačových cvičení mohou být představeny možnosti a omezení využití nástrojů umělé inteligence při výpočtovém modelování.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

prof. Ing. Pavel Novotný, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav automobilního a dopravního inženýrství

Vstupní znalosti

Znalosti matematiky na úrovni bakalářského studia (lineární algebra, diferenciální a integrální počet, základy diferenciálních rovnic), mechaniky, kinematiky, dynamiky, pružnosti a pevnosti; základní orientace ve vedení tepla a numerickém řešení technických úloh je výhodou.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Předmět je zakončen zápočtem a zkouškou. Zápočet je podmíněn účastí na povinných počítačových cvičeních a splněním předepsaných praktických úloh; případné absence se nahrazují po dohodě s vyučujícím. Hodnocení zahrnuje průběžné testy ověřující znalosti z přednášek, individuální praktickou úlohu v prostředí CAE (analytický odhad, numerické řešení a kritické porovnání výsledků), písemné ověření teoretických znalostí, písemné výpočtové příklady a ústní část zaměřenou na schopnost aplikovat poznatky v širších souvislostech. Účast v jednotlivých bodovaných částech je dobrovolná; neúčast se hodnotí nulovým ziskem v dané části. Ústní část je přístupná po dosažení stanovené minimální úrovně hodnocení z předcházejících částí; hodnocení lze uzavřít také bez ústní části. Úspěšné absolvování vyžaduje získání zápočtu a dosažení požadované celkové úrovně hodnocení. Přesné rozdělení bodů, hranice klasifikace a organizační podrobnosti se stanoví a oznámí studentům před zahájením výuky v souladu se závaznou dokumentací předmětu. Průběžné testy a všechny části zkoušky se konají samostatně, bez využití nástrojů umělé inteligence. AI lze použít výhradně v průběhu počítačových cvičení, pokud to vyučující pro konkrétní úlohu dovolí; student musí být schopen výsledky samostatně vysvětlit a ověřit.

Učební cíle

Cílem předmětu je rozvíjet schopnost samostatně řešit vybrané inženýrské problémy strukturální mechaniky a vedení tepla s využitím analytických metod a MKP. Studenti si osvojí nezbytné fyzikální a numerické principy, naučí se vytvářet přiměřené výpočtové modely v komerčním softwaru, posuzovat jejich předpoklady a omezení a ověřovat správnost i technickou využitelnost výsledků. Výuka propojuje teorii s praktickými úlohami a v rámci počítačových cvičení umožňuje seznámení s odpovědným využíváním AI nástrojů.

Studijní opory

  • PAVLOU, D. G. Essentials of the Finite Element Method. 2nd ed. Elsevier, 2026. ISBN 9780443247408.
  • BATHE, K.-J. Finite Element Procedures. 2nd ed. Watertown: Klaus-Jürgen Bathe, 2014. ISBN 9780979004957.
  • KIM, N.-H. Introduction to Nonlinear Finite Element Analysis. 2nd ed. Cham: Springer, 2026. ISBN 9783032097071.
  • WELTY, J. R., WICKS, C. E., WILSON, R. E. a G. L. RORRER. Fundamentals of momentum, heat, and mass transfer. New York: Wiley, 5th ed., 2008.
  • ANSYS, Inc. Ansys Mechanical APDL Theory Reference. Release 2026 R1. Canonsburg, PA: Ansys, Inc., 2026.

Použití předmětu ve studijních plánech

Program N-ADI-P: Automobilní a dopravní inženýrství, magisterský navazující, povinně volitelný

Program N-AAE-P: Pokročilé automobilové inženýrství, magisterský navazující, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Osnova


  1. Výpočtové modelování v automobilovém průmyslu

  2. Metoda konečných prvků v lineární mechanice kontinua

  3. Základní typy prvků ve strukturální MKP

  4. Aplikace MKP v komerčních systémech

  5. Metody tvorby plošných a objemových sítí pro MKP

  6. Hodnocení pevnosti komponent motorových vozidel

  7. Hodnocení únavového poškozování komponent pomocí MKP

  8. MKP v úlohách přenosu tepla a teplotní napjatosti

  9. Nelineární MKP analýzy a velké deformace

  10. Modelování kontaktů těles pomocí MKP

  11. Modelování materiálových nelinearit pomocí MKP

  12. MKP analýzy rychlých dynamických dějů

  13. Praktické aplikace výpočtových simulací v automobilovém průmyslu

Cvičení s počítačovou podporou

39 hod., povinná

Osnova


  1. Příprava geometrických modelů komponent I

  2. Příprava geometrických modelů komponent II

  3. Prutové prvky v MKP

  4. Plošné prvky v MKP

  5. Diskretizace objemových modelů komponent I

  6. Diskretizace objemových modelů komponent II

  7. Směrová tuhost komponent pohonné jednotky

  8. Vysokocyklové únavové poškození v MKP

  9. Nízkocyklové únavové poškození v MKP

  10. Kontakt komponent pohonné jednotky

  11. Tepelná MKP analýza

  12. Přechodová MKP tepelná

  13. Aplikace MKP pro analýzu úloh strukturální mechanicky v automobilovém průmyslu