Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Finite Element Method with ANSYS
Koordynator przedmiotu:
dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Mechatronics
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
FEM
Semestr nominalny:
6 / rok ak. 2020/2021
Liczba punktów ECTS:
2
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
1) Liczba godzin bezpośrednich – 32, w tym: • wykład: 15 godz., • laboratorium: 15 godz., • konsultacje: 2 godz., 2) Praca własna studenta: 45 godz, w tym: • przygotowanie do kolokwium: 10 godz., • przygotowanie projektu A: 10 godz., • przygotowanie projektu B: 10 godz, • opracowanie raportów laboratoryjnych: 3*5 godz=15 godz, RAZEM 77 godz. = 3 punkty ECTS
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
1,5 punktu ECTS - liczba godzin bezpośrednich – 32, w tym: • wykład: 15 godz, • laboratorium: 15 godz, • konsultacje: 2 godz.,
Język prowadzenia zajęć:
angielski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
1,5 punktu ECTS – 45 godz. w tym: • przygotowanie do kolokwium: 10 godz., • przygotowanie projektu A: 10 godz., • przygotowanie projektu B: 10 godz, • opracowanie raportów laboratoryjnych: 3*5 godz=15 godz,
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład15h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium15h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Mechanika, Wytrzymałość materiałów
Limit liczby studentów:
30
Cel przedmiotu:
Celem przedmiotu jest poznanie metody elementów skończonych jako narzędzia służącego przybliżaniu rozwiązania różnorodnych problemów fizycznych, w tym przepływ ciepła, mechaniki strukturalnej i analizy problemów nieliniowych. W ramach przedmiotu studenci zgłębią teorię MES, poznają proces modelowania zagadnień fizycznych których celem jest układ cząstkowych równań różniczkowych oraz zdobędą praktykę w rozwiązywaniu i analizowaniu modeli numerycznych, przeliczonych przy wykorzystaniu oprogramowania ANSYS.
Treści kształcenia:
Wykład Modelowanie problemów fizycznych: model fizyczny, model matematyczny, model numeryczny. Walidacja i weryfikacja modelu. Definicja pola skalarnego, wektorowego i tensorowego. Analiza trzech problemów fizycznych: jedno wymiarowy przepływ ciepła, jedno wymiarowy liniowy problem mechaniki strukturalnej i trój-wymiarowy problem mechaniki strukturalnej, zawierający nieliniowość, wynikającą z obszarów kontaktu. Założenia modelu fizycznego. Wyprowadzenie równań Laplace’a i Poissona. Związki konstytutywne w zagadnieniach termicznych i strukturalnych. Warunki brzegowe Neumann’a i Dirichlet’a. Charakterystyka funkcji kształtu. Rząd elementów skończonych. Wyprowadzenie macierzy sztywności dla jednowymiarowych problemów strukturalnych. Przyczyny nieliniowości w zagadnieniach fizycznych. Szkielet algorytmu Newtona-Raphsona. Hipoteza Hubera Misesa. Współczynnik bezpieczeństwa. Błędy modelowania MES. Wstęp do oprogramowania ANSYS. Warunki licencji studenckiej. Modelowanie geometrii i parametry materiałowe w programie ANSYS. Przypisywanie obciążeń strukturalnych i termicznych modelu w programie ANSYS. Definiowanie obszarów kontaktu w programie ANSYS. Rozwiązywanie modelów nieliniowych. Treść wykładu przeplatana jest pytaniami w formie quizu, pomagającymi studentom podążać za materiałem. Laboratoria Podczas laboratoriów studenci pracują w parach w trybie pair-programming. Na pierwszych 6 spotkaniach pary rozwiązują numerycznie, korzystając z oprogramowania ANSYS, trzy problemy fizyczne: przepływ ciepła wewnątrz dwuwymiarowej płyty, analiza naprężenia i odkształceń wewnątrz trójwymiarowego obiektu oraz analiza wieloelementowego układu mechanicznego z obszarami kontaktu, poddanego w kolejnych chwilach czasu obciążeniom strukturalnym i termicznym. Pod koniec 2, 4 i 6 laboratorium studenci przygotowują raport zawierający opis przebiegu prac oraz analizę otrzymanych wyników. Rozważane w trakcie laboratorium problemy są bardzo mocno powiązane z treścią wykładową, dzięki czemu student dostrzega związek pomiędzy problemem fizycznym, modelem matematycznym oraz interpretacją modelu numerycznego przeliczonego przy wykorzystaniu Metody Elementów Skończonych. W ramach ostatniego laboratorium studenci rozwiązują i przygotowują raport z wybranego przez siebie zagadnienia fizycznego (zadanie własne).
Metody oceny:
test - max. 40 pkt, aktywność w trakcie zajęć - max. 20 pkt, raporty z laboratoriów 1-6 - max 3x10 pkt, projekt A - 10 pkt, projekt B - 10 pkt, Oceny: 51-60 - 3 61-75 - 3.5 75-90 - 4 91-100 - 4.5 101-110 - 5
Egzamin:
nie
Literatura:
1) „Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 19”, Huei- Huang Lee, SDC Publications, 2017 2) ,,Finite element simulations using ANSYS”, Esam M. Alawadhi 2017 3) ,,Finite element modeling and simulation with ANSYS Workbench’’, Xiaolin Chen; Yijun Liu, 2019 4) Kurs Edx: A Hands-on Introduction to Engineering Simulations, Cornell University
Witryna www przedmiotu:
brak
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka FEM_W1
Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą teorii metody elementów skończonych
Weryfikacja: wykład - test, laboratorium - raporty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W06
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o, III.P6S_WG
Charakterystyka FEM_W2
Ma uporządkowaną wiedzę w zakresie tworzenia modeli matematycznych złożonych z cząstkowych równań różniczkowych opisujących problemy fizyczne, takie jak: przepływ ciepła, mechanika konstrukcji, nieliniowa analiza naprężeń.
Weryfikacja: wykład - test, laboratorium - raporty
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_W01, K_W02, K_W03
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o, III.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka FEM_U1
Umiejętność formułowania, rozwiązywania i analizowania z wykorzystaniem metody elementów skończonych i oprogramowania ANSYS eliptycznych problemów brzegowych drugiego rzędu w trzech wymiarach przestrzennych z warunkami brzegowymi Dirichleta i Neumanna.
Weryfikacja: laboratorium - raporty, projekt A
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U10, K_U11, K_U22, K_U24
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o, I.P6S_UK
Charakterystyka FEM_U2
Umiejętność samodzielnego wyszukiwania i analizy dodatkowych materiałów w celu poszerzenia wiedzy dotyczącej metody elementów skończonych.
Weryfikacja: projekt B
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_U01, K_U03, K_U05
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, I.P6S_UK, I.P6S_UO, I.P6S_UU

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka FEM_K1
Umiejętność pracy w grupie oraz sprawiedliwego podziału pracy w zespole
Weryfikacja: programowanie w parach podczas pracy na laboratorium
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K, I.P6S_KO, I.P6S_KR
Charakterystyka FEM_K2
Rozumie potrzebę ciągłego samorozwoju i podnoszenia kompetencji zawodowych w obszarze stale rozwijanego oprogramowania dedykowanego MES
Weryfikacja: projekt B
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K, I.P6S_KK, I.P6S_KO