- Nazwa przedmiotu:
- Teoria i Praktyka Metody Elementów Skończonych
- Koordynator przedmiotu:
- dr inż. Anna Sibilska-Mroziewicz
- Status przedmiotu:
- Fakultatywny dowolnego wyboru
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Mechatronika
- Grupa przedmiotów:
- Wariantowe
- Kod przedmiotu:
- TiPMES
- Semestr nominalny:
- 1 / rok ak. 2021/2022
- Liczba punktów ECTS:
- 2
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich 33, w tym:
a) wykład – 15 h;
b) ćwiczenia – 0 h;
c) laboratorium – 15 h;
d) projekt – 0 h;
e) konsultacje - 3 h;
2) Praca własna studenta 30, w tym:
a) przygotowanie do kolokwiów zaliczeniowych i egzaminu – 8 h;
b) opracowanie raportów z laboratoriów - 12h;
c) opracowanie tematu na ostatnie laboratorium- 10 h;
d) studia literaturowe – 0 h;
Suma: 63 h (2 ECTS)
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 1 punkty ECTS - liczba godzin bezpośrednich: 33, w tym:
a) wykład – 15 h;
b) ćwiczenia – 0 h;
c) laboratorium – 15 h;
d) projekt – 0 h;
e) konsultacje - 3 h;
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich 33, w tym:
a) wykład – 15 h;
b) ćwiczenia – 0 h;
c) laboratorium – 15 h;
d) projekt – 0 h;
e) konsultacje - 3 h;
2) Praca własna studenta 30, w tym:
a) przygotowanie do kolokwiów zaliczeniowych i egzaminu – 8 h;
b) opracowanie raportów z laboratoriów - 12h;
c) opracowanie tematu na ostatnie laboratorium- 10 h;
d) studia literaturowe – 0 h;
Suma: 63 h (2 ECTS)
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład15h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium15h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Mechanika, Wytrzymałość materiałów, Podstawowa znajomość ANSYS
- Limit liczby studentów:
- 30
- Cel przedmiotu:
- Celem przedmiotu jest dogłębne poznanie metody elementów skończonych jako narzędzia służącego przybliżaniu rozwiązania różnorodnych problemów fizycznych, w tym przepływu ciepła, mechaniki strukturalnej i analizy problemów nieliniowych. W ramach przedmiotu studenci poznają arkana teoretyczne MES i cząstkowych równań różniczkowych, opisujących zagadnienia fizyczne oraz zdobywają 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, jednowymiarowy 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. Wspęp do opragromowania 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 quizowymi, pomagającymi studentom podążać za materiałem.
Laboratoria
Podczas laboratoriów studenci 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 naprężeń i odkształceń 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. W ramach ostatniego laboratorium na podstawie trzech zadanych problemów studenci rozwiązują i przygotowują raport z wybranego przez siebie zagadnienia fizycznego (zadanie własne).
- Metody oceny:
- kolokwium wykładowe w formie testu (40%), aktywności podczas wykładów (10%), laboratorium 1-6 (30%), laboratorium 7 – zadanie własne (20 %)
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- 11) „Finite Element Simulations with ANSYS Workbench 17”, Huei- Huang Lee, SDC Publications, 2017
2) ,,Finite element simulations using ANSYS”, Esam M. Alawadhi 2017
3) Kurs Edx: A Hands-on Introduction to Engineering Simulations, Cornell University
- Witryna www przedmiotu:
- brak
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka TiPMES_2st_W01
- Ma uporządkowaną wiedzę dotyczącą teorii metody elementów skończonych
Weryfikacja: Zaliczenie kolokwium
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W06, K_W09
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
- Charakterystyka TiPMES_2st_W02
- Ma uporządkowaną wiedzę w zakresie tworzenia modeli matematycznych opisujących zagadnienia mechatroniczne
Weryfikacja: Zaliczenie kolokwium oraz ocena raportu z zadania własnego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W01, K_W02
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_W, I.P7S_WG.o
- Charakterystyka TiPMES_2st_W03
- Posiada wiedzę w zakresie oceny wyników, dokumentowania i prezentacji prowadzonych badań i analiz metodą elementów skończonych
Weryfikacja: Ocena raportu z zadań laboratoryjnych.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W07
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_W, I.P7S_WG.o
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka TiPMES_2st_U01
- Potrafi za pomocą oprogramowania ANSYS obliczyć i przeanalizować model układu mechatronicznego
Weryfikacja: Ocena raportu z zadań laboratoryjnych.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U07, K_U13
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
- Charakterystyka TiPMES_2st_U02
- Potrafi zdefiniować model fizyczny, matematyczny oraz rozwiązać model numeryczny wybranego zjawiska mechatronicznego
Weryfikacja: Ocena raportu z zadania własnego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U01, K_U05, K_U06, K_U12
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_U, I.P7S_UW.o, I.P7S_UK, I.P7S_UU, III.P7S_UW.o
- Charakterystyka TiPMES_2st_U03
- Potrafi przygotować raport zawierający opis obliczonego przy użyciu MES modelu oraz analizę otrzymanych wyników
Weryfikacja: Ocena raportu z zadań laboratoryjnych.
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U03
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_U, I.P7S_UK
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka TiPMES_2st_K01
- Ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną i zespołu, którego jest członkiem i zna zasady działania w sposób profesjonalny i zgodny z etyką zawodową
Weryfikacja: Ocena raportu z zadań laboratoryjnych
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K04
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_K, I.P7S_KO, I.P7S_KR
- Charakterystyka TiPMES_2st_K02
- Rozumie potrzebę ciągłego samorozwoju i podnoszenia kompetencji zawodowych w obszarze stale rozwijanego oprogramowania dedykowanego MES
Weryfikacja: Ocena raportu z zadania własnego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K01, K_K02
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_K, I.P7S_KK, I.P7S_KO, I.P7S_KR