Úvod do modelování v mechanice - KME/UMM

Garant

Přednášející

Rozvrhové akce

Přednáška US 217 LS Pondělí 11-13 (16:40-19:15)

Cíle předmětu

Představit studentům obor mechanika a obeznámit je se základními pojmy, problémy a metodami řešení. Ukázat studentům typické moderní aplikace mechaniky na reálných příkladech z praxe.

Přehled látky

1. Úvodní přednáška. Rozdělení mechaniky, základní pojmy a veličiny. Historie mechaniky. Význam a motivační příklady využití mechaniky v praxi.

2. Dynamika nerotujících systémů. Význam dynamiky. Nekmitavý a kmitavý pohyb. Postupy počítačového modelování v dynamice. Elementární příklady modelování v dynamice. Kmitání silově a kinematicky buzených systémů s jedním a více stupni volnosti. Reálné aplikace dynamiky v jaderném inženýrství a na kolejová vozidla.

3. Dynamika rotujících systémů. Základní výpočtový model vázaného hmotného bodu v rotujícím souřadnicovém systému. Základní výpočtový model Lavalova rotoru v pevném souřadnicovém systému. Amplitudová charakteristika a kritické otáčky. Ukázka reálných aplikací v energetickém a automobilovém průmyslu.

4. Dynamika vázaných mechanických systémů. Vázané mechanické systémy (VMS). Charakteristiky tuhých těles. Kinematické vazby. Kinematický popis a pohybové rovnice VMS. Programové prostředky pro řešení úloh VMS. Ukázky reálných aplikací.

5. Pružnost a pevnost. Základní pojmy pevnosti. Návrhy konstrukcí z hlediska pevnosti a tuhosti pro základní typy namáhání - tah, krut, ohyb. Numerické řešení úloh pružnosti a jeho využití v praxi.

6. Mechanika kompozitních materiálů. Význam a struktura. Klasifikace kompozitních materiálů a jejich výroba. Jednosměrové kompozity a jejich mechanické vlastnosti.

7. Mechanika kompozitních materiálů. Mechanizmy porušení kompozitních materiálů. Pevnostní podmínky. Klasická laminátová teorie. Aplikace piezoelektrických materiálů v laminátech.

8. Experimentální mechanika. Experimentální pružnost. Metody měření. Elektrická odporová tenzometrie. Experimentální dynamika. Dynamické namáhání. Snímače. Měření vibrací a hluku. Vyvažování.

9. Biomechanika. Význam a historie biomechaniky. Klasifikace a řešení biomechanických problémů. Úloha interakce. Ukázka aplikací na močový trakt, cévy, fixace zlomenin, náhrady. Simulace chůze.

10. Proudění nestlačitelných vazkých kapalin. Analytické řešení tlakového a rychlostního pole ustáleného laminárního proudění nestlačitelné kapaliny mezi dvěma rovnoběžnými deskami a ve válcové trubici. Smykové napětí na stěně. Aplikace na proudění krve v bypassu. Proudění stlačitelných tekutin. Numerické řešení modelové skalární lineární hyperbolické PDR v 1D. Aplikace ve vnitřní aerodynamice.

11. Biomechanické modely člověka. Modely na bázi tuhých těles (1D, 2D, 3D). Validace. Aktivní model. Deformovatelné modely a jejich konstrukce. Škálování virtuálních modelů. Ukázky aplikací.

12. Od mechaniky mikrostruktur k fyzice makroskopických objektů. Popis struktur a procesů na různých velikostních škálách. Mechanika mikroskopických objektů a makroskopický svět. Zákon zachování energie. Ukázka aplikace na fyziku krystalické mřížky a zjednodušenou mechanika živé buňky.

13. Závěrečná shrnující přednáška. Shrnutí a důležité závěry z předchozích přednášek. Kombinace různých oborů mechaniky. Validace, identifikace a optimalizace.

Odborné dovednosti po absolvování předmětu

  • přiřadit technický problém ke konkrétní specializaci v mechanice
  • vypočítat mechanické napětí při zatížení tahem
  • definovat a aplikovat vztah pro vlastní frekvenci systému
  • navrhnout rozčlenění mechanického systémy na jednotlivé komponenty za účelem vytvoření výpočtového modelu
  • interpretovat výhody použití moderních kompozitních materiálů pro konkrétní konstrukci
  • zdůvodnit použití daného čidla pro konkrétní úlohu v experimentální mechanice
  • vypočítat rychlost a polohu v závislosti na zrychlení objektu
  • rozhodnout o typu proudění v definované úloze
  • zdůvodnit účel biomechanického modelu člověka

Požadavky na studenta

Samostatná práce při přednášce a zápočtová písemná práce, kde student prokáže přehledovou znalost probírané látky.

Doporučená literatura

Ke stažení

Více informací o předmětu (portál ZČU)

Patička