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
- Laš, Vladislav; Hlaváč, Zdeněk,; Vacek, Vlastimil: Technická mechanika v příkladech , Plzeň : Západočeská univerzita, 2005
- NELSON, E.W. -BEST, C.L. -MC LEAN, W.G.: Engineering Mechanics , Mc Graw - Hill, 1997
- Zeman, Vladimír; Laš, Vladislav: Technická mechanika , Plzeň : Západočeská univerzita, 2001