- Nazwa przedmiotu:
- Wybrane Techniki Metody Elementów Skończonych (MES)
- Koordynator przedmiotu:
- prof. dr hab. inż. Roman Szewczyk
- Status przedmiotu:
- Fakultatywny dowolnego wyboru
- Poziom kształcenia:
- Studia II stopnia
- Program:
- Mechatronika
- Grupa przedmiotów:
- Wariantowe
- Kod przedmiotu:
- MES
- Semestr nominalny:
- 1 / rok ak. 2020/2021
- Liczba punktów ECTS:
- 2
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- 1) Liczba godzin bezpośrednich 33, w tym:
a) wykład - 15h;
b) ćwiczenia - 0h;
c) laboratorium - 0h;
d) projekt - 15h;
e) konsultacje - 3h;
2) Praca własna studenta 30, w tym:
a) przygotowanie do kolokwiów zaliczeniowych - 8h;
b) przygotowanie do projektu - 2h;
c) opracowanie samodzielne projektu - 18h;
d) studia literaturowe - 2h;
Suma: 63 h (2 ECTS)
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- 1 punkt ECTS - liczba godzin bezpośrednich: 33, w tym:
a) wykład - 15h;
b) ćwiczenia - 0h;
c) laboratorium - 0h;
d) projekt - 15h;
e) konsultacje - 3h;
- 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 - 15h;
b) ćwiczenia - 0h;
c) laboratorium - 0h;
d) projekt - 15h;
e) konsultacje - 3h;
2) Praca własna studenta 30, w tym:
a) przygotowanie do kolokwiów zaliczeniowych - 8h;
b) przygotowanie do projektu - 2h;
c) opracowanie samodzielne projektu - 18h;
d) studia literaturowe - 2h;
Suma: 63 h (2 ECTS)
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład15h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium0h
- Projekt15h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Kurs inżynierski matematyki. Podstawy technik komputerowych. Podstawy programowania.
- Limit liczby studentów:
- 30
- Cel przedmiotu:
- Opanowanie podstawowej wiedzy związanej wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES) w projektowaniu i optymalizacji systemów mechatronicznych, ze szczególnym uwzględnieniem otwartych narzędzi do realizacji komercyjnych projektów innowacyjnych.
- Treści kształcenia:
- Wykład:
Podstawy teoretyczne metody elementów skończonych MES. Dyskretyzacja przestrzeni 2D i 3D. Równania różniczkowe i ich znaczenie w technice i opisie zjawisk fizycznych. Problemy wizualizacji trójwymiarowych pól wektorowych.
Dyskretyzacja przestrzeni 2D za pomocą trójkątów i przestrzeni 3D za pomocą elementów czworościennych. Kryteria dyskretyzacji. Metoda triangulacja Delaunay'a. Otwarte oprogramowanie NETGEN i GMESH.
Rozwiązywanie równań różniczkowych zwyczajnych i równań różniczkowych w systemach źle uwarunkowanych (ill-posed problems). Warunki brzegowe. Metody optymalizacyjne rozwiązywania równań i kryteria konwergencji. Otwarte oprogramowanie ELMER FEM.
Wizualizacja trójwymiarowych pól skalarnych i wektorowych. Oprogramowanie PARAVIWE i VTK. Język MATC, jako narzędzie do przetwarzania wyników symulacji.
Specyfika projektów innowacyjnych zorientowanych na szybkie wdrożenie wyników w małym lub średnim przedsiębiorstwie. Potencjał wykorzystania otwartego oprogramowanie w przedsiębiorstwie komercyjnym na przykładzie łańcuch oprogramowania (tool chain) METGEN/GMESH, ELMER FEM i PARAVIEW/VTK oraz bibliotek do modelowania systemów mikrofalowych w suszarkach laboratoryjnych.
Praktyczne aspekty wykorzystania komputerów dużej mocy. Obliczenia równoległe. Najważniejsze zalety i wady języka FORTRAN. Fenomen otwartej biblioteki GOTO BLAS. Biblioteka open-BLAS oraz wybrane zagadnienia obliczeń niskopoziomowych.
Projekt:
Opracowanie modelu sensora cienkowarstwowego na przykładzie sensora Halla. W ramach projektu przewidziane jest wykorzystanie otwartego oprogramowania do generacji siatek czworościennych, rozwiązywania równań modelu matematycznego MES oraz wizualizacji wyników modelowania. W rezultacie projektu studenci dokonają samodzielnej optymalizacji parametrów konstrukcyjnych sensora na bazie opracowanego modelu oraz analizy wpływu nieciągłości materiału sensora na jego charakterystyki użytkowe. Ponadto projekt obejmuje samodzielną analizę literatury w zakresie fizycznych parametrów sensora oraz porównanie uzyskanych wyników z danymi literaturowymi.
- Metody oceny:
- Dwa kolokwia z treści wykładowych (40%), Ocena z projektu (60%)
- Egzamin:
- nie
- Literatura:
- 1. G. Rakowski, Z. Kacprzyk, Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2016.
2. A. Milenin, Podstawy metody elementów skończonych, Wydawnictwo AGH, 2017.
3. G. Krzesiński, P. Borkowski, P. Marek, T. Zagrajek, Metoda elementów skończonych w mechanice materiałów i konstrukcji, Politechnika Warszawska 2015.
- Witryna www przedmiotu:
-
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Charakterystyka MES_2st_W01
- Posiada uporządkowaną wiedzę w zakresie narzędzi do modelowania systemów pomiarowych z wykorzystaniem równań różniczkowych i metody elementów skończonych
Weryfikacja: Zaliczenie dwóch kolokwiów z materiału omawianego na wykładzie
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W07, K_W09
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG
- Charakterystyka MES_2st_W02
- Ma pogłębioną i podbudowaną teoretycznie wiedzę z zakresu podstaw modelowania i symulacji komputerowych oraz optymalizacji w odniesieniu do układów mechatronicznych, w tym realizacji procesu optymalizacji z wykorzystaniem otwartego oprogramowania
Weryfikacja: Zaliczenie dwóch kolokwiów z materiału omawianego na wykładzie
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_W08, K_W10, K_W15
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG, I.P7S_WK
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Charakterystyka MES_2st_U01
- Potrafi dobrać narzędzia programistyczne oraz opracować, zaimplementować i modyfikować modele matematyczne zjawisk i procesów fizycznych oraz systemów pomiarowych do analizy i projektowania systemów mechatronicznych oraz zwizualizować wyniki modelowania 3D.
Weryfikacja: Zaliczenie projektu programistycznego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U07, K_U06
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
- Charakterystyka MES_2st_U02
- Potrafi zaplanować i przeprowadzić eksperymenty symulacyjne ukierunkowane na praktyczną optymalizację budowy mechatronicznego układu pomiarowego
Weryfikacja: Zaliczenie projektu programistycznego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_U09, K_U10
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Charakterystyka MES_2st_K01
- Rozumie potrzebę ciągłego samorozwoju w obszarze rozwoju algorytmów oraz zastosowania ciągle rozwijających się narzędzi informatycznych do modelowania układów pomiarowych.
Weryfikacja: Zaliczenie projektu programistycznego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_K, I.P7S_KK
- Charakterystyka MES_2st_K02
- Rozumie znaczenie wykorzystania otwartego oprogramowania w przedsiębiorstwie oraz znaczenie kosztów licencji w budżecie projektu rozwoju zaawansowanych technologii pomiarowych.
Weryfikacja: Zaliczenie projektu programistycznego
Powiązane charakterystyki kierunkowe:
K_K05
Powiązane charakterystyki obszarowe:
P7U_K, I.P7S_KO