Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Metody komputerowe w budownictwie energooszczędnym
Koordynator przedmiotu:
R. Robert Gajewski, Dr hab. inż.
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia I stopnia
Program:
Budownictwo
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1080-BUBZR-IZP-0601
Semestr nominalny:
8 / rok ak. 2021/2022
Liczba punktów ECTS:
3
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Razem 70 godz. = 3 ECTS: obecność na ćwiczeniach 20; obecność na wykładach 10; zapoznanie się z literaturą 5; przygotowanie do zajęć 5; przygotowanie do sprawdzianów 10; wykonanie prac projektowych 20.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Razem 30 godz. = 1 ECTS: obecność na ćwiczeniach 20; obecność na wykładach 10.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Razem 45 godz. = 2 ECTS: ćwiczenia 20h; przygotowanie do zajęć 5; praca własna nad projektami 20 h.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład10h
  • Ćwiczenia0h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe20h
Wymagania wstępne:
Podstawy algebry i analizy matematycznej (znajomość rachunku macierzowego i różniczkowego). Podstawy mechaniki konstrukcji prętowych (mechanika teoretyczna, wytrzymałość materiałów, mechanika budowli). Podstawy fizyki budowli (równanie przepływu ciepła).
Limit liczby studentów:
30
Cel przedmiotu:
Zapoznanie z ogólnymi zagadnieniami teorii modelowania, pojęciami modelu matematycznego i fizycznego oraz błędami powstającymi na rożnych etapach procesu modelowania. Zrozumienie podstaw Bezpośredniej Metody Sztywności (Direct Stiffness Method) i jej zastosowania w analizie statycznej konstrukcji prętowych Zapoznanie z teoretycznymi podstawami metod przybliżonego rozwiązywania problemów brzegowych (Metoda Elementów Skończonych) na przykładzie zagadnienia stacjonarnego przepływu ciepła. Zdobycie podstawowej j wiedzy w zakresie optymalizacji zagadnień inżynierskich i matematycznego modelowania tych problemów. Przekazanie wiedzy dotyczącej prawidłowego wykorzystania oprogramowania oraz umiejętności oceny i weryfikacji wyników obliczeń komputerowych.
Treści kształcenia:
Elementy modelowania matematycznego, ogólne zagadnienia teorii modelowania. Matematyczny i numeryczny model problemu fizycznego. Błędy modelowania. Bezpośrednia Metoda Sztywności (Direct Stiffness Method): element sprężynki, element pręta, transformacja przemieszczeń i sił, element kratowy, element belkowy, element ramy płaskiej, modelowanie konstrukcji, obciążeń i warunków brzegowych, algorytm metody elementów skończonych, przybliżony charakter obliczeń metodą przemieszczeń. Teoretyczne podstawy modelowania i dyskretyzacji ośrodków ciągłych. Interpolacja, aproksymacja i ekstrapolacja. Sformułowanie lokalne i globalne zagadnień brzegowych; klasyfikacja metod przybliżonego rozwiązywania; klasyczna metoda różnic skończonych; metoda Ritza i residuów ważonych. Podstawy metody elementów skończonych – stopnie swobody, funkcje kształtu, macierz sztywności elementu, transformacja do układu globalnego, elementy izoparametryczne i całkowanie numeryczne, agregacja macierzy sztywności, uwzględnienie warunków brzegowych; wpływ dyskretyzacji na dokładność obliczeń, kryteria zbieżności metody elementów skończonych; podstawy technik adaptacyjnych. Analiza zadań dwuwymiarowych: ustalony przepływ ciepła. Wprowadzenie do zagadnień optymalizacji . Analityczne metody optymalizacji funkcji wielu zmiennych - metody Lagrange’a, Kuhna – Tuckera. Zagadnienia programowania liniowego i programowania całkowitoliczbowego w tym zadania optymalizacji dyskretnej. Problematyka konstrukcji modeli matematycznych dla zagadnień optymalizacyjnych, w szczególności dla trudnych problemów optymalizacji dyskretnej, oraz algorytmów dokładnych i przybliżonych służących do ich rozwiązywania. Podstawy optymalizacji konstrukcji inżynierskich
Metody oceny:
Warunkiem zaliczenia przedmiotu jest zdobycie min. 50% punktów zarówno z części teoretycznej (wykład) jak i praktycznej (ćwiczenia). Wiedza teoretyczna oceniana jest na podstawie sprawdzianów testowych. Umiejętność modelowania skończenie elementowego i posługiwania się programami MES, rozwiązywania zadań optymalizacyjnych oraz posługiwania się oprogramowaniem wspomagającym projektowanie energooszczędne oceniana jest na podstawie trzech projektów (prac domowych).
Egzamin:
nie
Literatura:
1. Metody numeryczne, Z. Fortuna, B. Macukow, J. Wąsowski, WNT, 2001. 2. Metoda elementów skończonych, O.C. Zienkiewicz, Arkady, 1972. 3. Metody komputerowe w inżynierii lądowej, D. Olędzka, M. Witkowski, K. Żmijewski, Wyd. PW, 1992. 4. Teoria i metody obliczeniowe optymalizacji, W. Findeisen, J. Szymanowski, A. Wierzbicki, PWN, 1977. 5. Fizyka Budowli, S. Grabarczyk, OW PW, 2005
Witryna www przedmiotu:
http://pele.il.pw.edu.pl
Uwagi:

Efekty uczenia się

Profil ogólnoakademicki - wiedza

Charakterystyka W1
Zna teoretyczne podstawy działania programów MES i modelowania konstrukcji prętowych oraz zagadnienia stacjonarnego przepływu ciepła. Zna teoretyczne podstawy optymalizacji w zakresie programowania liniowego oraz optymalizacji konstrukcji inżynierskich.
Weryfikacja: Sprawdziany testowe z wykładów.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_W01, K1_W04, K1_W09
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_W, I.P6S_WG.o, III.P6S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1
Potrafi zbudować model obliczeniowy konstrukcji prętowej i przeanalizować otrzymane wyniki.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U04, K1_U05
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o
Charakterystyka U2
Potrafi zbudować model obliczeniowy dla zagadnienia stacjonarnego przepływu ciepła i dokonać weryfikacji wyników obliczeń.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U06, K1_U01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o
Charakterystyka U3
Potrafi zbudować model obliczeniowy dla zagadnienia optymalizacji dla zadań programowania liniowego i optymalizacji konstrukcji.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_U09, K1_U20
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_U, I.P6S_UW.o, III.P6S_UW.o, I.P6S_UU

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K1
Potrafi pracować samodzielnie i w zespole. Ma świadomość konieczności samokształcenia. Potrafi komunikatywnie prezentować wyniki własnych prac.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K1_K07, K1_K01
Powiązane charakterystyki obszarowe: P6U_K, I.P6S_KK, I.P6S_KR