Drukuj Eksport do pliku (MS Word)
Nazwa przedmiotu:
Metody komputerowe (obliczeniowe) w budownictwie
Koordynator przedmiotu:
R.Robert Gajewski, prof. dr hab. inż.
Status przedmiotu:
Obowiązkowy
Poziom kształcenia:
Studia II stopnia
Program:
Budownictwo
Grupa przedmiotów:
Obowiązkowe
Kod przedmiotu:
1080-BUBZR-MSP-0401
Semestr nominalny:
2 / rok ak. 2022/2023
Liczba punktów ECTS:
4
Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
Razem 100 godz. = 4 ECTS: obecność na zajęciach laboratoryjnych (ćwiczeniach) 30, obecność na wykładach 15, przygotowanie do zajęć laboratoryjnych 5, przygotowanie do sprawdzianów 5, wykonanie prac projektowych 20.
Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
Razem 55 godz. = 2,5 ECTS: obecność na zajęciach laboratoryjnych (ćwiczeniach) 30, obecność na wykładach 15, konsultacje wykonywania prac projektowych 10 h.
Język prowadzenia zajęć:
polski
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
Razem 65 godz. = 3 ECTS: obecność na zajęciach laboratoryjnych (ćwiczeniach) 30, przygotowanie do zajęć laboratoryjnych 5, przygotowanie do sprawdzianów 10, wykonanie prac projektowych 20.
Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
  • Wykład15h
  • Ćwiczenia30h
  • Laboratorium0h
  • Projekt0h
  • Lekcje komputerowe0h
Wymagania wstępne:
Podstawy algebry i analizy matematycznej (znajomość rachunku macierzowego i różniczkowego). Podstawy arkusza kalkulacyjnego w tym Soler'a. 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. Zdobycie podstawowej j wiedzy w zakresie optymalizacji zagadnień inżynierskich i matematycznego modelowania tych problemów. Zapoznanie z teoretycznymi podstawami metod przybliżonego rozwiązywania problemów brzegowych (Metoda Elementów Skończonych) na przykładzie zagadnienia stacjonarnego i niestacjonarnego przepływu ciepła. Zapoznanie z teoretycznymi i praktycznymi problemami modelowania i symulacji trójwymiarowych zagadnień transportu ciepła i masy (Computational Fluid Dynamics) oraz obliczania energii budynku. 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. 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. Algorytmy genetyczne i ewolucyjne. Wykorzystanie dodatku Solver. 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. Analiza niestacjonarnego przepływu ciepła. Rozwiązania analityczne dla zagadnień 1D. Numeryczne algorytmy całkowania po czasie - metody jawne i niejawne. Podstawy mechaniki płynów. Dwuwymiarowe zagadnienie Computational Fluid Dynamics. Tworzenie modelu, obliczenia, interpretacja wyników. Zagadnienia 3D. Symulacja zagadnienia dziennego i rocznego zapotrzebowania budynku na energię.
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. 6. Metody obliczeniowe w budownictwie zrównoważonym, R.R. Gajewski, OW PW, 2012 7. Ćwiczenia z metod obliczeniowych w budownictwie zrównoważonym, R.R. Gajewski, OW PW, 2013.
Witryna www przedmiotu:
http://pele.il.pw.edu.pl/moodle/course/view.php?id=47
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: K2_W01, K2_W04, K2_W05
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_W, I.P7S_WG.o, III.P7S_WG

Profil ogólnoakademicki - umiejętności

Charakterystyka U1
Potrafi zbudować model obliczeniowy niestacjonarnego przepływu ciepła wykorzystujący CFD a także analizować zapotrzebowanie na energię budynku.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U01, K2_U03, K2_U19_BZ
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o
Charakterystyka U2
Potrafi zbudować model obliczeniowy dla zagadnienia stacjonarnego przepływu ciepła i dokonać weryfikacji wyników obliczeń.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U12, K2_U01, K2_U19_BZ
Powiązane charakterystyki obszarowe: I.P7S_UU, P7U_U, I.P7S_UW.o
Charakterystyka U3
Potrafi zbudować model obliczeniowy dla zagadnienia optymalizacji dla zadań programowania liniowego i optymalizacji konstrukcji.
Weryfikacja: Prace projektowe.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_U01, K2_U03, K2_U19_BZ
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_U, I.P7S_UW.o, III.P7S_UW.o

Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne

Charakterystyka K1
Potrafi pracować samodzielnie i w zespole. Ma świadomość konieczności samokształcenia. Potrafi komunikatywnie prezentować wyniki własnych prac.
Weryfikacja: Aktywność na zajęciach.
Powiązane charakterystyki kierunkowe: K2_K04, K2_K05
Powiązane charakterystyki obszarowe: P7U_K, I.P7S_KK, I.P7S_KO