D803 Numeričko modeliranje i simulacija

III. semestar sveučilišnog diplomskog studija Strojarstvo, smjer: Konstruiranje i razvoj proizvoda
Tjedno opterećenje: 2P+2V
ECTS bodovi: 5

Prof. dr. sc. Željko Ivandić, konzultacije utorak, 13-15 sati, ured 311
Prof. dr. sc. Mirko Karakašić, konzultacije ponedjeljak 10-12 sati, srijeda 12-14 sati, ured 407
Prof. dr. sc. Dražan Kozak, konzultacije ponedjeljak, 8-10 sati, ured 310
Prof. dr. sc. Pejo Konjatić, konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured 407
Izv. prof. dr. sc. Marko Katinić, konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured 311
Doc. dr. sc. Darko Damjanović, konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured 411
Doc. dr. sc. Ivan Gelo, konzultacije uz prethodni dogovor na e-mail, ured 411
Doc. dr. sc. Ivan Grgić, konzultacije utorak, 9-11 sati, ured 402
Jure Marijić, mag. ing. mech., asistent, konzultacije utorak, 9-11 sati, ured 402
Marko Vilić, mag. ing. mech., asistent, konzultacije utorak, 9-11 sati, ured 402

Okvirni sadržaj predmeta

Pojasniti kako, kada i zašto je korisno numerički modelirati različite probleme, odnosno simulirati tehnološke procese. Prikazati postupak modeliranja konstrukcija pomoću jednog od komercijalnih CAD programa (npr. Inventor, SolidWorks, SolidEdge). Ukazati na prednosti i nedostatke pristupa ‘od dna ka vrhu’ (definiranje ključnih točaka strukture, linija, površina i volumena) u odnosu na pristup ‘odozgo prema dole’ (prostorni pristup). Navesti ograničenja generiranja mreže i izbora konačnog elementa u CAD programima. Prijenos izlazno-ulaznih podataka o strukturi iz CAD programa u program koji koristi metodu konačnih elemenata (MKE). Vjerodostojnost proračunskog modela (realiziranog u nekom od komercijalnih paketa za MKE, kao što su ANSYS, ABAQUS, NASTRAN ili ALGOR) u odnosu na stvarnu konstrukciju. Klasifikacija nosećih elemenata. Pogreške idealizacije. Definiranje tipova simetrija u proračunskom modelu. Modeliranje materijala i rubnih uvjeta. Krute veze. Modeliranje opterećenja: statička, dinamička, toplinska. Analiza složene strojarske konstrukcije. Simulacija procesa zavarivanja, deformiranja, lijevanja, strojne obrade i toplinske obrade materijala.

Oblici provođenja nastave i način provjere znanja

Predavanja i vježbe. U okviru vježbi pokazat će se primjeri modeliranja proizvoda s njegovim fizikalnim svojstvima (vrsta materijala, tekućine, plina) i postavljanje u realne uvjete eksploatacije. Pomoću paketa SAM pokazala bi se simulacija dijelova koji se gibaju (mehanizmi). Primjeri modeliranja i simulacije u mehanici čvrstih tijela, koji se temelje na metodi konačnih elemenata: linearno statička analiza, analiza vlastitih vrijednosti, analiza toplinskih naprezanja, kontaktna analiza. Modeliranje inženjerskih problema: orebrenja – ojačanja, zavarena veza, vijčana veza. Također bi se u okviru vježbi pokazali primjeri simulacije toplinskih polja kod zavarivanja i računale bi se moguće distorzije komponente uslijed zavarivanja pomoću programa SYSWELD. Primjeri iz oblikovanja metala deformiranjem riješili bi se pomoću programa DEFORM. Pokazat će se i simulacija formiranja strugotine kod strojne obrade, kao i skrućivanja odljevka i procesa toplinske obrade.

Cilj kolegija

Upoznati studente s interakcijom CAD-MKE na primjerima različitih inženjerskih problema (npr. orebrenja – ojačanja, zavarena veza, vijčana veza). Osposobiti studente za samostalnu simulaciju različitih tehnoloških procesa, poput određivanja toplinskih polja kod zavarivanja i pripadajuće distorzije komponente uslijed zavarivanja, oblikovanje tankog lima deformiranjem, formiranje strugotine kod strojne obrade, skrućivanje odljevka i različiti postupci toplinske obrade.

Način polaganja ispita

Tijekom nastave se zadaju dva seminarska zadatka čija izrada zamjenjuje pismeni dio ispita, a obrana usmeni dio ispita. Jedan seminarski zadatak odnosio bi se na numeričko rješenje problema mehanike čvrstih tijela, a drugi na simulaciju nekog tehnološkog procesa.

Popis literature potrebne za studij i polaganje ispita

1. Sorić, J.: Metoda konačnih elemenata, Golden marketing, Zagreb, 2004.
2. Pustaić, D; Wolf, H.; Tonković, Z.: Mehanika III, Golden marketing, Tehnička knjiga, Zagreb, 2005.
3. Brnić, J.; Čanađija M.: Analiza deformabilnih tijela metodom konačnih elemenata, Fintrade  & Tours d.o.o. Rijeka, suizdavač Tehnički fakultet Rijeka, 2009.

Popis literature koja se preporučuje kao dopunska

1. Zimmermann, W. B. J.: Process Modelling and Simulation with Finite Element Methods, World scientific publishing Co, 2004.
2. Müller, G.; Rehfeld, I.; Katheder, W.: FEM für Praktiker, Die Methode der Finiten Elemente mit dem FE-Programm ANSYS, 2. verbesserte Anlage, Expert Verlag 1995.
3. Moaveni, S.: Finite Elemente Analysis, Theory and Application with ANSYS, Prentice Hall, New Jersey, 1999. Kobayashi, S.; Oh, S. I., and Taylan, A.: Metal Forming and the Finite-Element Method, Oxford University Press, 1989.
4. Oh, S. I.; Wu, W. T.; Tang, J.P. and Vedhanayagam, A.: Capabilities and Applications of FEM Code DEFORM: The Persepective of the Developer”. Journal of Materials Processing Technology, 27, pp25-42, 1991.
5. Kuang-O Yu: Modeling for Casting & Solidification Processing, Dekker, 2002.
6. Zienkiewicz, O.C. and Taylor, R.L.: The Finite Element Method: Volume 1 The Basis, 5th Edition, Butterworth-Heinemann, Oxford, 20007.
7. Bathe, K.-J.: Finite Element Procedures, Second Edition, Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1995.
8. Cook, R.D.; Malkus, D.S., Plesha, M.E.; Witt, R.J.: Concepts and Applications of Finite Element Analysis, 4th ed, John-Wiley & Sons, Inc., New York, 2002.
9. Huebner, H. K.; Thornton, A. E.; Byrom, G. T.: The finite element method for engineers, Third edition, John Wiley & Sons Inc., New York, 1995.
10. Liu, Y.: Lecture notes: Introduction to the Finite Element Method, University of Cincinnati, 1997-2003 (http://urbana.mie.uc.edu/yliu/FEM_Lecture_Notes_Liu_UC.pdf)

Ishodi učenja

1. Prikazati postupak modeliranja konstrukcija pomoću jednog od komercijalnih CAD programa i interakciju CAD-MKE
2. Opisati prijenos izlazno-ulaznih podataka o strukturi iz CAD programa u program koji koristi metodu konačnih elemenata (MKE)
3. Identificirati proračunski model u odnosu na stvarni model idealiziranjem
4. Definirati rubne uvjete sila i pomaka i odgovarajući konačni element
5. Riješiti različite inženjerske probleme (npr. orebrenja – ojačanja, zavarena veza, vijčana veza)
6. Izraditi simulaciju različitih tehnoloških procesa, poput određivanja toplinskih polja kod zavarivanja i pripadajuće distorzije komponente uslijed zavarivanja, oblikovanje tankog lima deformiranjem, formiranje strugotine kod strojne obrade, skrućivanje odljevka i različiti postupci toplinske obrade

Povezivanje ishoda, učenja, nastavnih metoda i procjena ishoda učenja

Nastavna aktivnost	ECTS	Ishod učenja	Aktivnost studenta	Metode procjenjivanja	bodovi min-maks
Pohađanje nastave	2	1-6	Prisutnost uz aktivno sudjelovanje	Evidencija nazočnosti studenata: 80 % = 1 bod 81-85 % = 2 boda 86-90 % = 3 boda 91-95 % = 4 boda 96-100 % = 5 bodova	5-5
Izrada seminarskih radova	2,5	1-6	Rješavanje seminarskih zadataka	Pregled točnosti rješenja za zadana 2 seminarska rada	40-80
Završni ispit	0,5	1-6	Ponavljanje usvojenog gradiva	Usmeni ispit	5-15
Ukupno:	5				50-100