ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE Přednáška č. 1 Prof. Ing. Vladislav Laš, CSc.
OBSAH 1. Cíl předmětu UMM 2. Mechanika, její rozdělení a základní pojmy 3. Historie mechaniky 4. Využití mechaniky v praxi 5. Závěr
1 CÍL PŘEDMĚTU UMM ZTM UMM, evaluace výuky FAV KMA, KFY, KIV, KKY, KME Obory, které se studují na FAV Profil absolventa FAV Absolventi oboru mechanika Cíl předmětu UMM Harmonogram
Harmonogram UMM 1) Úvodní přednáška (Prof. Laš) 2) Dynamika (Prof. Zeman) 3) Dynamika (Prof. Zeman) 4) Dynamika vázaných soustav těles (Dr. Hajžman) 5) Mechanika kompozitních materiálů (Prof. Laš, Dr. Zemčík) 6) Mechanika kompozitních materiálů (Prof. Laš, Dr. Zemčík) 7) Experimentální mechanika (Prof. Plánička) 8) Biomechanika (Prof. Křen, Dr. Hynčík) 9) Biomechanika (Prof. Křen, Dr. Hynčík) 10) Mechanika tekutin (Dr. Vimmr) 11) Mechanika tekutin (Dr. Vimmr) 12) Mechanika mikrostruktur (Doc. Holeček) 13) Závěrečná shrnující přednáška (Dr. Hajžman) www.kme.zcu.cz/mhajzman
2 MECHANIKA, JEJÍ ROZDĚLENÍ A ZÁKLADNÍ VELIČINY Mechanika je nauka o rovnováze a pohybu hmotných útvarů Technická mechanika Rozdělení - Mechanika hmotných bodů - Mechanika tuhých těles - Mechanika poddajných těles (PP) - Hydromechanika - Termomechanika Mechanika diskrétních soustav Mechanika kontinua Mechanika pevných těles Jiné členění: Statika Kinematika Dynamika Z hlediska přístupu a využitelnosti zařízení: - Analytická mechanika - Počítačová mechanika - Experimentální mechanika
Základní pojmy délka (prostor) čas hmotnost teplota [m] [s] [kg] [K] Všechny ostatní veličiny jsou odvozeny rychlost [ms -1 ] zrychlení [ms -2 ] síla [N] [kgms -2 ] moment [Nm] napětí [Pa] [N/m 2 ] [kgm -1 s -2 ] práce [J] [kgm 2 s -2 ]
3 HISTORIE MECHANIKY Mechanika věda asi 350 let stará Počátky sahají do starého Řecka Filosofie x přírodní vědy přírodní filosofie Chybělo: Analytický přístup myšlení, schopnost idealizace vytváření modelů Odvození matematických vztahů Aristoteles zákony pohybu (šikmý vrh) Heron zákon o rovnováze sil na páce Archimedes Archimedův zákon Pak velká mezera (cca 1500 let)
Leonardo da Vinci (1452 1519) Vynálezy: lodní šroub, rogalo, padák, potápěčský skafandr Mechanika je zahradou matematiky, v níž dozrávají její nejkrásnější plody. Velký význam na rozvoj mechaniky měla nebeská mechanika: Tycho de Brahe (1546-1601) dánský astronom, astrolog, alchymista Považován za nejlepšího a nejpřesnějšího pozorovatele hvězdné oblohy. 1599 u dvora císaře Rudolfa II. Postavil novou observatoř v Benátkách na Jizerou. Pohřben je ve Starém městě v kostele Pany Marie. Vytvořil teorii Země je středem, kolem obíhá Slunce a Měsíc. Ostatní planety obíhají kolem Slunce.
Mikuláš Kopernik (1473 1543) Absolvent právnické fakulty v Boloni, 1503 v Padově absolvoval lékařská studia. 1507 Teorie pohybu nebeských těles, Země se otáčí kolem své osy a zároveň kolem Slunce Avšak, Svět je konečný, omezený nebem stálic. Giordano Bruno (1548-1600) Filosof, spisovatel, astronom, kněz (1572) Nebyl schopen své názory přizpůsobit době vyhnanec. 1588 na dvoře Rudolfa II v Praze 1591 dostal pozvání do Benátek od svého žáka Giovanniho Moceninga 1592 byl udán a uvězněn inkvizicí Upálen v Římě. Stal se jedním ze symbolů a idolů volnomyšlenkářů.
Základy klasické mechaniky Izák Newton (1643 1727) 3 zákony jsou v knize Philosophiae naturalis principia mathematica. Je tam napsáno: Změna pohybu je úměrná působící síle a uskutečňuje se podle přímky, v níž tato síla působí. R. Hooke (1635 1703) Hookeův zákon A. L. Cauchy (1789 1857) matematik Zpřesnil pojmy limita, spojitost, derivace, konvergence. Rozpracoval teorii komplexní proměnné. 1839-1848 publikoval cca 1 článek týdně. Základy matematické teorie pružnosti.
4. VYUŽITÍ MECHANIKY V PRAXI Použití výpočtových metod numerických simulací v kombinaci s CAD systémy Zkrácení vývojového času Redukce výrobních nákladů a úspora surovin Inovace a tvořivost Zvyšování kvality Dodržování stále přísnějších norem Vyšší efektivita výroby
Flexibilita vs. náklady na změnu výroby Flexibilita Náklady na změnu výroby definování výroby koncepce výroby seriová výroba
Použití numerických metod v průmyslu rok 2000-1990 - 1980-1970 - 1960 - simulace výrobních procesů (lití, svařování, tváření), mechanika kompozitních a anizotropních materiálů biologie, lékařství, fyzika, geofyzika elektronika, mikromechanika průmysl spotřební, chemický (plasty), strojírenský průmysl automobilový, loďařský, letecký, vesmírný, stavební oblasti použití
Napěťová analýza rámu lisu
POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ V DYNAMICE STROJŮ A KONSTRUKCÍ
Vizualizace počítačového modelu pro vibrační analýzu koncernové převodovky firmy Volkswagen (pro automobily Škoda Fabia) Spolupráce se ŠKODA Auto a.s.
Dynamická analýza podvozku motorové železniční jednotky včetně jejího pohonu Spolupráce se ŠKODA Transportation a.s.
Vibrační analýza skříně převodového ústrojí motorové železniční jednotky
Modelování a analýza kmitání olopatkovaných disků parních turbín Spolupráce se ŠKODA Power a.s.
Vibrační analýza komponent jaderných elektráren Jaderný reaktor VVER 1000 využitý v jaderné elektrárně Temelín Spolupráce se ŠKODA JS a.s. a ÚJV Řež
Vibrační a tuhostní analýza experimentálního fúzního reaktoru Wendelstein 7-X (SRN)
MECHANIKA KOMPOZITNÍCH MATERIÁLŮ
Jednosměrové kompozity vlákno = výztuha přenáší především tahové namáhání určuje podélný směr L (longitudinal) Ø cca 5-15 µm tvoří 40-60% objemu kompozitu matrice = pojivo přenáší především tlakové namáhání ve směru (směrech) kolmém (příčném) na vlákna T (transverse) drží vlákna (popř. jednotlivé vrstvy) pohromadě rozkládá lokální namáhání do okolí
Produkty
Lamináty - tah [0 2 /90 2 ] [+45 2 / 45 2 ]
Simulace porušování kompozitů
Experiment
Porušení kompozitu rázem
BIOMECHANIKA A PASIVNÍ BEZPEČNOST
BIOMECHANIKA
Simulace chůze
Aorto-koronární bypass získaný z CT (computed tomography) Numerická simulace proudění krve ve 3D modelu bypassu.
Simulace pohybu končetin - funkce svalů
Simulace pohybu celého těla - funkce svalů
Projekty a předdiplomní projekty bezpečnostní prvek v nárazníku
Biomechanika Model lidského těla (crash testy)
Bezpečnostní prvek nárazníku
Bezpečnostní prvek nárazníku
Nárazník absorber energie
Projekty a předdiplomní projekty crash test neseného článku tramvaje
Numerická simulace proudění ochlazeného vzduchu ve vnitřním prostoru pro cestující krajního článku tramvaje 06T-Cagliari.
Děkuji za pozornost.