Detail předmětu

Dynamika IV - vybrané kapitoly

FSI-RRSAk. rok: 2022/2023

V kurzu budou studenti seznámeni se základními dynamickými vlastnostmi a dynamickým chováním konstrukčních celků a částí rotorových soustav. Konkrétně s hřídelovou částí, nelineárními vazbami mezi rotující a nerotující částí, lopatkami turbín a kompresorů a disky. Mezi základní dynamické charakteristiky, kterým bude ve výuce věnována pozornost, patří stanovení vlastních frekvencí a tvarů kmitání rotorů a disků a stanovení kritických otáček strojů. Některé úlohy mohou být výpočtově značně náročné, zejména při řešení v časové oblasti. Proto studenti budou seznámení s metodami redukce stupňů volnosti. V předmětu bude rovněž věnována pozornost vibracím a hluku, které jsou průvodními jevy pracovních procesů všech strojních zařízení. Výuka je zaměřena na základy akustiky, měření akustických veličin a výpočtové modelování vibroakustických systémů. V rámci cvičení budou studenti seznámeni s řešením vibroakustických úloh pomocí numerických metod. Kromě toho budou studenti seznámení s metodami optimalizace.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

7

Garant předmětu

Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Studenti získají základní teoretické znalosti z oblasti rotorových soustav, redukce stupňů volnosti, optimalizace a akustiky. Seznámí se s možnostmi výpočtového modelování. Naučí se predikovat rezonanční stavy a kritické otáčky rotačních strojů a seznámí se s možnostmi jejich potlačení. Studenti budou umět provádět redukci soustav s mnoha stupni volnosti, čímž se sníží výpočtový čas. Absolvent bude schopen provádět analýzu hlučnosti strojů, identifikovat zdroje vibrací a hluku a realizovat aktivní i pasivní metody redukce vibrací a hluku. Studenti se získají základní znalosti z oblasti optimalizace.

Prerekvizity

Studenti musí umět řešit problém vlastních hodnot. Řešit odezvu při vynuceném, ustáleném a přechodovém kmitání soustav s n stupni volnosti. Dále musí mít znalosti základů nelineárního kmitání, a znalost základů experimentální modální analýzy. Student musí znát základy akustiky, maticový počet, lineární algebru, diferenciální rovnice, základy metody konečných prvků.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

Aktivní účast na cvičeních, získání minimálně 20 bodů (z 40 možných), které lze získat vypracováním dílčích úkolů a jejich prezentací a získání minimálně 30 bodů (z 60 možných) ve dvou kontrolních testech. Naplní testů je průřezové ověření znalostí a písemné řešení typických úloh z profilujících oblastí předmětu. Konkrétní podobu testů, typy, počet příkladů či otázek a podrobnosti hodnocení sdělí přednášející v průběhu semestru. Výsledné hodnocení je dáno součtem bodového zisku z dílčích úkolů a testů dle ECTS. K úspěšnému zakončení předmětu je nutno získat alespoň 50 bodů.

Učební cíle

Cílem kurzu je seznámit studenty s vybranými částmi dynamiky. Je to jednak dynamika rotorových soustav, metodami redukce a metodami optimalizace. Cílem předmětu je také praktická a teoretická analýza hlučnosti strojů, výpočtové modelování jejich součástí za účelem snížení jejich vibrací a vyzařované akustické energie.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na cvičeních je povinná a kontrolovaná vyučujícím. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu. Jednorázovou neúčast je možno nahradit vypracováním náhradních úloh dle pokynů vyučujícího. Konkrétní podobu stanovuje učitel vedoucí cvičení.

Základní literatura

Erwin Kramer: Dynamics of Rotors and Foundations , Springer Verlag, 1993.
Gasch, Pfutzner: Dynamika rotorů, SNTL Praha, 1980.

Doporučená literatura

Beer, G., Smith, I., Duenser, Ch.: The Boundary Element Method with Proramming, Springer-Verlag, 2008
Lyon, R. H., DeJong, R.G: Theory and Application of Statistical Energy Analysis, Butterwortth-Heinemann, Boston, 1995
Mišun, V.: Vibrace a hluk, Vysoké učení technické , Brno, 1998
Ohayon, R., Soize, C.: Structural Acoustic and Vibration, Academic Press, London, 1998

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program N-IMB-P magisterský navazující

    specializace IME , 2 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program CŽV celoživotní vzdělávání v akr. stud. programu

    obor CZV , 1 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.
Ing. Pavel Švancara, Ph.D.
Ing. Petr Lošák, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do rotorových soustav, základní modely rotorů
2. Netlumený Lavalův (Jeffcottův) rotor v tuhých a pružných ložiskových podporách
3. Lavalův (Jeffcottův) rotor s vnějším a vnitřním tlumením. Stabilita pohybu
4. Vazby mezi rotující a nerotující části (ložiska, tlumiče, těsnící spáry).
5. Kmitání olopatkovaných disků, Campbellův diagram
6. Kmitání netlumeného rotoru s uvážením gyroskopických účinků
7. Vyvažování rotorů
8. Metody redukce dynamických systémů
9. Akustické veličiny, vlnová rovnice a její řešení, mechanické a aerodynamické zdroje hluku
10. Měření akustických veličin
11. Deterministické modely vibroakustických systémů: metoda konečných prvků (MKP), metoda hraničních prvků (MHP)
12. Statistické modely vibroakustických systémů (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA)
13. Metody optimalizace

Cvičení s počítačovou podporou

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Petr Lošák, Ph.D.
prof. Ing. Zdeněk Hadaš, Ph.D.
Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Osnova

1. Výpočet kritických otáček pomocí jednoduchých modelů rotorů
2. Simulace rozběhu elektromotorů v časové oblasti
3. Simulace rozběhu elektromotoru ve frekvenční oblasti
4. Simulace chování rotoru uloženého v ložiscích
5. Kmitání disků a olopatkovaných disků
6. Modelování olopatkovaných disků pomocí cyklické symetrie
7. Vliv nelinearit na dynamické chování olopatkovaných disků
8. Redukce stupňů volnosti v prostředí MATLAB, MSC Adams a ANSYS
9. Šíření akustických vln ve volném a uzavřeném prostoru
10. Vyzařování akustických vln z vibrujícího tělesa do volného prostoru, vyzařovaný akustický výkon
11. Šíření akustických vln z vibrujícího tělesa do uzavřeného prostoru
12. Přenos akustických vln pře různé typy stěn
13. Aplikace vybraných metod optimalizace

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz