Logo ČVUT
ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE
STUDIJNÍ PLÁNY
2018/2019

Základy měření a simulace v mechanice

Předmět není vypsán Nerozvrhuje se
Kód Zakončení Kredity Rozsah Jazyk výuky
17PMP2ZMM Z,ZK 4 2+2 česky
Přednášející:
Patrik Kutílek (gar.)
Cvičící:
Patrik Kutílek (gar.)
Předmět zajišťuje:
katedra přírodovědných oborů
Anotace:

Studenti se seznámí s těmito okruhy měření a simulace v mechanice: Obecné fyzikální rovnice, proces zpracování měřených mechanických veličin, nástroje pro zpracování a analýzu mechanických veličin; Simulace mechanických soustav - topologie struktury soustav mnoha těles, pohyblivost mechanické soustavy, programové systémy pro modelování soustavy mnoha těles, programové nástroje numerické integrace a derivace mechanických veličin; Přístroje pro měření kinematických a dynamických veličin pohybu - kamerové systémy, gyro-akcelerometrické systémy, tenzometrické systémy; Využití kinematických a dynamických veličin pohybu v simulaci chování biologických systémů prvky modelu biologického systému - nástroje pro simulaci chování biologických systému, využití modelů v robotice; Optimalizace mechanických konstrukcí rozhraní člověk-stroj - měření v ergonomii, simulace a optimalizace pracovních podmínek, programové nástroje pro ergonomii; Inteligentní robotické protézy horních končetin - zpracování EMG signálu, řízení myoelektrických protéz, pohony myoelektrických protéz; Napětí a deformace konstrukčních prvků mechanických soustav - způsoby měření a zkoušek mechanických vlastností, metody zpracování měřených dat, vyhodnocení a modelování mechanických vlastností. Úvod do metody konečných prvků - energetické principy metody, konečný prvek pro řešení 2-D a 3-D problému, algoritmizace MKP.

Požadavky:

Podmínky zápočtu - 70% prezence na cvičeních, odevzdání 70% protokolů z cvičení. Odevzdané protokoly budou splňovat normy formální úrovně a odbornou úroveň studia na vysoké škole. Formální a odborná úroveň protokolů bude hodnocena klasifikačním stupněm A až F, který bude zohledněn u zkoušky.

Zkouška: splnění podmínek zápočtu, prokázání znalostí odpovídajících odpřednášené látce formou písemného testu obsahujícího jak teoretické otázky (tři), tak početní příklady (tři). Z každé otázky je možné získat 0,5 nebo 1 bod. Písemný test bude hodnocen stupněm A-F. Pro získání E je nutné získat minimálně 3 body, pro A je nutné získat 5 a více bodů. Závěrečná známka bude reflektovat známku ze závěrečné písemky a protokolů odevzdaných během semestru. V případě nejednoznačné klasifikačního stupeně A až F bude navazovat zkouška ústní.

Osnova přednášek:

1) Úvod do problematiky měření a simulace mechanických veličin, obecné fyzikální rovnice, proces zpracování měřených mechanických veličin, nástroje pro zpracování a analýzu mechanických veličin,

2) Simulace mechanických soustav, topologie struktury soustav mnoha těles, pohyblivost mechanické soustavy, programové systémy pro modelování soustavy mnoha těles.

3) Numerická integrace a derivace mechanických veličin v měření a simulacích, programové nástroje numerické integrace a derivace mechanických veličin,

4) Přístroje pro měření kinematických a dynamických veličin pohybu, kamerové systémy, gyro-akcelerometrické systémy, tenzometrické systémy, nástroje předzpracování měřených dat,

5) Metody kvantitativního hodnocení kinematických a dynamických veličin pohybu, statistické metody, geometrické metody, nelineární metody, indexy pohybu,

6) Využití kinematických a dynamických veličin pohybu v simulaci chování biologických systémů, prvky modelu biologického systému, nástroje pro simulaci chování biologických systému, využití modelů v robotice.

7) Optimalizace mechanických konstrukcí rozhraní člověk-stroj, měření v ergonomii, simulace a optimalizace pracovních podmínek, programové nástroje pro ergonomii.

8) Inteligentní robotické protézy horních končetin, zpracování EMG signálu, řízení myoelektrických protéz, pohony myoelektrických protéz, měření a zpracování kinematických charakteristik pohybu v algoritmech řízení.

9) Inteligentní robotické protézy dolních končetin, řízení protéz, měření a zpracování kinematických a dynamických charakteristik pohybu segmentů těla v algoritmech řízení protéz dolních končetin.

10) Napětí a deformace konstrukčních prvků mechanických soustav, způsoby měření a zkoušek mechanických vlastností, metody zpracování měřených dat, vyhodnocení a modelování mechanických vlastností,

11) Reologické modely technických materiálů, měření reologických vlastností materiálů, modely materiálů, simulace chování reologických materiálů, programové nástroje pro simulaci chování reologických materiálů,

12) Úvod do metody konečných prvků, energetické principy metody, konečný prvek pro řešení 2-D a 3-D problému, algoritmizace MKP,

13) Deformační varianta metody konečných prvků, řešení napjatosti MKP, simulace deformací konstrukčních prvků, počítačové nástroje simulací využitím MKP

14) Presentace typových úloh měření a simulace v mechanice v rámci samostatných prací studentů.

Osnova cvičení:

1) Simulace mechanických veličin, fyzikální rovnice, zpracování měřených mechanických veličin a analýza veličin v prostředí MatLab,

2) Simulace mechanických soustav, struktura soustav mnoha těles, pohyblivost soustavy, modelování soustavy mnoha těles v prostředí MatLab a SolidWorks.

3) Numerická integrace a derivace mechanických veličin v měření a simulacích, nástroje numerické integrace a derivace mechanických veličin v prostředí MatLab,

4) Zpracování dat z přístrojů pro měření kinematických a dynamických veličin pohybu v prostředí MatLab a OpenSim, kamerové systémy, gyro-akcelerometrické systémy, tenzometrické systémy,

5) Aplikace metod kvantitativního hodnocení kinematických a dynamických veličin pohybu v prostředí MatLab, statistické metody, geometrické metody, nelineární metody, indexy pohybu,

6) Kinematické a dynamické veličiny pohybu v simulaci chování biologických systémů, prvky modelu biologického systému, využití prostředí MatLab a OpenSim pro simulaci chování biologických systému,

7) Měření a výpočty v ergonomii, simulace a optimalizace pracovních podmínek využitím prostředí MatLab,

8) Řízení robotické horní končetiny pomocí sw MatLab, zpracování EMG signálu, měření a zpracování kinematických charakteristik pohybu v algoritmech řízení,

9) Měření a zpracování kinematických a dynamických charakteristik pohybu segmentů dolní končetiny v prostředí MatLab a SolidWorks,

10) Měření napětí a deformace konstrukčních prvků mechanických soustav systémem Somat eDAQ, metody zpracování měřených dat, vyhodnocení a modelování mechanických vlastností v prostředí MatLab a SolidWorks,

11) Reologické modely technických materiálů, simulace chování reologických materiálů v prostředí MatLab,

12) Modely konečných prvků v prostředí SolidWorks, algoritmizace MKP v prostředí MatLab,

13) Deformační varianta metody konečných prvků v prostředí SolidWorks a MatLab, řešení napjatosti MKP, simulace deformací konstrukčních prvků,

14) Praktická presentace úloh měření a simulace v mechanice v rámci samostatných prací studentů využitím prostředí MatLab, SolidWorks či OpenSim.

Cíle studia:
Studijní materiály:

Povinná:

Kutílek P., Žižka A.: Vybrané kapitoly z experimentální biomechaniky, skripta, ČVUT, 2012, ISBN: 978-80-01-04993-8

Kutílek P., Žižka A., Poušek L.: Praktika z rehabilitačního inženýrství, protetiky-ortotiky a biomechaniky, skripta, ČVUT, 2010, ISBN: 978-80-01-04682-1

Španiel M., Horák Z.: Úvod do metody konečných prvků, skripta, ČVUT, 2011, ISBN: 978-80-01-04665-4

Doporučená:

Nedoma J., Stehlík J., Hlaváček I., Daněk J., Dostálová T., Přečková P.: Mathematical and Computational Methods in Biomechanics of Human Skeletal Systems. An Introduction. John Wiley & Sons, 2011, ISBN: 978-0-470-40824-7

Kajita S., Hirukawa H., Harada K., Yokoi K.: Introduction to Humanoid Robotics, Springer-Verlag Berlin Heidelberg , 2014, ISBN: 978-3-642-54535-1

Bucalem M., Bathe K.: The Mechanics of Solids and Structures - Hierarchical Modeling and the Finite Element Solution, Springer Berlin Heidelberg, 2011, ISBN: 978-3-540-26331-9

Poznámka:
Další informace:
Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje
Předmět je součástí následujících studijních plánů:
Platnost dat k 27. 5. 2019
Aktualizace výše uvedených informací naleznete na adrese http://bilakniha.cvut.cz/cs/predmet4719706.html