Modelování a simulace výrobních strojů

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

ústav výrobních strojů a zařízení

Anotace:

Úvod do modelování strukturálních vlastností výrobních strojů a modelování dynamického chování výrobních strojů v interakci s výrobním procesem. Užití vybraných analytických modelů a základy modelování metodou konečných prvků pro analýzy strukturálních vlastností a hodnocení stavby výrobního stroje s ohledem na jeho zatížení výrobním procesem.

1.Motivace modelování a simulací výrobních strojů. Zatížení nosné struktury výrobního stroje procesními silami a teplem.

2.Statické a modální vlastnosti diskrétních mechanických soustav.

3.Tlumení struktur výrobních strojů. Frekvenčně závislá dynamická poddajnost – výpočet a měření.

4.Řezné síly jako zdroj vnějšího silového zatížení stroje.

5.Úvod do samobuzeného kmitání.

6.Inženýrský úvod do modelování strojů pomocí metody konečných prvků (MKP).

7.Cíle úloh MKP v oblasti výrobních strojů.

8.Tvorba výpočtových modelů a definice okrajových podmínek. Úlohy strukturální a teplotně-mechanické.

9.Submodely uzlů a prvků nosné stavby stroje. Modelování vazeb, spojů a mechaniky pohonů.

10.Transformace a redukce modelů MKP nosných struktur pro tvorbu propojených modelů s mechanikou pohonů.

11.Výpočty strukturálních vlastností a interpretace výsledků ve vazbě na interakci stroje s výrobním procesem a zohlednění chování stroje v konstrukčního návrhu.

12.Vybrané případové studie z praxe. Shrnutí souvislostí.

13.Prezentace semestrálních prací. Zápočty.

Osnova cvičení:

Příklady v Matlabu: Statické a modální vlastnosti diskrétních mechanických soustav. Frekvenční přenosová funkce. Modelování řezných sil v geometrické, časové a frekvenční oblasti. Výpočet diagramů stability obrábění pro definovaný proces.

Příklady v Ansys Workbench: Základy modelování MKP v ANSYS, příprava CAD geometrie a tvorba výpočetní sítě. Vazbové podmínky, náhradní modely valivých vedení, ložisek a mechaniky pohonů. Parametrizace kinematické konfigurace pohybových skupin stroje. Definice okrajových podmínek. Strukturální úlohy zjednodušených modelů dílců a soustav nosné struktury stroje (statika, modální analýza). Řešení a zhodnocení výsledků semestrální práce a interpretace výsledků.

Požadavky:

Absolvovaný základní kurz mechaniky (statika, kinematika, dynamika) a pružnosti a pevnosti v rozsahu bakalářského studia programu TZSI. Základní znalost prostředí MATLAB.

Osnova přednášek:

1.Motivace modelování a simulací výrobních strojů. Zatížení nosné struktury výrobního stroje procesními silami a teplem.

2.Statické a modální vlastnosti diskrétních mechanických soustav.

3.Tlumení struktur výrobních strojů. Frekvenčně závislá dynamická poddajnost – výpočet a měření.

4.Řezné síly jako zdroj vnějšího silového zatížení stroje.

5.Úvod do samobuzeného kmitání.

6.Inženýrský úvod do modelování strojů pomocí metody konečných prvků (MKP).

7.Cíle úloh MKP v oblasti výrobních strojů.

8.Tvorba výpočtových modelů a definice okrajových podmínek. Úlohy strukturální a teplotně-mechanické.

9.Submodely uzlů a prvků nosné stavby stroje. Modelování vazeb, spojů a mechaniky pohonů.

10.Transformace a redukce modelů MKP nosných struktur pro tvorbu propojených modelů s mechanikou pohonů.

11.Výpočty strukturálních vlastností a interpretace výsledků ve vazbě na interakci stroje s výrobním procesem a zohlednění chování stroje v konstrukčního návrhu.

12.Vybrané případové studie z praxe. Shrnutí souvislostí.

13.Prezentace semestrálních prací. Zápočty.

Osnova cvičení:

Příklady v Matlabu: Statické a modální vlastnosti diskrétních mechanických soustav. Frekvenční přenosová funkce. Modelování řezných sil v geometrické, časové a frekvenční oblasti. Výpočet diagramů stability obrábění pro definovaný proces.

Příklady v Ansys Workbench: Základy modelování MKP v ANSYS, příprava CAD geometrie a tvorba výpočetní sítě. Vazbové podmínky, náhradní modely valivých vedení, ložisek a mechaniky pohonů. Parametrizace kinematické konfigurace pohybových skupin stroje. Definice okrajových podmínek. Strukturální úlohy zjednodušených modelů dílců a soustav nosné struktury stroje (statika, modální analýza). Řešení a zhodnocení výsledků semestrální práce a interpretace výsledků.

Cíle studia:

Seznámení studentů s problematikou interakce výrobního stroje s výrobním procesem. Vysvětlení souvislostí mezi konstrukcí stroje, jeho statickými a dynamickými vlastnosti a jeho chovováním při zatížením teplem a silami z procesu.

Studijní materiály:

Kolář, V., Němec, I., Kanický, V.: FEM Principy a praxe metody konečných prvků. Computer Press 1997; ISBN 80-7226-021-9;

Rektorys K. a spol.: Přehled užité matematiky I a II. Praha, Prometheus, 1995. ISBN 80-85849-72-0 (soubor obou knih).

Fenner, R.T.: Finite Element Methods for Engineers (2nd edition). London, Imperial College Press, 2013. ISBN 978-1-84816-886-2

Hughes, T.J.R.: The Finite Element Method: Linear Static and Dynamic Finite Element Analysis. Prentice-Hall, 2000. ISBN: 978-0-48641-181-1

Schmitz, T.L., Smith, K.S.: Machining Dynamics: Frequency Response to Improved Productivity. New York, Springer, 2009. ISBN 978-0-387-09644-5

Výukové podklady na MOODLE ČVUT.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: