Modelování a simulace výrobních strojů

Garant předmětu:

Petr Kolář, Matěj Sulitka

Přednášející:

Cvičící:

Josef Kekula, Petr Kolář, Tomáš Lazák, Matěj Sulitka

Předmět zajišťuje:

ústav výrobních strojů a zařízení

Anotace:

Předmět je zaměřen na získání informací o základech modelování částí i celých strojů metodou konečných prvků, přípravu geometrie pro MKP model, tvorbu volné a mapované sítě, definice okrajových podmínek, výpočty vlastností osamělých těles, výpočty vlastností soustavy těles a analýzu konkrétních konstrukcí. Cílem výuky je dát studentům základní znalost pro přípravu „digitálního dvojčete“ (na různých úrovních) jako jednoho ze základních kamenů kyberfyzikálních systémů.

Osnova předmětu:

• Typy modelů a simulací, statické a modální vlastnosti vícehmotových soustav, modální transformace

• Tlumení mechanických soustav, popis soustavy ve stavovém prostoru; převod z fyzikálních a modálních souřadnic; přenosové funkce a dynamická poddajnost

• Metody diskretizace, úvod do MKP

• Úvod do MKP – preprocesing

• Preprocessing - pomocné konstrukce: tuhé a pružné vazby uzlů; náhrady spojů: pevné spoje (vazbové rovnice, tuhé spoje (CERIG), poddajné spoje (RBE3), pohyblivé spoje lineární rotační; náhrady pohonů: pohony KŠ, pohony pastorek-hřeben

• Úvod do MKP - procesing, postprocesing, verifikace

• Pokročilé MPK: submodeling, topologická a parametrická optimalizace; metodika komplexního návrhu a optimalizace stroje

• Propojené modely struktury a pohonů

• Komplexní modely strojů

• Virtuální obrábění

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:

• NOSKIEVIČ, Petr. Modelování a simulace mechatronických systémů pomocí programu MATLAB SIMULINK. Ostrava: VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013. ISBN 978-80-248-3231-9.

• ŠPANIEL, Miroslav a Zdeněk HORÁK. Úvod do metody konečných prvků. V Praze: České vysoké učení technické, 2011. ISBN 978-80-01-04665-4.

• LÓPEZ DE LACALLE, L. N. a A. LAMIKIZ. Machine tools for high performance machining. London:Springer, c2009. ISBN 1848003803.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2023/2024:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po
Út
St
Čt	místnost HO:A-139 Kolář P. Sulitka M. 15:00–19:15 (paralelka 1) Horská ulice Laboratoř NC řízení a automati
Pá

Rozvrh na letní semestr 2023/2024:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů: