Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Metody modelowania i symulacji kinematyki i dynamiki z wykorzystaniem CAD i CAE
Tok studiów:
2015/2016
Kod:
RBM-2-107-KW-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Komputerowe wspomaganie projektowania
Kierunek:
Mechanika i Budowa Maszyn
Semestr:
1
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr inż. Gospodarczyk Piotr (piogos@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Stopka Grzegorz (stopka@agh.edu.pl)
dr inż. Gospodarczyk Piotr (piogos@agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Wie jaka jest rola modelowania w technice, a szczególnie w projektowaniu maszyn. Zna pojęcie modelu procesu i układu oraz zagadnienie adekwatności modelu w stosunku do obiektu rzeczywistego lub projektowanego – mechanizmu lub maszyny. Wie jakie są relacje pomiędzy modelami fizycznymi i matematycznymi opisującymi kinematykę i dynamikę układu mechanicznego BM2A_W05, BM2A_W04 Egzamin
M_W002 Wie na czym polegają badania symulacyjne i jakie rodzaje badań symulacyjnych można wyróżnić ze względu na cel i wykorzystywane narzędzia symulacji. Wie jakie są możliwości wykorzystania komputera jako narzędzia prowadzenia badań symulacyjnych i jaki jest ogólny schemat postępowania przy tworzeniu modelu symulacyjnego BM2A_W05, BM2A_W04 Egzamin
M_W003 Wie na czym polega wykorzystanie wirtualnego prototypowania w analizie i syntezie mechanizmów oraz projektowaniu maszyn i jakie aplikacje CAD i CAE można wykorzystywać dla jego realizacji. BM2A_W05, BM2A_W04, BM2A_W02 Egzamin
M_W004 Wie jaka jest procedura przygotowania symulacji w środowisku symulacji dynamiki programu CAD na przykładzie programu Autodesk Inventor. Wie jak modelować pary kinematyczne wykorzystując tzw. złącza, jakie rodzaje złączy wykorzystywane są w programie oraz jak dokonywać konwersji więzów modelu 3D mechanizmu na złącza lub jak wykorzystać mechanizm automatycznej konwersji więzów. BM2A_W05, BM2A_W04, BM2A_W02 Egzamin
M_W005 Wie jak modelować oddziaływanie sił zewnętrznych czynnych i dyssypatywnych oraz wymuszeń kinematycznych o dowolnych charakterystykach i jak wykorzystać znajomość charakterystyki silnika napędowego w modelu wymuszenia dynamicznego ruchu. Wie jak uwzględniać charakterystyki generatorów mocy tj. silników, generatorów sił tj siłowników BM2A_W02 Egzamin
M_W006 Zna podstawy metodologii numerycznego rozwiązywania modeli matematycznych wykorzystywanej w programach komputerowych CAE i jakie są zasady interpretacji oraz prezentacji rozwiązań BM2A_W05, BM2A_W04, BM2A_W02 Egzamin
M_W007 Wie jak uwzględniać w modelowaniu i interpretacji wyników symulacji problemy wynikające z występowania członów biernych - więzów nadmiarowych, zbędnych stopni swobody oraz położeń osobliwych BM2A_W05, BM2A_W04, BM2A_W02 Egzamin
M_W008 Wie jak można wykorzystać wyniki symulacji dla weryfikacji rozwiązania konstrukcyjnego maszyny ze względów na kryteria oceny funkcjonalności, weryfikację wytrzymałości elementów, oraz jak wykorzystać symulacje w wybranych procedurach optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji. BM2A_W05, BM2A_W08, BM2A_W04, BM2A_W03, BM2A_W02 Egzamin
Umiejętności
M_U001 Umie zbudować model wirtualny prostego mechanizmu, poprzez przekształcenie wiązań geometrycznych modelu na złącza kinematyczne (w programie Autodesk Inventor). BM2A_U18, BM2A_U10 Egzamin,
Aktywność na zajęciach
M_U002 Potrafi zdefiniować wymuszenia kinematyczne lub dynamiczne w modelu oraz odczytać podstawowe wielkości kinematyczne i dynamiczne jako wynik symulacji. BM2A_U03, BM2A_U20 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Aktywność na zajęciach
M_U003 Potrafi zinterpretować wyniki symulacji, modyfikować zmienne analizy, układy odniesienia, tworzyć nowe wielkości wyjściowe, jako funkcję istniejących parametrów. BM2A_U03, BM2A_U18 Egzamin,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U004 Umie wykorzystać wyniki symulacji dynamicznej do analizy wytrzymałości wybranego elementu mechanizmu. BM2A_U01, BM2A_U02 Projekt
M_U005 Umie wykorzystać wyniki analizy do weryfikacji projektowanej maszyny w aspekcie wymaganych własności użytkowych (funkcjonalnych). BM2A_U10 Aktywność na zajęciach
M_U006 Umie dokonać wyboru kryteriów i wykorzystać wyniki symulacji dla optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji projektowanej maszyny. BM2A_U18, BM2A_U02 Projekt
M_U007 Potrafi opracować raport z przeprowadzonej symulacji i przedstawić wyniki prac w formie prezentacji. BM2A_U12, BM2A_U08, BM2A_U24 Aktywność na zajęciach,
Prezentacja
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Wie jaka jest rola modelowania w technice, a szczególnie w projektowaniu maszyn. Zna pojęcie modelu procesu i układu oraz zagadnienie adekwatności modelu w stosunku do obiektu rzeczywistego lub projektowanego – mechanizmu lub maszyny. Wie jakie są relacje pomiędzy modelami fizycznymi i matematycznymi opisującymi kinematykę i dynamikę układu mechanicznego + - - - - - - - - - -
M_W002 Wie na czym polegają badania symulacyjne i jakie rodzaje badań symulacyjnych można wyróżnić ze względu na cel i wykorzystywane narzędzia symulacji. Wie jakie są możliwości wykorzystania komputera jako narzędzia prowadzenia badań symulacyjnych i jaki jest ogólny schemat postępowania przy tworzeniu modelu symulacyjnego + - - - - - - - - - -
M_W003 Wie na czym polega wykorzystanie wirtualnego prototypowania w analizie i syntezie mechanizmów oraz projektowaniu maszyn i jakie aplikacje CAD i CAE można wykorzystywać dla jego realizacji. + - - - - - - - - - -
M_W004 Wie jaka jest procedura przygotowania symulacji w środowisku symulacji dynamiki programu CAD na przykładzie programu Autodesk Inventor. Wie jak modelować pary kinematyczne wykorzystując tzw. złącza, jakie rodzaje złączy wykorzystywane są w programie oraz jak dokonywać konwersji więzów modelu 3D mechanizmu na złącza lub jak wykorzystać mechanizm automatycznej konwersji więzów. + - - - - - - - - - -
M_W005 Wie jak modelować oddziaływanie sił zewnętrznych czynnych i dyssypatywnych oraz wymuszeń kinematycznych o dowolnych charakterystykach i jak wykorzystać znajomość charakterystyki silnika napędowego w modelu wymuszenia dynamicznego ruchu. Wie jak uwzględniać charakterystyki generatorów mocy tj. silników, generatorów sił tj siłowników + - - - - - - - - - -
M_W006 Zna podstawy metodologii numerycznego rozwiązywania modeli matematycznych wykorzystywanej w programach komputerowych CAE i jakie są zasady interpretacji oraz prezentacji rozwiązań + - - - - - - - - - -
M_W007 Wie jak uwzględniać w modelowaniu i interpretacji wyników symulacji problemy wynikające z występowania członów biernych - więzów nadmiarowych, zbędnych stopni swobody oraz położeń osobliwych + - - - - - - - - - -
M_W008 Wie jak można wykorzystać wyniki symulacji dla weryfikacji rozwiązania konstrukcyjnego maszyny ze względów na kryteria oceny funkcjonalności, weryfikację wytrzymałości elementów, oraz jak wykorzystać symulacje w wybranych procedurach optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Umie zbudować model wirtualny prostego mechanizmu, poprzez przekształcenie wiązań geometrycznych modelu na złącza kinematyczne (w programie Autodesk Inventor). - - - + - - - - - - -
M_U002 Potrafi zdefiniować wymuszenia kinematyczne lub dynamiczne w modelu oraz odczytać podstawowe wielkości kinematyczne i dynamiczne jako wynik symulacji. - - - + - - - - - - -
M_U003 Potrafi zinterpretować wyniki symulacji, modyfikować zmienne analizy, układy odniesienia, tworzyć nowe wielkości wyjściowe, jako funkcję istniejących parametrów. - - - + - - - - - - -
M_U004 Umie wykorzystać wyniki symulacji dynamicznej do analizy wytrzymałości wybranego elementu mechanizmu. - - - + - - - - - - -
M_U005 Umie wykorzystać wyniki analizy do weryfikacji projektowanej maszyny w aspekcie wymaganych własności użytkowych (funkcjonalnych). - - - + - - - - - - -
M_U006 Umie dokonać wyboru kryteriów i wykorzystać wyniki symulacji dla optymalizacji lub polioptymalizacji konstrukcji projektowanej maszyny. - - - + - - - - - - -
M_U007 Potrafi opracować raport z przeprowadzonej symulacji i przedstawić wyniki prac w formie prezentacji. - - - + - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:
  1. Wybrane zagadnienia modelowania i symulacji w projektowaniu

    Definicje modelu i symulacji. Rodzaje modeli fizycznych i matematycznych. Wykorzystanie wspomagania komputerowego w tworzeniu i rozwiązywaniu modeli matematycznych jako narzędzia badań symulacyjnych. Pojęcie i metody wirtualnego prototypowania. Cele i zadania oraz możliwości i ograniczenia wykorzystania symulacji komputerowej w analizie kinematyki i dynamiki układów fizycznych.

  2. Charakterystyka programów komputerowych do badań symulacyjnych kinematyki i dynamiki układów mechanicznych

    Charakterystyka aplikacji komputerowych do symulacji kinematyki i dynamiki opartych na modelach brył sztywnych. Charakterystyka aplikacji MES (Mechanical Event Simulation)programu Autodesk Simulation Multiphysics jako aplikacji opartej na integracji modeli opisu dynamiki brył sztywnych z modelami FEM dla brył odkształcalnych.
    Zagadnienie właściwego wyboru aplikacji komputerowej do określonego zadania symulacji możliwości i ograniczenia ich wykorzystania.

  3. Analiza kinematyki i dynamiki kinematyki przy wykorzystaniu aplikacji komputerowych CAD i CAE

    Charakterystyka środowiska symulacji dynamiki programu Inventor jako aplikacji CAD-CAE do symulacji kinematyki i dynamiki maszyn. Zakres stosowania i ograniczenia. Możliwości stosowania dla modeli o wysokim stopniu abstrakcji jak też dla modeli bryłowych 3D tworzonych przy wykorzystaniu modelera CAD. Procedura postępowania cyklu symulacji od przygotowania modelu poprzez ustawienie parametrów symulacji, definiowanie połączeń, analizę łańcucha kinematycznego i grup kinematycznych, uruchomienie symulacji, do rejestracjijej wyników i ich interpretacji.

  4. Modelowanie i badania symulacyjne układów napędowych

    Modele dyskretne układów napędowych. Formułowanie układów równań ruchów. Modele opisu charakterystyk ich elementów jak silniki, sprzęgła, reduktory. Modele wieloczłonowe i zredukowane. Modele opisu oddziaływań sił wewnętrznych i zewnętrznych czynnych i biernych. Możliwości identyfikacji charakterystyk oporów zewnętrznych wynikających z realizacji procesów transportowych lub technologicznych.
    Konsultowanie samodzielnie wykonywanych projektów.

  5. Wybrane zagadnienia z zakresu analizy kinematyki i dynamiki mechanizmów wieloczłonowych

    Wybrane zagadnienia z zakresu Teorii Mechanizmów i Maszyn istotne z punktu widzenia wykorzystania przy definiowaniu połączeń części jako par kinematycznych łańcucha kinematycznego. Klasyfikacja i charakterystyka członów mechanizmu i par kinematycznych. Pojęcie grupy i systematyka grup kinetycznych. Modele matematyczne układów wieloczłonowych i metody rozwiązywania. Problemy wynikające z występowania członów biernych i więzów nadmiarowych oraz zbędnych stopni swobody i konfiguracji osobliwych.

Ćwiczenia projektowe:
  1. Analiza mechanizmów kinematyki i dynamiki na modelach bryłowych 3D

    Wykonanie w modelerze 3D CAD modeli bryłowych 3D i złożenie modelu mechanizmu w oparciu o model łańcucha kinematycznego o wysokim stopniu abstrakcji. Ustawienia symulacji i definiowanie połączeń. Przeprowadzenie symulacji dyskusja i opracowanie jej wyników.
    Opracowanie prezentacji.

  2. Prezentacja projektów

    Prezentacja projektów przez studentów. Dyskusja wyników i ocena projektów. Ocena prezentacji.

  3. Badania symulacyjne układu napędowego

    Dobór modeli źródła mocy i pozostałych elementów układu napędowedowego. Zdefiniowanie charakterystyk tych elementów w środowisku symulacji dynamiki programu Inventor. Zdefiniowanie charakterystyk i parametrów sił oporów. Przeprowadznie symulacji. Dyskusja wyników i opracowanie prezentacji.
    Konsultowanie samodzielnie wykonywanych projektów.

  4. Badania modeli z elementami odkształcalnymi i połączeniami kontaktowymi

    Dla zadanego modelu mechanizmu wprowadzenie brakujących elementów podatnych i zdefiniowanie brakujących połączeń kontaktowych 2D lub 3D. Przeprowadzenie badania wrażliwości modelu na zmianę charakterystyk wybranych połączeń i parametrów elementów.
    Dyskusja wyników i opracowanie prezentacji.
    Konsultowanie samodzielnie wykonywanych projektów.

  5. Analiza mechanizmów kinematyki i dynamiki na modelach o wysokim stopniu abstrakcji

    Wykonanie modelu łańcucha kinematycznego o wysokim stopniu abstrakcji w modelerze 3D CAD. Ustawienia symulacji i definiowanie parametrów członów oraz ich połączeń. Przeprowadzenie symulacji dyskusja i opracowanie jej wyników.
    Opracowanie prezentacji.
    Wydanie tematów projektów do samodzielnego wykonania.

  6. Badania symulacyjne manipulatora

    Przeprowadzenie badań symulacyjnych manipulatora o zadanej strukturze i parametrach konstrukcyjnych. Przeprowadzenie badania wrażliwości modelu na zmianę charakterystyk wybranych połączeń i parametrów elementów. Wykorzystanie wyników badań dla polioptymalizacji konstrukcji ze względu na wybrane kryteria. Opracowanie prezentacji.
    Konsultowanie samodzielnie wykonywanych projektów.

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 117 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 15 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Udział w ćwiczeniach projektowych 30 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe z nauczycielem 10 godz
Wykonanie projektu 30 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej oceny z każdego z zadań projektowych i testów, wykonywanych w ramach ćwiczeń projektowych. Zaliczenie z pozytywną oceną samodzielnie wykonywanego projektu, oraz zdanie z pozytywną oceną egzaminu końcowego
Ocena jest średnią ważoną ocen z ćwiczeń (waga – 0,35), projektu (waga – 0,25) i egzaminu (waga – 0,4).

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1 Cannon jr. R.H. – Dynamika układów fizycznych, WNT Warszawa 1973 r.
2 Frączek J., Wojtyra M. : Kinematyka układów wieloczłonowych-metody obliczeniowe, WNT Warszawa 2008 r.
3 Osiński Zb. – Mechanika ogólna , Wydawnictwo Naukowe PWN,Warszawa 1994 r.
4 Wojtyra M., Frączek J.: Metoda układów wieloczłonowych w dynamice mechanizmów. Ćwiczenia z zastosowaniem programu ADAMS. OWPW, 2007.
Oprogramowanie firmy Autodesk – licencje w wersjach akademickich jak Inventor Professional, Autodesk Simulation Multiphysics dostępne do pobrania przez studentów na stronie firmy Autodesk.
Materiały pomocnicze i ćwiczenia do programu Autodesk Inventor Professional dostępne na stronie firmy Autodesk.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

Brak