Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Projektowanie materiałów i komputerowa nauka o materiałach
Course of study:
2017/2018
Code:
CCB-1-514-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Chemistry of Building Materials
Semester:
5
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr hab. inż. Filipek Robert (rof@agh.edu.pl)
Academic teachers:
dr hab. inż. Filipek Robert (rof@agh.edu.pl)
Szyszkiewicz-Warzecha Krzysztof (szyszkin@agh.edu.pl)
dr inż. Jasielec Jerzy (jasielec@agh.edu.pl)
Module summary

Ma podstawową wiedzę w zakresie modelowania matematycznego oraz metod numerycznych. Potrafi wykorzystać poznane modele oraz metody numeryczne do projektowania materiałów oraz modelowania procesów.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 Ma świadomość własnych ograniczeń i wie, kiedy zwrócić się do ekspertów w zagadnieniach modelowania materiałów i procesów CB1A_K02 Activity during classes,
Participation in a discussion,
Involvement in teamwork,
Presentation,
Examination
Skills
M_U001 Potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczno-fizyczne do opisu i wyjaśniania zjawisk i procesów chemicznych oraz ocenić ich przydatność. Potrafi modyfikować istniejące i projektować nowe materiały budowlane pod katem wybranych właściwości z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania CB1A_U08, CB1A_U11 Activity during classes,
Test,
Examination,
Completion of laboratory classes
Knowledge
M_W001 Ma wiedzę z zakresu projektowania materiałów i procesów z zastosowaniem komputerowego wspomagania, wykorzystywania baz danych oraz specjalistycznego oprogramowania CB1A_W04 Test,
Examination
M_W002 Ma podstawową wiedzę w zakresie modelowania matematycznego wymiany ciepła w procesach technologicznych. CB1A_W07 Activity during classes,
Test,
Examination
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 Ma świadomość własnych ograniczeń i wie, kiedy zwrócić się do ekspertów w zagadnieniach modelowania materiałów i procesów - - + - - + - - - - -
Skills
M_U001 Potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczno-fizyczne do opisu i wyjaśniania zjawisk i procesów chemicznych oraz ocenić ich przydatność. Potrafi modyfikować istniejące i projektować nowe materiały budowlane pod katem wybranych właściwości z wykorzystaniem specjalistycznego oprogramowania - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Ma wiedzę z zakresu projektowania materiałów i procesów z zastosowaniem komputerowego wspomagania, wykorzystywania baz danych oraz specjalistycznego oprogramowania + - - - - + - - - - -
M_W002 Ma podstawową wiedzę w zakresie modelowania matematycznego wymiany ciepła w procesach technologicznych. + - - - - + - - - - -
Module content
Lectures:

Modelowanie fenomenologiczne
Pojęcie ośrodka ciągłego; Równania zachowania masy, energii i pędu – przypadek ewolucyjny i stacjonarny; Ogólna postać praw zachowania; Równania konstytutywne, warunki początkowe i brzegowe; Transport masy w układach wieloskładnikowych; Transport ciepła w materiale wielofazowym; Problemy Stefana – zagadnienia z poruszającą się granicą i swobodnym brzegiem; Wzrost faz międzymetalicznych w procesie lutowania dyfuzyjnego.
Metody numeryczne
Przybliżone metody rozwiązywania zagadnień początkowo-brzegowych; Metoda różnic skończonych; Metoda linii; Metoda elementów skończonych; Podstawy dyskretyzacji przestrzeni z użyciem metody elementów skończonych; Metoda Galerkina; Przykłady rozwiązań dla problemów transportu masy i energii w geometrii jedno-, dwu i/lub trójwymiarowej.
Projektowanie materiałowe w projektowaniu inżynierskim, metody wytwarzania i projektowania
Projektowanie produktów i procesów ich wytwarzania; Metodyka projektowania materiałowego – elementy i fazy projektowania inżynierskiego; Wykresy doboru materiałów; Oprogramowanie CES EduPack; Projektowanie wielokryterialne; Wpływ metod wytwarzania na projektowanie; Wykresy wspomagające wybór metody wytwarzania; Czynniki funkcjonalne i zagadnienia jakości wytwarzania produktów; Czynniki socjologiczne, ekologiczne i ekonomiczne w projektowaniu inżynierskim.
Źródła informacji o materiałach inżynierskich, narzędzia wspomagające projektowanie inżynierskie
Książkowe źródła danych; Komputerowe bazy danych o materiałach inżynierskich; Systemy eksperckie; Sposoby weryfikacji i walidacji danych; Metody sztucznej inteligencji w modelowaniu, symulacji i predykcji struktury i własności materiałów inżynierskich; Przegląd specjalistycznego oprogramowania do projektowania materiałów inżynierskich.
Modelowanie w skali atomowej i wieloskalowe – wprowadzenie
Metoda Monte-Carlo; Dynamika Molekularna; Teoria Funkcjonału Gęstości; Automaty komórkowe

Laboratory classes:

Student w trakcie ćwiczeń w laboratorium komputerowym wykona dwa projekty. Przykładowa lista tematów projektów:
Projektowanie materiałów odpornych na korozję
Modelowanie diagramów fazowych
Projektowanie materiałów gradientowych
Projektowanie materiałów na membrany jonoselektywne
Projektowanie materiałów gradientowych w warunkach ekstremalnie wysokich pól grawitacyjnych
Projektowanie materiałów o zadanych właściwościach fizyko-chemicznych
Projektowanie procesu formowania mas ceramicznych
Modelowanie transportu ciepła w materiałach wielofazowych
Zagadnienia odwrotne w projektowaniu materiałów

Seminar classes:

Numeryczne metody rozwiązywania problemów transportu masy i energii; Metody rozwiązywania układów równań liniowych; Metody rozwiązywania zagadnień początkowych Cauchy’ego; Metoda różnic skończonych dla zagadnień stacjonarnych; Metoda różnic skończonych dla zagadnień niestacjonarnych; Metoda linii; Zastosowania dla wybranych przykładów.
Wykorzystanie oprogramowania CES EduPack do projektowania inżynierskiego: dobór materiałów i dobór metod wytwarzania.
Wybrane pakiety obliczeniowe: Comsol, MathCad, Matlab; Excel & Visual Basic for Applications; Przykłady obliczeń.

Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 180 h
Module ECTS credits 6 ECTS
Preparation for classes 58 h
Participation in seminar classes 30 h
Participation in lectures 30 h
Examination or Final test 2 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Participation in laboratory classes 15 h
Contact hours 5 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Podstawą oceny przedmiotu jest średnia ocena z egzaminu, seminarium i laboratorium z następującymi wagami: 0.5, 0.25 i 0.25. Oceny z seminarium oraz laboratorium uwzględniają wyniki kolokwiów, wygłoszony referat/oceny z projektów oraz ocenę za aktywność studenta na zajęciach.

Prerequisites and additional requirements:

Kursy: Informatyka, Nauka o materiałach

Recommended literature and teaching resources:

1. M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Inżynieria materiałowa. Tom 1, Galaktyka 2011.
2. M. Ashby, H. Shercliff, D. Cebon, Inżynieria materiałowa. Tom 2, Galaktyka 2011.
3. R. Filipek, K. Szyszkiewicz-Warzecha, Metody matematyczne dla Ceramików
4. M. Ashby, Materials and the Environment: Eco-informed Material Choice, Butterworth-Heinemann, 2009
5. M. Rappaz, M. Bellet, M. Deville, R. Snyder, Numerical Modelling in Materials Science and Engineering, Springer 2003.
6. D.M. Bourg, Excel w nauce i technice. Receptury, Helion 2006
7. Granta Design, White Papers

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Additional scientific publications not specified

Additional information:

None