Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Projektowanie materiałowe i komputerowa nauka o materiałach
Course of study:
2019/2020
Code:
CIMT-1-604-s
Faculty of:
Materials Science and Ceramics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Materials Science
Semester:
6
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)
Module summary

Zna podstawowe zasady projektowania materiałowego; wybrane metody obliczeniowe i narzędzia informatyczne niezbędne do projektowania materiałów i modelowania procesów; internetowe techniki wyszukiwania informacji. Ma wiedzę w zakresie wykorzystania baz danych materiałowych w projektowaniu inżynierskim. Potrafi dobierać i stosować środowiska programistyczne, symulatory oraz narzędzia komputerowe do projektowania, wytwarzania i testowania (trwałości) materiałów i wyrobów.

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: is able to
M_K001 Ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w grupie i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania w obszarze projektowania materiałów i modelowania procesów. IMT1A_K02 Activity during classes,
Test,
Project
M_K002 Potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy z wykorzystaniem narzędzi komputerowych do projektowania materiałów i modelowania procesów. IMT1A_K01 Activity during classes,
Test,
Project
Skills: he can
M_U001 Ma umiejętność samokształcenia się w zakresie projektowania materiałów i modelowania procesów oraz metod obliczeniowych. IMT1A_U06 Activity during classes,
Test,
Project
M_U002 Potrafi dobierać i stosować środowiska programistyczne, symulatory oraz narzędzia komputerowe do projektowania, wytwarzania i testowania (trwałości) materiałów i wyrobów. IMT1A_U02 Activity during classes,
Test,
Project
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Zna podstawowe zasady projektowania materiałowego produktów o założonej strukturze i właściwościach użytkowych IMT1A_W03 Activity during classes,
Test,
Project
M_W002 Zna internetowe techniki wyszukiwania informacji. Ma wiedzę w zakresie wykorzystania baz danych materiałowych w projektowaniu inżynierskim. IMT1A_W02 Activity during classes,
Test,
Project
M_W003 Zna wybrane metody obliczeniowe i narzędzia informatyczne niezbędne do projektowania materiałów i modelowania procesów. IMT1A_W02 Activity during classes,
Test,
Project
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
75 30 0 0 15 0 30 0 0 0 0 0
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
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Ma świadomość odpowiedzialności za pracę własną oraz gotowość podporządkowania się zasadom pracy w grupie i ponoszenia odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania w obszarze projektowania materiałów i modelowania procesów. - - - + - - - - - - -
M_K002 Potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy z wykorzystaniem narzędzi komputerowych do projektowania materiałów i modelowania procesów. - - - - - + - - - - -
Skills
M_U001 Ma umiejętność samokształcenia się w zakresie projektowania materiałów i modelowania procesów oraz metod obliczeniowych. - - - + - + - - - - -
M_U002 Potrafi dobierać i stosować środowiska programistyczne, symulatory oraz narzędzia komputerowe do projektowania, wytwarzania i testowania (trwałości) materiałów i wyrobów. - - - + - + - - - - -
Knowledge
M_W001 Zna podstawowe zasady projektowania materiałowego produktów o założonej strukturze i właściwościach użytkowych + - - + - + - - - - -
M_W002 Zna internetowe techniki wyszukiwania informacji. Ma wiedzę w zakresie wykorzystania baz danych materiałowych w projektowaniu inżynierskim. + - - + - + - - - - -
M_W003 Zna wybrane metody obliczeniowe i narzędzia informatyczne niezbędne do projektowania materiałów i modelowania procesów. + - - + - + - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 90 h
Module ECTS credits 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 75 h
Preparation for classes 10 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 h
Module content
Lectures (30h):

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; 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

Project classes (15h):

Student wykonanie trzy projekty. Przykładowa lista tematów projektów:
Transport ciepła wielowarstwowych materiałów budowlanych
Wykorzystanie oprogramowania CES EduPack do projektowania inżynierskiego: dobór materiałów i dobór metod wytwarzania, Synthesizer, Eco-audt.
Projektowanie materiałów na lutowia bezołowiowe
Projektowanie materiałów odpornych na korozję
Projektowanie materiałów gradientowych
Projektowanie materiałów na membrany jonoselektywne
Zagadnienia odwrotne w projektowaniu materiałów

Seminar classes (30h):

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 problemów transportu masy i energii z wykorzystaniem Excel & Visual Basic for Applications.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Project classes: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
  • Seminar classes: Na zajęciach seminaryjnych podstawą jest prezentacja multimedialna oraz ustna prowadzona przez studentów. Kolejnym ważnym elementem kształcenia są odpowiedzi na powstałe pytania, a także dyskusja studentów nad prezentowanymi treściami.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Warunkami koniecznymi uzyskania zaliczenia są:
1. Obecność na co najmniej 75% wykładów
2. Uzyskanie oceny co najmniej 3.0 z ćwiczeń projektowych
3. Uzyskanie oceny co najmniej 3.0 z seminarium

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Project classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
  • Seminar classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci prezentują na forum grupy temat wskazany przez prowadzącego oraz uczestniczą w dyskusji nad tym tematem. Ocenie podlega zarówno wartość merytoryczna prezentacji, jak i tzw. kompetencje miękkie.
Method of calculating the final grade:

Podstawą oceny przedmiotu jest średnia ocena z seminarium i zajęć projektowych. Uwzględnia się również ocenę uzyskaną przez studenta za wygłoszony referat oraz ocenę za aktywność studenta na zajęciach.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wszystkie nieobecności na zajęciach projektowych oraz seminaryjnych student winien odrobić. Sposób odrabiania zajęć ustala prowadzący indywidualnie ze studentem. Maksymalna liczba zajęć, które student może odrabiać wynosi 2.

Prerequisites and additional requirements:

Kursy: Nauka o materiałach i Informatyka.

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:

1. R. Filipek, Modeling and inverse methods in materials engineering, Wydawnictwo Naukowe AKAPIT, Kraków, 2019.
2. J. Stec, J. Tarasiuk, S. Nagy, R. Smulski, J. Gluch, R. Filipek, “Non-destructive investigations of pore morphology of micropore carbon materials”, Ceramics international, 45, (2019), 3483-3491, doi: 10.1016/j.ceramint.2018.11.006.
3. R. Filipek, K. Szyszkiewicz, “Inverse methods in corrosion research and materials degradation”, Ochrona przed Korozją, 60 (10), (2017), 358–363.
4. A. Wierzbicka-Miernik, K. Miernik, R. Filipek, K. Szyszkiewicz, “Kinetics of intermetallic phase growth and determination of diffusion coefficients in solid–solid-state reaction between Cu and (Sn+1at.%Ni) pads”, J Mater Sci, 52, (2017), 10533–10544.
5. K. Szyszkiewicz, J. J. Jasielec, M. Danielewski, A. Lewenstam, R. Filipek, “Modeling of Electrodiffusion Processes from Nano to Macro Scale”, Journal of The Electrochemical Society, 164 (11), (2017), E3559–E3568.
6. J. J. Jasielec, R. Filipek, K. Szyszkiewicz, J. Fausek, M. Danielewski, A. Lewenstam, „Computer simulations of electrodiffusion problems based on Nernst-Planck and Poisson equations”, Computational Materials Science, 63, (2012),75–90.

Additional information:

None