Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
FEM and BEM in engineering
Course of study:
2019/2020
Code:
RMBM-2-209-II-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
Second-cycle studies
Specialty:
Informatyka w inżynierii mechanicznej
Field of study:
Mechanical Engineering
Semester:
2
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
dr inż. Czajka Ireneusz (iczajka@agh.edu.pl)
Module summary

Student nauczy się dokonywać dyskretyzacji obszaru, budować i agregować macierze sztywności i bezwładności dla elementów liniowych i nieliniowych oraz rozwiązywać problemy statyki i dynamiki.

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 potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy, ma potrzebę ciągłego doskonalenia się MBM2A_K02 Activity during classes,
Execution of a project
Skills: he can
M_U001 potrafi zastosować MES i MEB do rozwiązywania problemów spotykanych w praktyce inżynierskiej MBM2A_U20, MBM2A_U18, MBM2A_U03 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of a project
Knowledge: he knows and understands
M_W001 posiada wiedzę z zakresu metody elementów skończonych i metody elementów brzegowych MBM2A_W12, MBM2A_W05, MBM2A_W03, MBM2A_W04, MBM2A_W10, MBM2A_W02, MBM2A_W01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of a project
M_W002 zna metody rozwiązywania problemów spotykanych w praktyce inżynierskiej MBM2A_W12, MBM2A_W05, MBM2A_W03, MBM2A_W04, MBM2A_W02, MBM2A_W01 Activity during classes,
Examination,
Test,
Execution of a 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
52 26 0 13 13 0 0 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 potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy, ma potrzebę ciągłego doskonalenia się - - + + - - - - - - -
Skills
M_U001 potrafi zastosować MES i MEB do rozwiązywania problemów spotykanych w praktyce inżynierskiej - - + + - - - - - - -
Knowledge
M_W001 posiada wiedzę z zakresu metody elementów skończonych i metody elementów brzegowych + - + + - - - - - - -
M_W002 zna metody rozwiązywania problemów spotykanych w praktyce inżynierskiej + - + + - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 120 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 52 h
Preparation for classes 23 h
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 h
Realization of independently performed tasks 23 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (26h):
  1. Wprowadzenie. Modele fizyczne i matematyczne układów rzeczywistych
  2. Definicja elementu skończonego i brzegowego. Funkcje kształtu
  3. Zależność pomiędzy stanem odkształceń a stanem przemieszczeń
  4. Klasyfikacje elementów skończonych i brzegowych. Układy lokalne i globalne. Transformacja z układu lokalnego do globalnego
  5. Drgania układów liniowych. Analiza stanów przejściowych i ustalonych w układach drgających
  6. Dynamiczne równania ruchu modelu dyskretnego we współrzędnych uogólnionych. Metody rozwiązywania dynamicznych równań ruchu
  7. Budowa macierzy sztywności. Budowa macierzy bezwładności. Budowa macierzy tłumienia elementów
  8. Agregacja macierzy. Rodzaje wymuszeń i odpowiedzi układu
  9. Implementacje metod: MES i MEB we współcześnie stosowanych profesjonalnych pakietach obliczeniowych
Project classes (13h):
  1. Budowa macierzy sztywności, bezwładności, tlumienia elementów w lokalnym układzie współrzędnych. Transformacja z układu lokalnego do globalnego
  2. Agregacja macierzy. Określenie wymuszenia. Rozwiązywanie układu dynamicznych równań ruchu
  3. Modelowanie układu rzeczywistego z wykorzystaniem profesjonalnego oprogramowania obliczeniowego
  4. Metody modelowania różnych rodzajów układów mechanicznych.
Laboratory classes (13h):
  1. Analiza statyczna i dynamiczna kratownicy
  2. Rozwiązywanie zagadnień płaskich przy pomocy MES
  3. Rozwiązywanie zagadnień płaskich przy pomocy MEB
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.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zajęcia laboratoryjne zaliczane są na podstawie kolokwium zaliczeniowego i bieżącej aktywności na zajęciach.
Zaliczenie odbywa się najpóźniej ostatniego dnia zajęć w semestrze.
Student ma prawo do jednego terminu zaliczenia poprawkowego w pierwszej części sesji.

Zajęcia projektowe zaliczane są na podstawie sprawozdań i ustnego kolokwium dotyczącego tych projektów.
Student ma prawo do jednego zaliczenia poprawkowego w pierwszej części sesji o ile oddał wszystkie sprawozdania przed końcem zajęć z semestru.

Do egzaminu są dopuszczani studenci, którzy uzyskali pozytywne oceny z zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych i projektowych.

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.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest średnią ważoną z oceny uzyskanej na egzaminie (40%), oceny uzyskanej z zaliczenia ćwiczeń projektowych (30%) i oceny uzyskanej z zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych (30%), przy czym wszystkie oceny muszą być pozytywne.

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

Student musi oddać zrealizowane wszystkie projekty i nadrobić braki w wiedzy i umiejętnościach, wynikające z jego nieobecności.
Jest możliwe, że nieobecność na 30% zajęć nie pozwoli na uzyskanie wymaganych efektów uczenia się, co może zostać sprawdzone za pomocą ustnego lub pisemnego kolokwium.

Prerequisites and additional requirements:

Student powinien posiadać ogólną wiedzę z matematyki oraz inżynierii mechanicznej, a także posiadać umiejętność obsługi komputera i znajomość środowiska CAD i posługiwać się biegle językiem polskim.

Recommended literature and teaching resources:
  1. Gołaś A., Metody komputerowe w akustyce wnętrz i środowiska, Wydawnictwo AGH, Krakow 1995
  2. Huebner K. H., Dewhirst D. L., Smith D. E., The finite element method for engineers, John Wiley & Sons, New York 2001
  3. Narasimha R. J., An introduction to the finite element method, McGraw-Hill, Boston 2006
  4. Singiresu R. S., The finite element metho in engineering, elsevier Butterworth-Heinemann, Burington 2005
  5. Zienkiewicz O., Metoda elementow skończonych, PWN, Warszawa 1972
Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

Dawid ROMIK, Ireneusz CZAJKA, Katarzyna SUDER-DĘBSKA: Badania numeryczne wpływu parametrów konstrukcyjnych wentylatora promieniowego na generowany hałas, W: Aktualności inżynierii akustycznej i biomedycznej, red. Katarzyna Suder-Dębska. Polskie Towarzystwo Akustyczne. Oddział w Krakowie, 2018.

Dawid ROMIK, Ireneusz CZAJKA, Andrzej GOŁAŚ: Badania numeryczne wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych na hałas aerodynamiczny wentylatora promieniowego, Prace Instytutu Mechaniki Górotworu Polskiej Akademii Nauk, Kraków 2016

Konrad JAROSZ, Ireneusz CZAJKA, Andrzej GOŁAŚ: Implementation of Ffowcs Williams and Hawkings aeroacoustic analogy in OpenFOAM, W: Vibrations in physical systems XXVII symposium Bedlewo (near Poznan), May 9–13, 2016, red. Czesław Cempel, Marian W. Dobry, Tomasz Stręk, Poznań University of Technology 2016.

Ireneusz CZAJKA, Katarzyna SUDER-DĘBSKA: Modelling of acoustical wind turbine emission, W: Energetyka i ochrona środowiska, red. t. Marian Banaś. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Monografie / Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, nr 61, Kraków 2013

Mateusz CZECHOWSKI, Ireneusz CZAJKA, Katarzyna SUDER-DĘBSKA, Andrzej GOŁAŚ: Modelling of an aerodynamic noise generated by the aircraft engine turbine wreath, W: 7th forum acusticum 2014, 61st open seminar on acoustics, Polish Acoustical Society, Kraków, 7–12.09.2014

Ireneusz CZAJKA, Konrad Jarosz, Katarzyna SUDER-DĘBSKA: Modelling of an aerodynamic noise of a horizontal axis wind turbine using ANSYS/Fluent and OpenFOAM packages, W: 7th forum acusticum 2014, 61st open seminar on acoustics, Polish Acoustical Society, Kraków, 7–12.09.2014

Mateusz CZECHOWSKI, Ireneusz CZAJKA, Katarzyna SUDER-DĘBSKA: Numeryczne badanie wrażliwości pola akustycznego w pomieszczeniu na zmianę warunków brzegowych, W: XX Konferencja Inżynierii Akustycznej i Biomedycznej, Kraków–Zakopane, 15–19 kwietnia 2013

Ireneusz CZAJKA: O wykorzystaniu płaskich modeli wentylatorów promieniowych do projektowania i optymalizacji, W: Zagadnienia budowy i eksploatacji wentylatorów, red. t. Marian Banaś. Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska. Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH, Kraków 2016.

M. PLUTA, B. BORKOWSKI, I. CZAJKA, K. SUDER-DĘBSKA: Sound synthesis using physical modeling on heterogeneous computing platforms, Acta Physica Polonica A, Warszawa 2015

Additional information:

None