Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Projektowanie materiałów i komputerowa nauka o materiałach
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
CCHB-1-406-s
Wydział:
Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Chemia Budowlana
Semestr:
4
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Filipek Robert (rof@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

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.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Ma wiedzę z zakresu projektowania materiałów i procesów z zastosowaniem komputerowego wspomagania, wykorzystywania baz danych oraz specjalistycznego oprogramowania CHB1A_W04 Kolokwium,
Egzamin
M_W002 Ma podstawową wiedzę w zakresie modelowania matematycznego wymiany ciepła w procesach technologicznych. CHB1A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Egzamin
Umiejętności: potrafi
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 CHB1A_U08, CHB1A_U05 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Egzamin,
Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Ma świadomość własnych ograniczeń i wie, kiedy zwrócić się do ekspertów w zagadnieniach modelowania materiałów i procesów CHB1A_K02 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Zaangażowanie w pracę zespołu,
Prezentacja,
Egzamin
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
75 30 0 15 0 0 30 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
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. + - - - - + - - - - -
Umiejętności
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 - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Ma świadomość własnych ograniczeń i wie, kiedy zwrócić się do ekspertów w zagadnieniach modelowania materiałów i procesów - - + - - + - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 180 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 75 godz
Przygotowanie do zajęć 58 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 40 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (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

Ćwiczenia laboratoryjne (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 o zadanych właściwościach
Projektowanie materiałów cementowych odpornych na korozję chlorkową
Projektowanie materiałów cementowych odpornych na karbonatyzację
Projektowanie materiałów gradientowych
Zagadnienia odwrotne w projektowaniu materiałów

Zajęcia seminaryjne (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.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: 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.
  • Zajęcia seminaryjne: 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

Warunkiem przystąpienia do egzaminu jest uzyskanie ocen co najmniej 3.0 z ćwiczeń projektowych i seminarium.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
  • Zajęcia seminaryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: 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.
Sposób obliczania oceny końcowej:

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.

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.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Kursy: Technologie informacyjne, Nauka o materiałach

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

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

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

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.

Informacje dodatkowe:

Brak