Přístupnostní navigace
E-application
Search Search Close
Course detail
FSI-LIVAcad. year: 2025/2026
The course focuses on theoretical and practical aspects of using the finite element method (FEM) in linear strength calculations of structures in the field of energy and fluid engineering. Students will master the basics of formulating FEM problems from the point of view of elasticity and strength, including modeling loading conditions by mechanical and pressure effects of flowing fluid. Advanced attention is paid to the assessment of stresses, deformations, linear stability and fatigue of mechanically loaded structures. Lectures are primarily theoretical, with emphasis on understanding the FEM formulation and analysis of results. Exercises include practical calculations and examples of solutions related to typical technological units and devices in sustainable energy.
Language of instruction
Number of ECTS credits
Mode of study
Guarantor
Department
Entry knowledge
Matrix notation, linear algebra, function of one and more variables, calculus, differential equations, elementary dynamics, elasticity and thermal conduction.
Rules for evaluation and completion of the course
Credits: active participation in exercises, submission of a semester project (FEM model with strength and possibly fatigue analysis of the assigned component), minimum 75% participation + control task.- Exam: written part (theoretical questions + computational example) + oral exam (FEM concepts, interpretation of results). The exam may be based on the completed semester project.
Aims
The learning objectives of this course are:
After completing the course, the student will be able to:
Study aids
ZIENKIEWICZ, O. C.; TAYLOR, Robert L. a NITHIARASU, Peruma. The finite element method for fluid dynamics. 7th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2014. ISBN 978-1-85617-635-4.
ZIENKIEWICZ, O. C.; TAYLOR, Robert L. a ZHU, J. Z. The finite element method: its basis and fundamentals. 7th ed. Amsterdam: Butterworth-Heinemann, 2013. ISBN 978-1-85617-633-0.
Ansys Help. Online. 2024. Dostupné z: https://ansyshelp.ansys.com/.
Prerequisites and corequisites
Basic literature
Recommended reading
Classification of course in study plans
specialization FLI , 2 year of study, winter semester, compulsory
specialization CZS , 1 year of study, winter semester, elective
Lecture
Teacher / Lecturer
Syllabus
1. Introduction to strength calculations in energy systems. The role of FEM in mechanical analysis under the action of fluids.2. Formulation of the linear elasticity problem – basic equations of continuum mechanics, constitutive relations.3. Weak (variational) formulation of elasticity equations. Principle of virtual work.4. Finite element method – discretization, element shapes, basis functions, solution of systems of equations.5. Modeling of structural loads – volume, area, linear loads; effects of fluid pressure, overload, impact forces.6. Boundary conditions – rigid connections, simple support, symmetry, contact problems, ...7. Analysis of FEM results – primary and secondary quantities (stress, deformation), strength hypotheses.8. Loads in a fluid environment – effects of pressure pulsations, turbulence, without inertial loading.9. Stability of structures in terms of flow effects – elasticity and critical loads, risks of vibration excitation.10. Stress analysis in rotating machines (turbines, pumps); structures subjected to cyclic loading.11. Introduction to material fatigue – basic concepts, S-N curves, Goodman diagram, Miner’s rule.12. Linear fatigue assessment in the FEM environment – assumptions, computational approaches, geometric details, risk areas.13. Verification of FEM results, validation procedures, agreement with analytical calculations
Computer-assisted exercise
Projektově orientovaná výuka v prostředí ANSYS
1. Seznámení s MKP rozhraním (ANSYS), tvorba modelu, jednoduchá 2D nosná konstrukce.2. Simulace lineární elastické úlohy – jednoduché tažení, porovnání s analytickým výpočtem.3. Vliv různých typů zatížení(síla, moment, tlak). Přenos zatížení z kapalného média.4. Okrajové podmínky v 3D konstrukčních prvcích – modelování upnutí, souměrnosti, omezení pohybu.5. Posouzení napětí a deformace ve strojních součástích – turbínové lopatky (zjednodušený model).6. Pružnostní analýza potrubí a výměníků – příklady, tlakové zatížení.7. Výpočet základních napěťových hypotéz – Tresca, HMH, výpočet bezpečnostních faktorů.8. Analýza lokálních koncentrací napětí – vliv otvorů, svarů, přechodů.9. Analýza napětí v rotačních částech vystavených odstředivým silám – rotor čerpadla.10. Úvod k únavové analýze – výpočet životnosti podle Minerova pravidla.11. Modelování cyklického zatížení – časová historie zatížení.12. Posouzení únavy konstrukce vystavené hydrodynamickým vlivům – ukázka typického výpočtu.13. Samostatná práce – zadání určeného úkolu, zpracování komplexního příkladu.