Detail předmětu

Simulace v konstrukčním inženýrství

FSI-ZSKAk. rok: 2026/2027

Digitální inženýrství v oblasti návrhového procesu přináší nové možnosti díky rozvoji pokročilých metod pro modelování a simulace mechanických systémů ale také nové výzvy v požadavcích na uživatele moderních CAD/CAE a MBSE systémů.

V rámci předmětu studenti získají kompetence pro řešení základních lineárních strukturálních úloh jako je pevnostní a teplotní analýza součásti, modální analýza, základní CFD analýza (odpor proudící kapaliny) a tvarová optimalizace součásti. Je zdůrazněna rozdílnost  přístupů při analytickém a numerickém řešení, interpretace, verifikace a validace dosažených výsledků.

Předmět integruje poznatky z předcházejícího bakalářeského studia strojního inženýrství a vytváří předpoklady pro úspěšné zvládnutí jednodušších konstrukčních projektů a bakalářské práce.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

Garant předmětu

doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav konstruování (ÚK)

Vstupní znalosti

Základní znalosti z oblasti mechaniky těles, případně tekutin, pružnosti a pevnosti, CAD modelování, konstruování a konstrukčních materiálů.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Podmínky udělení zápočtu:
- aktivní účast na přednáškách (max. 10 bodů),
- vyřešení zadaných úloh a prezentace dosažených výsledků (max. 30 bodů),
- minimálně je nutné získat 20 bodů.
Podmínky získání zkoušky:
- praktická část: metodicky správné vyřešení zadané úlohy (max. 40 bodů),
- ústní zkouška (max. 20 bodů),
- celkem je možno získat až 100 bodů, výsledná klasifikace se určí podle stupnice ECTS.
Přednášky: účast je doporučená.
Cvičení: účast je povinná a kontrolovaná vyučujícím, povolují se max. dvě absence. V případě dlouhodobé nepřítomnosti je náhrada zameškané výuky v kompetenci garanta předmětu.

Učební cíle

Absolventi získají základní kompetence v oblasti přípravy výpočtového modelu z CAD modelu, jeho správného použití a následného zhodnocení dosažených výsledků provedených simulací včetně verifikace nebo validace těchto výsledků, budou chápat význam modelování a simulací v digitálním inženýrství i v technické praxi.

Absolventi budou schopni provádět základní lineární strukturální analýzy zaměřené na vyhodnocení stavu napjatosti součástky a jednoduché sestavy, analyzovat jednoduché případy proudění tekutiny, základní analýzy šíření tepla v součásti nebo jednoduché sestavě. Dokáží vytvořit vhodný výpočtový model reálné navrhované součásti nebo jednoduché sestavy a implementovat do něj výstižné okrajové podmínky, posoudit trendy výsledků simulací u různých variant návrhu a kvalifikovaně rozhodnout o dalším postupu.

Absolventi získají dovednosti a základní návyky potřebné pro práci s moderním MKP systémem (ANSYS Discovery) ať už ve formě samostatného softwaru nebo integrovaného modulu v CAD systému.

Studijní opory

Ansys Innovation Courses. [online]. Https://courses.ansys.com

Základní literatura

Ansys Innovation Courses. [online]. https://innovationspace.ansys.com/ais-discovery (EN)
SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R. MISCHKE, Richard G. (Richard Gordon) BUDYNAS, Martin HARTL a Miloš VLK. Konstruování strojních součástí. V Brně: VUTIUM, 2010, xxv, 1159 s. : il. ; 26 cm. ISBN 978-80-214-2629-0. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program B-KSI-P bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

16 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D.

Osnova

  • Simulační metody v konstrukčním inženýrství - 2h
    digitální inženýrství, modely a simulace v mechanice, nástroje pro řešení úloh konstrukčního inženýrství v digitálním věku
  • Volba konstrukčního materiálu  - 2h
  • Lineární strukturální analýzy dílů a sestav - 3x2h
    Základní typy MKP úloh mechaniky v konstrukčním inženýrství (pevnost, teplo, vlastní frekvence a tvary, tvarová optimalizace dílů)
  • Koncepční návrh a jeho spolehlivost - 2h
  • Základní analýzy proudění tekutin (CFD) - 2h
  • Verifikace, validace a interpretace výsledků simulací 2h

Cvičení s počítačovou podporou

36 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Pavel Maňas, Ph.D.

Osnova

  • Numerické simulace v konstrukčním inženýrství - uživatelské prostředí systémů pro analýzu namáhání strojních součástí, práce s CAD modelem
  • Konstrukční materiály, materiálové vlastnosti pro numerické simulace, import materiálů a úpravy geometrie, tvorba sítě
  • Lineární strukturální analýzy - pevnostní úloha, okrajové podmínky, vyhodnocení napětí a deformací, součinitel bezpečnosti
  • Lineární strukturální analýzy - teplotní úloha, vedení a sdílení tepla, vyhodnocení teplotního pole a toku tepla
  • Lineární strukturální analýzy - modální analýza, vyhodnocení vlastních tvarů a frekvencí, odezva na náhodné buzení
  • Lineární strukturální analýzy - parametrizace, optimalizace sítě, spolehlivost, verifikace a validace výsledků
  • Základní analýzy proudění tekutin, průtok kapaliny uzavřeným profilem, součinitel odporu při obtékání tělesa tekutinou 
  • Komplexní analýza sestavy, šroubové spoje, přenos sil v soustavě
  • Základní multifyzikální analýzy, tepelně mechaniká úloha
  • Základní multifyzikální analýzy, přenos a sdílení tepla při proudění tekutin
  • Optimalizace tuhosti a hmotnosti geometrie, parametrické a topologické úpravy geometrie
  • Prezentace individuálních prací studentů