FEM-аналіз в задачах електромеханіки

Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка
Код дисципліни: 8.141.00.M.008
Кількість кредитів: 3.00
Кафедра: Електромехатроніка та комп'ютеризовані електромеханічні системи
Лектор: д.т.н., доцент Макарчук Олександр Володимирович
Семестр: 2 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Метод скінченних елементів (МСЕ) або FEM (англ. Finit Element Method) як метод розв’язування краєвих задач математичної фізики покладений в основу переважної більшості спеціалізованого програмного забезпечення для проведення інженерного аналізу технічних систем — так званих CAE–програм (англ. Computer Aided Engineering). Він повністю відповідає вищезгаданим вимогам й на етапах розробки нових виробів, у наукових дослідженнях різного спрямування дозволяє повністю відмовитися від високовартісних стендових випробувань. Постійний попит на спеціалістів, що володіють подібними технологіями, в даному випадку технологією проведення інженерного FEM–аналізу за допомогою CAE–програм, переконливо свідчить про актуальність даної течії. Мета вивчення дисципліни полягає в оволодінні теоретичним засадами та особливостями практичного застосування сучасного методу інженерного аналізу на основі МСЕ. Це істотно розширює можливості фахівця у роботі зі спеціалізованим програмним забезпеченням не лише в напрямах відтворення відомих алгоритмів математичних моделей, а й у напрямах створення нових, притаманних унікальним технічним об’єктам зі специфічними властивостями чи характеристиками.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей: загальних: • здатність здійснювати критичний аналіз, оцінку і синтез нових ідей; • уміння працювати як індивідуально, так і в команді; • креативність, здатність до системного мислення, фахових: • знання і розуміння сучасних наукових теорій і методів та вміння їх ефективно застосовувати для синтезу та аналізу електромеханічних систем; • здатність ефективно застосовувати методи аналізу, математичне моделювання, виконувати математичні експерименти при проведенні наукових досліджень; • здатність інтегрувати знання з інших дисциплін, застосовувати системний підхід та враховувати нетехнічні аспекти при розв’язанні інженерних задач та проведенні досліджень; • здатність розробляти та реалізовувати проекти, включаючи власні дослідження, які дають можливість переосмислювати наявні чи створювати нові знання; • здатність аргументувати вибір методу розв’язування спеціалізованої задачі, критично оцінювати отримані результати та захищати прийняті рішення.
Результати навчання: Результати навчання даної дисципліни деталізують такі програмні результати навчання: 1. Здатність продемонструвати знання сучасних методів проведення досліджень в області електромеханіки. 2. Здатність продемонструвати поглиблені знання у наукових дослідженнях в електромеханіці. 3. Застосовувати знання і розуміння для розв’язування задач синтезу та аналізу елементів та систем, характерних електромеханіці. 4. Досліджувати і моделювати явища та процеси в складних динамічних електромеханічних системах. 5. Ефективно працювати як індивідуально, так і у складі команди. 6. Оцінити доцільність та можливість застосування нових методів і технологій в задачах синтезу електромеханічних систем. 7. Аргументувати вибір методів розв’язування науково-прикладної задачі, критично оцінювати отримані результати та захищати прийняті рішення.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: • Теоретичні основи електротехніки • Основи програмування та ПЗ для інженерних розрахунків • Основи моделювання електромеханотронних перетворювачів • Вища математика
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна «FEM-аналіз в задачах електромеханіки» присвячена вивченню теоретичних положень методу скінченних елементів як способу розв’язання краєвих задач математичної фізики, що застосовується практично в усіх різновидах інженерного аналізу. Особлива увага приділяється практичному використанню цього методу. Розглядаються особливості застосування МСЕ до рішення типових задач з теорії електромагнетизму, пружності та теплопередачі. Лабораторний практикум даної дисципліни передбачає виконання програмної реалізації алгоритмів вищезгаданих задач у варіаційному формулюванні та на основі методу Галеркіна. Заплановано розв’язання задач магнітостатики, розрахунку поля механічних напружень та стаціонарного поля температур.
Опис: Вступ. Загальна характеристика методів розв’язання краєвих задач математичної фізики. Інтегральні та диференційні оператори теорії поля.Теоретичні засади МСЕ. Функції форми (2-вимірне формулювання).Функції форми (3-вимірне формулювання).Умови однозначності та краєві умови. Математичне формулювання задачі магнітостатики. Алгоритм розв’язання задачі магнітостатики на основі методу Галеркіна. Формулювання задач електродинаміки. Варіаційне формулювання задачі розрахунку напружено-деформованого стану тіла довільної форми в межах теорії пружності. Алгоритм розрахунку поля механічних напружень. Математичне формулювання задачі стаціонарної теплопровідності. Алгоритм розв’язання задачі розрахунку поля температур в тілах довільної форми.
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль на лабораторних заняттях, який проводиться у формі усного опитування після виконання індивідуальних науково-дослідних завдань та лабораторної роботи, призначений для перевірки засвоєння лекційного матеріалу та правильності виконання завдань. Підсумковий контроль знань проводиться у вигляді письмового екзамену.
Критерії оцінювання результатів навчання: • лабораторні заняття (30 бали) - 30 % • контрольний захід (екзамен) (70 балів) - 70%
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер, пер.с англ. –М.: «Мир», –1984. –428 с. 2. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О.Зенкевич, пер.с англ. –М.: «Мир», –1975. –542 с. 3. Митчелл Э. и др. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными / Э. Митчелл, Р. Уейт, , пер. с англ. –М.: Мир. 1981. –216 с. 4. Норри Д. и др. Введение в метод конечных элементов: Пер.с англ./ Д. Норри, Ж. де Фриз; –М.: Мир, 1981. –304 с. 5. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов. Пер.с англ. / Л. Сегерлинд; –М.: «Мир», –1979. –392 с. 6. Liu G.R. Meshfree methods: moving beyond the finite element method / G.R. Liu, Taylor & Francis. 2003. –693 p. 7. Madenci E. et al. The finite element method and application in enginiring using ANSYS / E. Madenci, I. Guven, Springer. 2006. –686 p. 8. Moaveni, Saeed. Finite element analysis: theory and application with ANSYS / S. Moaveni. © 1999 Prentice hall, US, – 527 p. 9. Сильвестер П. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: Пер. с англ ./ П. Сильвестер, Р. Феррари – М.: Мир, – 1986. –229 с. 10. Стренг Г. и др. Теория метода конечных элементов / Г. Стренг, Дж. Фикс, , пер. с англ. –М.: Мир. 1977. –351 с. 11. Ansys Theory Manual [Електронний ресурс] / SAS IP Inc., 2006. Режим доступу: https://ru.scribd.com/document/135963415/Ansys-Theory – Назва з екрану. Дата звернення: 04.02.2016.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).