Моделювання і деградація виробів, оптимізація їх властивостей
Спеціальність: Матеріали та технології адитивного виробництва
Код дисципліни: 7.132.03.O.002
Кількість кредитів: 6.00
Кафедра: Матеріалознавство та інженерія матеріалів
Лектор: Кулик Володимир Володимирович
Тростянчин Андрій Миколайович
Семестр: 1 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування та розвиток у студентів компетентностей:
КІ.01 Здатність розв’язувати складні задачі та проблеми з матеріалознавства у професійній діяльності та/або у процесі навчання, що передбачає проведення досліджень та/або здійснення інновацій та характеризується невизначеністю і вимог
КЗ.02 Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях
КЗ.05 Здатність працювати автономно та в команді.
СК.04 Здатність оцінювати та забезпечувати якість робіт, які виконуються.
СК.05 Здатність до критичного аналізу та прогнозування характеристик нових та існуючих матеріалів, параметрів процесів їх отримання і обробки та використання у виробах (або у виробничих умовах).
СК.06 Здатність розуміти та використовувати математичні та числові методи моделювання властивостей, явищ та процесів.
СК.09 Здатність обгрунтовано здійснювати вибір технологій виготовлення, оброблення, випробування матеріалів і виробів, для конкретних умов експлуатації.
СК.11 Здатність застосовувати системний підхід для розв'язання прикладних задач виготовлення, обробки, експлуатації та утилізації матеріалів і виробів.
Результати навчання: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання:
РН 4 Застосовувати сучасні інформаційні технології та спеціалізоване програмне забезпечення для розв’язання складних задач матеріалознавства.
РН 5 Приймати ефективні рішення в нових ситуаціях або непередбачених умовах з урахуванням їх можливих наслідків, оцінювати і порівнювати альтернативи, оцінювати технічні, економічні, екологічні та правові ризики.
РН 9 Застосовувати методи LCA-аналізу, екоаудиту, підходів стійкого розвитку під час розробки нових матеріалів та впровадження нових технологій.
РН 12 Формулювати та розв’язувати науково-технічні завдання для розробки, виготовлення, випробування, сертифікації, утилізації матеріалів, створення та застосування ефективних технологій виготовлення виробів.
РН 15 Проектувати нові матеріали, розробляти, досліджувати та використовувати фізичні та математичні моделі матеріалів та процесів.
РН 17 Розв’язувати прикладні завдання виготовлення, обробки, експлуатації та утилізації матеріалів і виробів.
РН 19 Розробляти комплексний дизайн нових матеріалів і виробів на їх основі з урахуванням експлуатаційних властивостей та умов використання.
КОМ 5. Навички вербального та письмового презентування практичних розробок в напрямку матеріалознавства.
АВ3. Здатність до подальшого навчання з високим рівнем автономності
АВ4. Здатність адаптуватись до нових ситуацій та приймати відповідні рішення.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Попередні навчальні дисципліни:
Матеріалознавство
Технологія конструкційних матеріалів
Термічна обробка
Основи автоматизованого проектування
Неметалеві матеріали
Порошкові та композиційні матеріали
Механічні властивості та конструкційна міцність
Супутні і наступні навчальні дисципліни:
Технологія наноматеріалів
Фізика і хімія поверхні та захист від корозії
Короткий зміст навчальної програми: Дисципліна «Моделювання і деградація виробів, оптимізація їх властивостей» знайомить студентів з сучасними методами моделювання та оптимізації властивостей матеріалів та виробів з використанням систем автоматизованого проектування. А також характеризує поведінку матеріалів в різних умовах навантаження: статистичного, динамічного, повторно-змінного, високотемпературного); характерні ознаки різних видів поверхонь руйнування та способи попередження руйнування виробів; вплив внутрішніх та зовнішніх чинників на втому, повзучість, зношування, корозію матеріалів; описує методи захисту металів і сплавів від негативного впливу зовнішнього середовища.
Вивчаючи дисципліну студенти набувають практичних навиків роботи з модулем CES EduPak спеціалізованого матеріалознавчого програмного продукту компанії Granta Design, опановують засади використання сучасного програмного забезпечення для раціонального вибору матеріалів та технологічних підходів для виготовлення виробів, прогнозування та оптимізації їх властивостей з врахуванням економічних показників та конкурентоздатності виробництва.
Дисципліна вчить прогнозувати поведінку матеріалів в умовах експлуатації; оцінювати поведінку матеріалів під дією агресивного середовища; встановлювати вид корозійного пошкодження та обґрунтовувати можливі шляхи підвищення корозійної тривкості металів; використовувати набуті знання для експертизного аналізу; створювати безпечні умови роботи деталей; раціонально вибирати відповідні матеріали для деталей та виробів; формувати необхідні експлуатаційні властивості матеріалів.
Вона формує у студента розуміння необхідності врахування засад сталого розвитку при розробці нових матеріалів та створенні виробів на їх основі.
Опис: Вступ до технології наноматеріалів. Мета й завдання дисципліни, її значення у підготовці спеціаліста. Загальна характеристика нанотехнологій та наноматеріалів.
Класифікація наноматеріалів.
Властивості матеріалів у наноструктурованому стані. Вплив масштабного фактору на фізичні властивості матеріалів.
Механічні властивості наноматеріалів.
Термодинамічні властивості наноматеріалів.
Електричні властивості наноматеріалів.
Магнітні властивості наноматеріалів.
Методи аналізу нанодисперсних систем. Електронна мікроскопія.
Сканувальна зондова мікроскопія.
Спектроскопічні методи.
Дифракційні методи дослідження.
Дослідження магнітних властивостей. Вимірювання електроопору.
Практичне застосування наноматеріалів. Медицина, біотехнології, аерокосмічна галузь, навколишнє середовище й енергетика.
Технології отримання наноструктурних матеріалів. Методи на основі підходу «зверху-вниз» (topdown approach).
Методи на основі підходу «знизу-вверх» (bottomup approach).
Основні аспекти деградації матеріалів і конструкцій.
Вплив експлуатаційних чинників на експлуатаційні характеристики матеріалів.
Деградація матеріалів і елементів конструкцій залізничного транспорту.
Деградація матеріалів і елементів конструкцій літаків.
Деградація матеріалів і елементів конструкцій обладнання для транспортування та зберігання нафти і газу.
Деградація матеріалів і елементів конструкцій для теплоенергетичного, нафтопереробного та металургійного обладнання.
Деградація матеріалів і елементів конструкцій, що працюють в атмосферних умовах.
Деградація матеріалів і елементів конструкцій атомних електростанцій.
Неруйнівні фізичні методи моніторингу деградації матеріалів.
Методи та критерії оцінювання: Усне та письмове опитування, практична перевірка, рейтинговий контроль.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль:
1. Захист лабораторних та практичних робіт – 40 балів.
Екзаменаційний контроль:
1. Письмова компонента – 50 балів.
2. Усна компонента – 10 балів.
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. Michael Ashby, Hugh Shercliff and David Cebon. Materials, Engineering, Science, Processing and Design / Elsevier Science & Technology. – 2007. – 514 p.
2. Прикладне матеріалознавство: збірник конкурсних завдань. Навчальний посібник / Л.І. Богун, З.А. Дурягіна, І.М. Зінь, О.А. Кузін, В.І. Кушпір, І.П. Паздрій, Е.І. Плешаков, (В.В. Ромака), Т.Л. Тепла, А.М. Тростянчин, С.Г. Швачко, О.Ю. Грималяк // за заг. ред. З.А. Дурягіної. – Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2015. – 188 с.
3. Michael F. Ashby. Materials Selection in Mechanical Design (Fourth Edition). – Elsevier Science & Technology.- 2011. – 646 p.
4. Michael F. Ashby, Didac Ferrer Balas and Jordi Segalas Coral. Materials and Sustainable Development. – Elsevier Science & Technology.- 2015. – 311 p.
5. G. Lesiuk, J.A.F.О. Correia, H.V. Krechkovska, G. Pekalski, A.M.P. de Jesus, O. Student. Degradation theory of long term operated materials and structures (eBook). Springer Nature Switzerland AG, Gew'erbcstrasse 11, 6330 Cham. Switzerland. 2021.
6. Технічна діагностика матеріалів і конструкцій: довідн. пос. / під заг. ред. З.Т. Назарчука. т. 1: Є.І. Крижанівський, О.П. Осташ, Г.М. Никифорчин, О.З. Студент, П.В. Ясній. Експлуатаційна деградація конструкційних матеріалів. – Львів: Простір-М, 2016. – 360 с.
7. Механіка руйнування та міцність матеріалів: довідн. пос. / Під заг. ред. акад. НАН України В.В. Панасюка. т. 15: Осташ О.П. Структура матеріалів і втомна довговічність елементів конструкцій. – Львів: Вид-во "Сполом", 2015. – 312 с.
8. Міцність і довговічність авіаційних матеріалів та елементів конструкцій т.9 / О.П. Осташ, В.М. Федірко, В.М. Учанін, С.А. Бичков, О.Г. Моляр, О.І. Семенець, В.С Кравець, В.Я. Дереча. Під ред. О.П. Осташа, В.М. Федірка. – Львів: Вид-во "Сполом", 2007. – 1068 с.
9. Bolzon G., Nykyforchyn H., Gabetta G. Preface. In Book: Bolzon G., Gabetta G., Nykyforchyn H. (eds.) Degradation assessment and failure prevention of pipeline systems. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 102. Springer, Cham.(2021)1-2.
10. Дмитрах І. М., Сиротюк А. М., Лещак Р. Л. Руйнування та міцність трубних сталей у водневовмісних середовищах / Фізико-механічний інститут ім. Г.В. Карпенка НАН України. – Львів: Вид-во "Сполом", 2020. – 222 с.
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).