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
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 - атестований з оцінкою «відмінно» - Високий рівень: здобувач освіти демонструє поглиблене володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, системні знання, вміння і навички їх практичного застосування. Освоєні знання, вміння і навички забезпечують можливість самостійного формулювання цілей та організації навчальної діяльності, пошуку та знаходження рішень у нестандартних, нетипових навчальних і професійних ситуаціях. Здобувач освіти демонструє здатність робити узагальнення на основі критичного аналізу фактичного матеріалу, ідей, теорій і концепцій, формулювати на їх основі висновки. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку, самостійної науково-дослідної діяльності, що реалізується за підтримки та під керівництвом викладача. 87-71 балів - атестований з оцінкою «добре» - Достатній рівень: передбачає володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на підвищеному рівні, усвідомлене використання знань, умінь і навичок з метою розкриття суті питання. Володіння частково-структурованим комплексом знань забезпечує можливість їх застосування у знайомих ситуаціях освітнього та професійного характеру. Усвідомлюючи специфіку задач та навчальних ситуацій, здобувач освіти демонструє здатність здійснювати пошук та вибір їх розв’язання за поданим зразком, аргументувати застосування певного способу розв’язання задачі. Його діяльності ґрунтується на зацікавленості та мотивації до саморозвитку, неперервного професійного розвитку. 70-50 балів - атестований з оцінкою «задовільно» - Задовільний рівень: окреслює володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни на середньому рівні, часткове усвідомлення навчальних і професійних задач, завдань і ситуацій, знання про способи розв’язання типових задач і завдань. Здобувач освіти демонструє середній рівень умінь і навичок застосування знань на практиці, а розв’язання задач потребує допомоги, опори на зразок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативність та евристичність, домінування мотивів обов’язку, неусвідомлене застосування можливостей для саморозвитку. 49-00 балів - атестований з оцінкою «незадовільно» - Незадовільний рівень: свідчить про елементарне володіння поняттєвим та категорійним апаратом навчальної дисципліни, загальне уявлення про зміст навчального матеріалу, часткове використання знань, умінь і навичок. В основу навчальної діяльності покладено ситуативно-прагматичний інтерес.
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).