Kursplan för Simuleringsbaserad mekanik och hållfasthetslära

Kursplan fastställd 2021-02-05 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnSimulation based mechanics and strength of materials
  • KurskodIMS090
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareTKIEK
  • UtbildningsnivåGrundnivå
  • HuvudområdeMaskinteknik
  • InstitutionINDUSTRI- OCH MATERIALVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Svenska
  • Anmälningskod 51143
  • Sökbar för utbytesstudenterNej
  • Endast studenter med kurstillfället i programplan.

Poängfördelning

0121 Tentamen 7,5 hp
Betygsskala: TH		 7,5 hp
  • 02 Jun 2022 em J_DATA
  • 23 Aug 2022 fm J_DATA

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för grundnivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Samma behörighet som det kursägande programmet.
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Matematik, speciellt linjär algebra, differentialekvationer och integraler. Grundläggande kunskaper i Matlab eller Python (programstruktur, funktioner, matrisberäkningar, grafritning).

Syfte

Huvudsyftet är att studenterna skall skaffa sig grundläggande kunskaper, färdigheter och förhållningssätt för att lösa problem inom mekanik och hållfasthetslära. Detta behövs för att kunna dimensionera, förutsäga funktion, tillförlitlighet och livslängd hos mekaniska strukturer. Vidare kommer studenterna att träna på matematisk modellering och användande av matematisk programvara (Matlab eller Python-NumPy) samt finita elementprogram för att kunna göra noggranna och tillförlitliga analyser.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • Beskriva begreppen krafter och kraftmoment.
  • Använda vektoralgebra för att bestämma kraftmoment med avseende på en punkt eller en axel.
  • Förklara innebörden av begreppen jämvikt och jämviktsvillkor.
  • Frilägga materiella system samt ställa upp jämviktsekvationer och lösa dessa.
  • Använda matrisalgebra och matematisk programvara (Matlab eller Python-NumPy) för att lösa jämviktsekvationer.
  • Beskriva och beräkna grundläggande begrepp i hållfasthetslära såsom deformationer, töjningar, inre krafter och spänningar.
  • Diskutera rollen av och tillämpa några konstitutiva modeller såsom elasticitet, termoelasticitet och idealplasticitet.
  • Beräkna och analysera förskjutningar, töjningar och spänningar hos stångbärverk med Matlab eller Python-NumPy.
  • Förklara begreppen spänning och töjning i 3D.
  • Bestämma huvudspänningar och huvudspänningsriktningar med Matlab eller Python-NumPy.
  • Förklara innebörden av och använda Hookes generaliserade lag för linjär isotrop elasticitet.
  • Beräkna effektivspänningen enligt von Mises och Tresca. Använda von Mises och Trescas flyt/brottvillkor för att avgöra om risk för plasticering eller brott.
  • Redogöra orienterande om grunderna i finita-elementmetoden (FEM).
  • Tillämpa mjukvara för FEM (t.ex. COMSOL eller ANSYS) för analys hos strukturer.
  • Använda simuleringar med mjukvara för FEM för att validera förenklade matematiska modeller såsom (Euler-Bernoulli) balk och axel.
  • Använda matematiska modeller och beräkna spänningar och deformationer för t.ex. fritt upplagda balkar och konsolbalkar.
  • Prediktera spänningskoncentrationer med hjälp av simuleringar med FEM och jämföra med handboksvärden.
  • Redogöra orienterande om utmattning, instabilitet och egenfrekvenser hos strukturer.
  • Beräkna instabilitetslaster och egenfrekvenser med FEM för att validera förenklade matematiska modeller för balk.
  • Göra en riskbedömning för knäckning och egensvängning hos balkar med hjälp av förenklade matematiska modeller för några grundläggande fall.

Innehåll

  • Krafter och kraftmoment.
  • Friläggning, jämvikt och jämviktsvillkor.
  • Matrisalgebra med matematisk programvara (Matlab eller Python-NumPy).
  • Deformationer, töjningar, inre krafter och spänningar.
  • Elasticitet, termoelasticitet och idealplasticitet.
  • Simuleringar av stångbärverk med Matlab eller Python-NumPy.
  • Huvudspänningar och huvudspänningsriktningar.
  • Hookes generaliserade lag.
  • Von Mises och Trescas flyt/brottvillkor.
  • Introduktion till finita-elementmetoden (FEM).
  • Mjukvara för FEM (t.ex. COMSOL eller ANSYS).
  • Enklare strukturer såsom: Euler-Bernoulli balkar och axlar.
  • Spänningskoncentrationer, utmattning, instabilitet och egenfrekvenser.
Genom hel kursen kommer matematisk programvara (Matlab eller Pyhton-NumPy) och finita elementprogram användas som verktyg for simuleringar, analyser och förståelse av mekanik och hållfasthetslära.

I relation till FN:s hållbarhetsmål behandlar kursen tillförlitlig utformning av mekaniskt belastade strukturer, komponenter, produkter och byggnader. Detta relaterar till mål 9 Hållbar industri, innovationer och infrastruktur och mål 12 Hållbar konsumtion och produktion.

Organisation

Föreläsningar, räkneövningar och datorövningar.

Litteratur

Kompendium i mekanik och hållfasthetslära.

Examination inklusive obligatoriska moment

Skriftlig tentamen och obligatoriska inlämningsuppgifter.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.