Kursplan fastställd 2021-02-11 av programansvarig (eller motsvarande).
Kursöversikt
- Engelskt namnFinite element simulations in design
- KurskodMMS050
- Omfattning7,5 Högskolepoäng
- ÄgareMPPDE
- UtbildningsnivåAvancerad nivå
- HuvudområdeMaskinteknik, Teknisk design
- InstitutionMEKANIK OCH MARITIMA VETENSKAPER
- BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd
Kurstillfälle 1
- Undervisningsspråk Engelska
- Anmälningskod 33114
- Blockschema
- Sökbar för utbytesstudenterJa
Poängfördelning
Modul | LP1 | LP2 | LP3 | LP4 | Sommar | Ej LP | Tentamensdatum |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0119 Tentamen 4,5 hp Betygsskala: TH | 4,5 hp |
| |||||
| 0219 Inlämningsuppgift 3 hp Betygsskala: UG | 3 hp |
I program
- MPMOB - MOBILITETSTEKNIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (valbar)
- MPMOB - MOBILITETSTEKNIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 2 (valbar)
- MPPDE - PRODUKTUTVECKLING, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (obligatoriskt valbar)
- MPPDE - PRODUKTUTVECKLING, MASTERPROGRAM, Årskurs 2 (valbar)
- MPSYS - SYSTEMTEKNIK, REGLERTEKNIK OCH MEKATRONIK, MASTERPROGRAM, Årskurs 1 (valbar)
- TIMAL - MASKINTEKNIK, HÖGSKOLEINGENJÖR - konstruktion, Årskurs 3 (obligatorisk)
Examinator
- Zhiyuan Li
- Forskare, Marin teknik, Mekanik och maritima vetenskaper
Behörighet
Grundläggande behörighet för avancerad nivåSökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Särskild behörighet
Engelska 6Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.
Kursspecifika förkunskaper
Linjär algebra och flerdimensionell analys.
Syfte
Finita elementmetoden (FEM) är en numerisk metod för lösning av partiella differentialekvationer, vilket som möjliggör analys av många ingenjörsproblem. Den här kursen ger de teoretiska grunderna i FEM samt praktiskt träning i att utföra finita elementsimuleringar, för att analysera och dimensionera mekaniska och termiska system.
Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)
- Sammanfatta vad Finita Elementmetoden (FEM) är och exemplifiera vad den kan användas till.
- Beskriva den teoretiska grunden till FEM och förklara: stark form, svag form och FE-form.
- Jämföra FEM med Finita Elementanalys (FEA) och illustrera stegen som de båda innehåller.
- Identifiera och välj relevanta randvillkor för ett givet problem.
- Välja och motivera lämpliga typer av element för en given analys.
- Värdera kvalitén för ett givet beräkningsnät. Kan också identifiera och motivera vilka regioner som kräver ett finare beräkningsnät.
- Förklara väsentliga och naturliga randvillkor, lista också dessa för alla studerade element. Exemplifiera randvillkor av blandad typ.
- Känn igen de styrande ekvationerna för olika matematiska modeller och förklara deras olika delar.
- Utföra en konvergensanalys och evaluera resultatet.
- Härleda FE-ekvationerna för linjäriserad buckling och fri-vibrations-analys.
- Skapa FE-modeller och utföra:
- statisk strukturanalys för att bestämma deformationer, spänningar och töjningar
- linjäriserad bucklingsanalys för att uppskatta kritisk knäckningslast och knäckningsmoder.
- fri-vibrations-analys för att uppskatta egenfrekvenser och modformer.
- stationär värmeledningsanalys för att bestämma temperatur och värmflöde.
- sekventiell termomekanisk analys för att bestämma termiska spänningar.
- Använda FEA för att leda dimensioneringen av en komponent, med avseende på kriterier, i en iterativ process.
- Summera följande elementtyper: stänger, balkar, ramelement, plattor, skal, 2D-solider (skivor) (plan spänning/töjning, axisymmetri) och 3D-solider.
- Förklara skillnaden mellan linjära och ickelinjära problem och visa hur man löser dessa problem.
- Lista olika källor som leder till ickelinjära FE-problem.
- Etablera, lösa och evaluera resultat från FEA som innehåller:
- Kontaktformuleringar (Penalty, Lagrange, Augmented-Lagrange) .
- Linjära materialmodeller (Hookes lag, Fouriers lag), elasto-plastiska modeller (elastisk-idealplastisk, linjärt hårdnande), fiberarmerade kompositer (transversell isotropi).
- Förbereda CAD-geometri inför FEA (plocka bort detaljer och reparera geometrin).
- Förklara vad topologioptimering är och kunna utföra en analys där kompliansen minimeras.
Innehåll
- Teoretiska grunden till Finita Elementmetoden (FEM).
- Träning i att använda kommersiell mjukvara för att sätta ihop och utföra Finita Elementanalyser (FEA).
- Vanliga typer av FE-analyser: statisk strukturanalys, stationär värmeledning, linjäriserad buckling, fri-vibrations-analys.
- Iterativ dimensionering baserad på en eller flera kriterier: styvhet/deformation, tillåten spänning, utmattning, vikt, etcetera.
- Introduktion till icke-linjära problem.
- Modelleringsaspekter: val av randvillkor (laster och upplag), förberedelse av CAD-geometri, nätgenerering, val av elementtyp, kontaktformuleringar.
- Vanliga materialmodeller för metaller, polymerer och fiberarmerade kompositer.
- Introduktion till topologioptimering.
Organisation
Kursen innehåller ungefär 40 h föreläsningar och ungefär 30 h datorövning. Föreläsningarna går igenom teori samt exemplifierar de praktiska aspekterna av FEA. Under datorövningarna arbetar studenterna med inlämningsuppgifter med lärarstöd.
Kursen förhåller sig till FN:s hållbarhetsmål, framför allt följande:
- Mål 9: Hållbar Industri, Innovationer och Infrastruktur
- Mål 11: Hållbara Städer och Samhällen
- Mål 12: Hållbar Konsumption och Produktion
Litteratur
Meddelas närmare kursstart.
Examination inklusive obligatoriska moment
Skriftlig tentamen som bestämmer kursbetyget. För att bli godkänd i kursen krävs godkända 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.