Detail předmětu
Dynamika (S)
Akademický rok 2023/24
NDB018 předmět zařazen v 1 studijním plánu
NPC-SIS letní semestr 1. ročník
Posuzování stavebních konstrukcí na dynamické zatížení. Základy teorie kmitání. Volné kmitání modelu s jedním stupněm volnosti (1SV). Experimentální určování základní vlastní frekvence a faktoru tlumení. Odezva 1SV soustavy na harmonické buzení. Frekvenční analýza, DFT, FFT. Matematické modely spojitých soustav - podélné a příčné kmitání prutů. Kmitání tenkých desek. Modely s mnoha stupni volností (MSV). Aplikace Newtonových zákonů k diskrétním modelům. Hamiltonův princip. Lagrangeovy rovnice. Aplikace Lagrengeho rovnic na spojité soustavy. Volné kmitání MSV soustav. Řešení dynamické odezvy rozkladem podle vlastních tvarů kmitu. Úloha vlastních hodnot a numerický výpočet tvarů a frekvencí MSV soustav. Dynamická analýza s využitím metody konečných prvků. Matice hmotnosti, tlumení, tuhosti a vektor zatížení. Sestavení matic soustavy. Řešení kmitání konstrukcí na FEM modelech. Přímá integrace pohybových rovnic. Odezva konstrukcí na seizmické buzení.
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Cíl
Získat vědomosti z teorie kmitání konstrukcí, osvojit si potřebnou terminologii, seznámit se s alternativami výpočtových modelů vhodných pro dynamickou analýzu konstrukcí, umět aplikovat v současnosti používané výpočtové postupy vhodné pro dynamickou odezvu konstrukcí, získané znalosti a dovednosti mají sloužit jako základ pro praktické navrhování a posouzení dynamicky namáhaných konstrukcí, získané teoretické znalosti slouží k pochopení jednotlivých typů dynamických analýz implementovaných v moderních výpočtových programech na bázi MKP.
Znalosti
Výstupem kurzu jsou znalosti v oblasti o teorie kmitání konstrukcí. Student zná potřebnou terminologii a seznámil se s alternativami výpočtových modelů vhodných pro dynamickou analýzu konstrukcí. Znalosti lze aplikovat pro řešení dynamické odezvy konstrukcí. Získané znalosti a dovednosti jsou základem pro praktické navrhování a posouzení dynamicky namáhaných konstrukcí. Teoretické znalosti slouží k pochopení jednotlivých typů dynamických analýz implementovaných v moderních výpočtových programech na bázi MKP.
Osnova
1. Posuzování stavebních konstrukcí vystavených dynamickým účinkům.
2. Základy teorie kmitání stavebních konstrukcí. Modely s jedním stupněm volnosti (1SV).
3. Volné kmitání. Odezva modelu s 1SV na speciální typy buzení. Modely tlumení.
4. Měření vlastních frekvencí a určení tlumení. Odezva na obecný případ buzení.
5. Numerické řešení dynamické odezvy modelu s 1SV. Frekvenční analýza. FFT.
6. Výpočtové spojité modely – tažený a ohýbaný prut. Vlastní kmitání. Kmitání desek.
7. Použití Newtonových zákonů. Hamiltonův princip.
8. Modely s konečným stupněm volnosti. Lagrangeho rovnice.
9. Diskrétní a spojité modely. Vlastní kmitání soustavy s dvěma stupni volnosti.
10. Řešení odezvy rozkladem do vlastních tvarů kmitu. Rayleighova-Ritzova metoda.
11. Vlastnosti vlastních frekvencí a vlastních tvarů kmitu. Zobecněný problém vlastních hodnot.
12. Dynamická analýza s využitím MKP. Matice prvku. Globální soustava rovnic. Modální analýza. Přímá integrace pohybových rovnic.
13. Řešení odezvy konstrukcí na seizmické zatížení.
2. Základy teorie kmitání stavebních konstrukcí. Modely s jedním stupněm volnosti (1SV).
3. Volné kmitání. Odezva modelu s 1SV na speciální typy buzení. Modely tlumení.
4. Měření vlastních frekvencí a určení tlumení. Odezva na obecný případ buzení.
5. Numerické řešení dynamické odezvy modelu s 1SV. Frekvenční analýza. FFT.
6. Výpočtové spojité modely – tažený a ohýbaný prut. Vlastní kmitání. Kmitání desek.
7. Použití Newtonových zákonů. Hamiltonův princip.
8. Modely s konečným stupněm volnosti. Lagrangeho rovnice.
9. Diskrétní a spojité modely. Vlastní kmitání soustavy s dvěma stupni volnosti.
10. Řešení odezvy rozkladem do vlastních tvarů kmitu. Rayleighova-Ritzova metoda.
11. Vlastnosti vlastních frekvencí a vlastních tvarů kmitu. Zobecněný problém vlastních hodnot.
12. Dynamická analýza s využitím MKP. Matice prvku. Globální soustava rovnic. Modální analýza. Přímá integrace pohybových rovnic.
13. Řešení odezvy konstrukcí na seizmické zatížení.
Prerekvizity
Průběhy vnitřních sil na prutu, pojem napětí, deformace a přemístění, Hookův zákon, podmínky rovnováhy pro prut, fyzikální a geometrické rovnice pro prut, základy vyšší matematiky, variační principy, teorie desek, teorie MKP.
Jazyk studia
čeština
Kredity
4 kredity
semestr
letní
Způsob a kritéria hodnocení
zápočet a zkouška
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.
Nabízet zahraničním studentům
Nenabízet
Předmět na webu VUT
Přednáška
13 týdnů, 2 hod./týden, nepovinné
Osnova
1. Posuzování stavebních konstrukcí vystavených dynamickým účinkům.
2. Základy teorie kmitání stavebních konstrukcí. Modely s jedním stupněm volnosti (1SV).
3. Volné kmitání. Odezva modelu s 1SV na speciální typy buzení. Modely tlumení.
4. Měření vlastních frekvencí a určení tlumení. Odezva na obecný případ buzení.
5. Numerické řešení dynamické odezvy modelu s 1SV. Frekvenční analýza. FFT.
6. Výpočtové spojité modely – tažený a ohýbaný prut. Vlastní kmitání. Kmitání desek.
7. Použití Newtonových zákonů. Hamiltonův princip.
8. Modely s konečným stupněm volnosti. Lagrangeho rovnice.
9. Diskrétní a spojité modely. Vlastní kmitání soustavy s dvěma stupni volnosti.
10. Řešení odezvy rozkladem do vlastních tvarů kmitu. Rayleighova-Ritzova metoda.
11. Vlastnosti vlastních frekvencí a vlastních tvarů kmitu. Zobecněný problém vlastních hodnot.
12. Dynamická analýza s využitím MKP. Matice prvku. Globální soustava rovnic. Modální analýza. Přímá integrace pohybových rovnic.
13. Řešení odezvy konstrukcí na seizmické zatížení.
Cvičení
13 týdnů, 2 hod./týden, povinné
Osnova
1. Výpočet náhradní tuhosti a hmotnosti soustavy s jedním stupněm volnosti.
2. Sestavení pohybových rovnic soustav s 1SV.
3. Vlastní kmitání netlumené soustavy s 1 SV – určení vlastních frekvencí.
4. Vlastní kmitání tlumené soustavy s 1 SV – určení tlumících parametrů.
5. Řešení odezvy soustavy s 1 SV na harmonické buzení.
6. Řešení odezvy soustavy s 1 SV na speciální typy buzení .
7. Výpočet frekvencí a tvarů kmitů spojitých soustav – pruty a desky.
8. Sestavení pohybových rovnic soustavy s 2 SV (translační i rotační pohyb).
9. Sestavení rovnice pro výpočet frekvencí a tvarů kmitů 2 SV a jejich řešení.
10. Sestavení modálních matic. Postupy normování tvarů kmitů a jejich vykreslování.
11. Řešení metodou rozkladu podle vlastních tvarů kmitů odezvy soustavy s 2SV na harmonické buzení.
12. Ladění tlumiče pro snížení kmitání jednoduché soustavy.
13. Tvorba elastických spekter pro řešení odezvy na seizmické buzení.