Vakcode: wb1311

Vaknaam: Mechanica 3

Het betreft een College

ECTS studiepunten: 4

Faculteit der Werktuigbouwkunde en Maritieme Techniek

Sectie Technische Mechanica

Docent(en): Keulen, prof.dr.ir. A. van, Rixen, prof.dr.ir. D.J.

Tel.:  015-27 86515 / 81523

Trefwoorden:

Eindige elementen methode, knik, plasticiteit, geometrische en fysische niet-lineariteiten, complexe constructies, ontwerpen, trillingen, dynamische responsie, experimentele dynamica, resonantie, dynamische overdrachtsfuncties.

Cursusjaar:

BSc 3^e jaar

Cursustaal:

Nederlands (op verzoek Engels)

Semester:

2B

Coll.uren p/w:

6

Andere uren:

20

Toetsvorm:

Schriftelijk tentamen

Tentamenperiode:

2B / Augustus

(zie jaarindeling)

Voorkennis (vakcodes):

wb1212, wb1213-03, wb1214, wb1216 (of wb1308 oud, of wb1211 èn wb1215 samen), wi3097wb

Wordt vervolgd door (vakcodes):

wb1310, wb1402A, wb1406, wb1409, wb1410, wb1412, wb1413, wb1416, wb1417, wb1418, wb1419, wb1440, ae4-399

Uitgebreide beschrijving van het onderwerp:

Deel A: Statica van constructies

- Knikverschijnselen, knik van balken en plaatconstructies.

- EEM voor buigknik van balkconstructies.

- Computerberekeningen (EEM) voor complexe constructies en interpretatie van resultaten, beoordelingscriteria.

- Geometrische niet-lineariteit.

- Analyse technieken (incrementele methoden, iteratieve methoden, incrementeel-iteratieve methoden).

- An-isotroop en niet-lineair materiaalgedrag.

- Plasticiteit (introductie, vloeifunctie, elastisch/ideaal plastisch materiaalmodel, postulaat van Drucker, plastische vervormingssnelheden en hun bepaling, isotrope en kinematische versteviging, numerieke behandeling, bezwijktheorema's).

Deel B: Dynamica van constructies

- Terugblik op eindige elementen formulering en analyse van lineaire trillingen in constructies (modelleren van systeem dynamica, modale analyse, systeembenadering met geconcentreerde massa's).

- Analyse van vrije beweging (eigenfrequenties, eigenvectoren en trilvormen, orthogonaliteit van trilvormen, invloed van element-grootte, power-iteratie, axiaal-symmetrische constructies).

- Analyse van harmonisch gedwongen beweging (overdrachtsfunctie, resonantie/anti-resonantie, directe oplossing, superpositie van eindig aantal trilvormen, gedempte en ongedempte beweging, grondslagen van experimentele modale analyse).

- Analyse van inschakelverschijnsel ("transient" analyse: beginvoorwaarden, superpositie van eindig aantal trilvormen, directe numerieke integratie van lineaire en niet-lineaire bewegingsvergelijkingen,  invloed van grootte van integratie tijdstap op stabiliteit en nauwkeurigheid, interne dynamische belastingen.)

- Beperkingen van elementaire lineaire dynamische analyse: a) grote vervormingen, gelineariseerde voorgespannen constructies; b) grote verplaatsingen en rotaties, rotor dynamica, multibody dynamica.

- Illustraties en rekenvoorbeelden met gebruik van ANSYS.

College materiaal:

• College dictaat (beschikbaar via Blackboard)

Referenties vanuit de literatuur:

• Deel A (Statica van constructies):
• Fung, Y.C., Foundations of Solid Mechanics, Prentice-Hall, 1965.
• Timoshenko, S.P. en Gere, J.M., Theory of elastic stability, Second edition, McGraw-Hill, 1981.
• Bazant, Z.P. en Cedolin, L., Stability of structures: elastic, inelastic, fracture and damage theories, Oxford University Press, 1991.
• Crisfield, M.A., Nonlinear finite element analysis of solids and structures.
• Bathe, K.J., Finite element procedures.
• Zienkiewicz, O.C. en Taylor, R.C., The finite element method, Vol. 1 and 2, Fourth edition.
• Besseling, J.F. en van der Giessen, E., Mathematical modelling of inelastic deformation.
• Koiter, W.T., Stijfheid en sterkte, deel 1 : Grondslagen, Scheltema & Holkema, 1972.
•  
• Deel B (Dynamica van constructies):
• Géradin, M. en Rixen, D.J., Mechanical vibrations: theory and applications to structural dynamics, Wiley, 1997.
• Inman, D.J., Engineering Vibration, Second edition, Prentice-Hall, 2001
• Hughes, T.J.R., The finite element method: linear static and dynamic finite element analysis, Prentice-Hall, 1987.

Opmerkingen (specifieke informatie over tentaminering, toelatingseisen, etc.):

Schriftelijk tentamen. Voorts dient te worden deelgenomen aan een ANSYS prakticum (20 uur).

In plaats van het tentamen kan men een projectopdracht uitvoeren. Men dient in dat geval ook binnen een bepaalde periode een aantal take-home opdrachten uit te voeren en daar een voldoende cijfer voor te behalen. Maar ook in dit geval dient men aan het ANSYS prakticum deel te nemen.

- Het project dient te worden uitgevoerd in drie delen. Eerts moet de student een projectvoorstel opstellen. Vervolgens moet de student een werkplan opstellen. Tenslotte moet het projectvoorstel worden uitgewerkt, geanalyseerd en opgelost.

- Relevante deadlines zullen worden aangekondigd tijdens de colleges en op Blackboard.

Leerdoelen:

Het doel van het college is de student op weg te helpen bij het toepassen van de grondslagen van de grondslagen van de Eindige Elementen Methode, van de dynamica en van de daarvoor relevante numerieke wiskunde voor het modelleren en analyseren van realistische constructies.

Een ingangseis hiervoor is uiteraard dat de student goede kennis en begrip heeft van de grondslagen van mechanica en van de daarbij benodigde wiskundige technieken - zoals die worden behandeld in de eerste twee studiejaren van de opleiding. Aan de hand van didactische voorbeelden, praktische voorbeelden en ANSYS opdrachten zulen het belang van een goed begrip van toepasbaarheid en beperkingen van de theorie worden aangegeven. Speciaal zal worden gewezen op het gevaar van ondoordacht toepassen van theorie en van numerieke programmatuur.

In deel A (Statica van constructies) wordt bijvoorbeeld een uiteenzetting gegeven van het begin van knik, van geometrische niet-lineariteiten en van niet-lineair materiaalgedrag.

In deel B (Dynamica van constructies) worden de theorie van lineaire trillingen (uit het tweede studiejaar) en van numerieke analyse (derde studiejaar)  in verband gebracht en nader uitgewerkt met behulp van ANSYS voorbeelden. Op deze wijze kan de student zijn eerder verkregen kennis en inzicht verdiepen en toepassen op realistische constructies.

Computer gebruik:

Gebruik van ANSYS eindige elementen programmatuur.

Practicum:

Studenten voeren met ANSYS diverse analyses uit.

Ontwerp component:

De colleges beogen in de student vertrouwen op te bouwen ten aanzien van het verantwoord gebruik van de computer als analyse gereedschap voor gebruik in ontwerpprocessen. Bestudering van de theorie vanuit een ontwerp optiek is daarom essentieel.

Percentage ontwerponderwijs:  25%