Závěrečná zpráva Grantového projektu FRVŠ G1 č. 2633/2011 s názvem
„Úvod do MKP“ Řešitel: Ing. Michal Šofer Spoluřešitelé: doc. Ing Radim Halama, Ph.D., Ing. Josef Sedlák, Ing. Marek Bárta Pracoviště: Katedra pružnosti a pevnosti, VŠB-TU Ostrava, Fakulta strojní
Současný stav řešeného problému V současné době probíhá výuka dle stávajících studijních materiálů, volně stažitelných ze stránek Katedry pružnosti a pevnosti VŠB-TUO. Na stránkách mají studenti k dispozici jednak studijní materiál v podobě multimediální prezentace věnované základním teoretickým poznatkům z oblasti metody konečných prvků spolu se souhrnem základních poznatků z oblasti pružnosti a pevnosti. Dále jsou studentům k dispozici soubory s jednotlivými modely, které jsou použity jako výchozí materiál pro náplň do jednotlivých cvičení. Na základě dřívějších konzultací se studenty jsou výše uvedené studijní podpory minimálně využívány a to zejména z důvodu jejich menší přehlednosti. Proto by bylo vhodné pozměnit strukturu úvodní přednášky, včetně vytvoření srozumitelného učebního textu. Na dvou učebnách, které se využívají k výuce předmětu Úvod do MKP, jsou k dispozici interaktivní tabule SMART Board. V roce 2010 bylo zakoupeno hlasovací zařízení SMART Senteo v rámci řešení projektu FRVŠ 2811/2100 F1/A: Inovace předmětu Základy lomové mechaniky. Toto zařízení bude s výhodou využito při řešení projektu. Častým neduhem studentů je surfování na internetu, hraní her a v neposlední řadě také stahování různých dat. Tyto aktivity vedou ke zpomalování výukového procesu. Řešením by bylo využití aplikace SMART Sync, která umožňuje monitorovat obrazovky jednotlivých počítačů a jejich ovládání vzdáleným přístupem z počítače pedagoga. Vzhledem k plánovanému rozsahu a úzkému zaměření projektu nemůže být navrhovaný projekt řešen z prostředků operačních programů EU.
Cíle řešení Inovovaný předmět Úvod do MKP vyučovaný na Katedře pružnosti a pevnosti od školního roku 2007/2008 v bakalářském studijním programu Fakulty strojní VŠB-TUO slouží k osvojení základních teoretických i praktických poznatků metody konečných prvků (MKP). Doposud byla cvičení zaměřena zejména na řešení praktických aplikací pomocí softwaru Ansys Workbench. Vzhledem k náročnosti předmětu se cvičení neobešla bez komplikací. Díky omezení verbálních komunikací docházelo k nejasnostem při řešení daných problémů. Bylo by proto vhodné upravit stávající učební texty tak, aby se staly více pochopitelné. Některé z probíraných příkladů budou studenti moci analyzovat pomocí dosavadních znalostí, získaných v předmětu Pružnost a pevnost, respektive pomocí metod experimentální mechaniky. Tímto získá pro studenty výuka, ve spojení s použitím
interaktivní tabule, různorodější charakter. Výuka bude navíc doplněna o interaktivní testy, jenž budou sloužit s využitím hlasovacích zařízení SMART Senteo k průzkumu mezi studenty zda byla probíraná látka pochopena. V rámci projektu bude vytvořen nový učební text, zaměřený na pochopení základních principů MKP a budou popsány úlohy řešené v Ansys Workbench. Cílovou skupinou projektu je většina oborů bakalářského studijního programu na Fakultě strojní. Jmenovitě: Studium bakalářské, studijní obor: 2301R013-70 Robotika Studium bakalářské, studijní obor: 2303R002 Strojírenská technologie Studium bakalářské, studijní obor: 3901R003 Aplikovaná mechanika Studium bakalářské, studijní obor: 3907R004 Provoz a řízení v energetice Studium bakalářské, studijní obor: 3708R028 Technologie dopravy Studium bakalářské, studijní obor: 2302R003 Dopravní stroje a manipulace s materiálem Studium bakalářské, studijní obor: 2302R010 Konstrukce strojů a zařízení Studium bakalářské, studijní obor: 3902R001 Aplikovaná informatika a řízení
Postup a způsob řešení, charakteristika výstupů Předmět Úvod do MKP je vyučován v 6. semestru bakalářského studia na Fakultě strojní VŠB-TUO. Studenti již tedy mají potřebné znalosti analytických a experimentálních metod pružnosti a pevnosti. Nově vytvořené učební texty jsou koncipovány tak, aby si studenti uvědomili potřebu kontroly správnosti aplikace okrajových podmínek s využitím obou zmíněných přístupů. Řešení projektu probíhalo ve třech etapách: 1. etapa: Byly vytvořeny dvě úvodní přednášky v celkovém rozsahu čtyř vyučovacích hodin formou multimediálních prezentací pomocí software Open Office, jehož soubory je možné rovněž editovat v prostředí MS Word či MS Powerpoint. 2. etapa: Byl zpracován soubor celkem pěti příkladů, z nichž čtyři byly kromě MKP řešení vyřešeny na základě poznatků z předmětu pružnost a pevnost a případně na základě experimentálních metod, dostupných na pracovišti řešitele a spoluřešitelů. Při zpracování těchto textů byla zachována šablona dokumentů (MS Word) z předchozích řešených projektů FRVŠ na pracovišti řešitelského kolektivu. Všechny příklady budou umístěny ve formátu PDF na stránkách Katedry pružnosti a pevnosti VŠB-TUO pro použití v nadcházejícím letním semestru akademického roku 2011/2012. V následující tabulce je uveden výčet řešených příkladů včetně informace o typech řešení pro daný příklad.
Tabulka 1: Přehled řešených příkladů
1
Název příkladu Napěťová analýza tenzometrického snímače ve tvaru háku Napěťová analýza modelu s vrubem
2 3 Napěťová analýza tenkostěnné tlakové nádoby 4 Deformační analýza trubkového stojanu na kuželky 5 Napěťová analýza maticového klíče
Použité metody řešení MKP, tenzometrie, analyticky MKP, fotoelasticimetrie, analyticky MKP, analyticky MKP, analyticky MKP
3. etapa: Byly vytvořeny dvě varianty závěrečného kontrolního testu, které je možné kombinovat s otázkami ze tří vytvořených interaktivních testů, ověřujících znalosti, nabyté v průběhu kurzu. Testy jsou vytvořeny v programu SMART Response CE, který je součástí software SMART Sync.
Změny provedené proti původnímu návrhu projektu Dne 23.5.2011 jsme požádali o přesun finančních prostředků za účelem zakoupení kvalitnější tiskárny a to z důvodu ušetřených finančních prostředků, které byly získány výhodnějším nákupem uvedených počítačových sestav. Dne 7.11.2011 jsme požádali o změnu titulů pořizované literatury. Původně požadované tituly byly v průběhu roku zakoupeny univerzitní knihovnou. Dne 22.11.2011 jsme požádali o změnu spoluřešitele z důvodu přechodu spoluřešitele Ing. Marka Bárty na kombinovanou formu doktorského studia od 1.9.2011, který byl posléze nahrazen Ing. Josefem Sedlákem, který je v současné době studentem druhého ročníku prezenční formy doktorského studijního programu na témže pracovišti jako řešitel. Na následujících řádcích uvádíme charakteristiku nového spoluřešitele: Jméno,titul: Ing. Josef Sedlák Vysokoškolské studium: 2010 - Ing., VŠB-TUO, Fakulta strojní, obor Aplikovaná mechanika. V současné době interní doktorand na Katedře pružnosti a pevnosti-339 v oboru Aplikovaná mechanika Výuka předmětů: Úvod do MKP, Základy Pružnosti a pevnosti, Nauka o materiálu Publikace: [1] SEDLÁK, J., HALAMA, R., ŠOFER, M.: Verification of predictive ability of simple hardening models of chaboche type. In Sborník konference Aplikovaná mechanika 2011, Velké Bílovice, 18.20.4.2011. Ed. L.Náhlík, Velké Bílovice: Ústav fyziky materiálů AV ČR Brno, 2011, s 187-190. [2] SEDLÁK, J. Konstrukční návrh modulárního systému přípravků pro dynamické zkoušení materiálů a automobilových konstrukčních uzlů. Diplomová práce v oboru Aplikovaná mechanika. Strojní fakulta VŠB-TU Ostrava, 2010. 123s.
Čerpání finančních prostředků Finanční prostředky byly čerpány dle předpokládaného výčtu finančních položek, uvedeném v přihlášce samotného projektu. Na základě ušetřených financí u počítačových sestav byla pořízena laserová tiskárna namísto plánované inkoustové. Zbylé ušetřené finance byly použity na nákup počítačových komponent, přenosného paměťového média, sluchátek a tabletu, který bude sloužit jako pomůcka při výuce. Úplný výčet finančních položek: 1. Odměna školiteli (včetně sociálního a zdravotního pojištění 35%) 2. Stipendia řešiteli a spoluřešiteli 3. Neinvestiční výdaje: Počítače/Počítačové komponenty/Software Software SmartSync PC LYNX Monitor Benq VW2420H 24“ černý Multifunkční tiskárna Samsung CLX-3185FW Paměti DIMM Kingston 4Gb CL6 Tablet Genius MousePen M508 5“x 8“ Sluchátka Koss porta USB disk Kingston DataTraveler 32 Gb Sluchátka Creative Cestovné Konference Aplikovaná mechanika: Vložné Doprava Odborná literatura Ottosen N., Ristinmaa M.:The Mechanics of Constitutive Modeling ISBN: 978-0-08-044606-6 Celkem
3 000,- Kč 40 000,- Kč
18 900,- Kč 2x22 320,- Kč 2x4 835,- Kč 7 395,- Kč 1140,- Kč 1295,- Kč 735,- Kč 830,- Kč 535,- Kč
2x3 500,- Kč 2x1 751,- Kč
5 318,- Kč 143 960,- Kč
Přílohou výčtu finančních položek je výpis z programu SAP potvrzující vynulování přiděleného účtu (Viz následující strana)
