Informace k předmětu Materiálové inženýrství v energetice

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.3

Charakteristika předmětu

Předmět materiálové inženýrství v energetice se zabývá zejména teorií a praxí stanovení mezí použití materiálů u konstrukcí běžných ve strojírenství a energetice. Přednášky obsahují dostatečné množství informací k základnímu pevnostnímu výpočtu součásti, vyhodnocení materiálových vad a poškození vyšetřovaných součástí. Tyto dovednosti jsou uplatnitelné pro potřeby poptávek materiálu či strojních dílů i pro vyhodnocení budoucích provozních vlastností vyšetřovaných technologických celků z pohledu materiálového inženýrství.

Rozdělení předmětu do dvou bloků: Předmět je rozdělen do dvou charakteristických bloku, které učí dva kantoři specializující se na danou oblast. Konkrétně Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. učí v prvním bloku teoretické základy materiálového inženýrství a Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D. praktickou část včetně té legislativní.
Navazující předměty: Předmět Materiálové inženýrství v energetice (LMZ) je součástí nového mezifakultního oboru VUT v Brně, ve kterém si studenti velké množství předmětů volí. Přičemž v nabídce jsou předměty, který znalosti materiálových mezí vyžadují.
Prerekvizity: Výklad tohoto předmětu předpokládá alespoň základní znalosti středoškoleské matematiky, fyziky a chemie.

Výukové materiály

Veškeré přednášky Jiřího Škorpíka budou v průběhu semestru dostupné on-line na internetové doméně engineering-sciences.education, viz níže odkaz u každé přednášky.

Další literatura a zejména odborné příručky: V průběhu studia se studenti seznámí s dalšími zdroji, a to, nejen učebnic ale i odbornými příručkami kde jsou uvedena technická data k materiálům a vzorce pro základní výpočty spojené z bezpečným užitím součástí a konstrukcí. Zdroje externí literatury jsou uvedeny na konci webových prezentací přednášek v kapitole Odkazy.

Pravidla hodnocení

Při hodnocení studenta bude vycházeno z jeho bodového zisku ze zápočtu a zkoušky. Přičemž maximální počet bodů je 10. Přepočet bodů na známku ukazuje Tabulka 1.

– 1: –

body	známka	body	známka
9-10	A	6-6,5	D
8-8,5	B	5-5,5	E
7-7,5	C	<5	F

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.4

Zápočet je rozdělen do dvou povinností: Zápočet je hodnocen maximálně 3 body. 1,5 bodu lze získat na zápočtové písemce, za kterou odpovídá Ing. Jiří Škorpík, Ph.D. Dalších 1,5 lze získat z experimentální části cvičení, za které odpovídá Ing. Ladislav Šnajdárek, Ph.D., který vám sdělí bližší informace přímo na cvičení. Přičemž k získání zápočtu stačí celkově získat 1 bod.
Podmínky a konání zápočtové písemky: Zápočtová písemka se skládá z řešení slovní úlohy, přičemž je připraveno celkem 6 zadání, které jsou uvedeny v kapitole Zadání zápočtových úloh, s. 3.5. K vyřešení slovní úlohy bude moci student použít kalkulačku – za kalkulačku nepovažuji přístroje s možností vzdálené komunikace a archivace (mobil, tablet apod.). Během řešení zápočtové úlohy lze nahlížet do kompletního výtisku přednášek i cvičení, který bude k dispozici na jedné z neobsazených lavic v učebně, ve které se bude konat zápočtová písemka.
Průběh zápočtové písemky: Průběh zápočtové písemky je následující: Každý student si vylosuje zadání úlohy na listě formátu A4. Řešení bude psát přímo na list se zadáním úlohy, na který napíše i své jméno. Zápočtová písemka trvá 50 min. V případě neuspokojivého hodnocení či nemoci může student absolvovat opravnou zápočtovou písemku.
Termíny zápočtové písemky: Termíny zápočtové písemky budou včas vypsány a obvykle korespondují s termíny zkoušek.

Zkouška: Zkouška se skládá z písemné a podmíněné ústní části hodnocených 5, respektive 2 body.
Písemná část zkouška: V písemné části zkoušky student dostane 5 otázek, přičemž za každou správnou odpověď na otázku může získat 1 bod. Doba na písemnou odpověď na zadané otázky je 50 minut. Uvedených 5 otázek je náhodným výběrem z otázek, které jsou zveřejněny v kapitole Otázky písemné části zkoušky, s. 3.12.
Podmíněná ústní část zkoušky: Po dokončení písemné části zkoušky mohou studenti, kteří v celkovém součtu za písemnou část a zápočtové písemky získali alespoň 7 bodů, abslovovat i nepovinnou ústní část zkoušky. V ústní části zkoušky bodou kladeny doplňující otázky a zkoušeno porozumění tématu na úrovni znalostí odpovídající známkám A až B. V ústní části zkoušky může student získat další 2 body.

Osnova předmětu

Předmět Lopatkové stroje je složen ze 12 dvouhodinových přednášek a ze 12 jednohodinových cvičení.

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.5

Osnova přednášek: Samozřejmě na první přednášce začínáme zveřejněním podmínek pro získání zápočtu a zkoušky, viz kapitoly výše. Dále budeme postupovat podle témat, tak jak jsou řazena v Tabulce 2 , kde je i přibližný časový plán bloku vedeného Ing. Jiřím Škorpíkem, Ph.D.

– 2: –

	název		č. př.
	Meze použití materiálů		Př. 1. až 5.
	Kmitání		Př. 5. až 6.
	Přednášky Ing. Ladislava Šnajdárka, Ph.D.		Př. 7-12

Cvičení: Obsahem cvičení je řešení úloh spojené s naukou probíranou na přednáškách a fyzikální a matematický aparát potřebný k jejich řešení, viz Tabulka 3.

– 3: –

cv.	úloha	popis
1.	Úloha 3.1	Sestavení momentové a silové rovnováhy, tenzoru napjatosti a výpočet ekvivalentního napětí v trubce zatížené vnitřním přetlakem a ohybem
2.	Úloha 3.2	Vyhodnocení napětí v součásti obsahující koncentrací napětí
3.	Úloha 3.3	Výpočet deformace potrubí zatíženého ohybem
4.	Úloha 3.4	Výpočet zkroucení součásti namáhané krutem
5.	Úloha 3.6	Výpočet napětí v tělese od teplotní roztažnosti
6.	Úloha 4.1	Výpočet harmonického kmitání ocelové konstrukce
7.-12	Cvičení vedené Ing. Ladislavem Šnadárkem, Ph.D.	početní i experimentální úlohy

Zadání zápočtových úloh

Následuje 6 stran, na kterých jsou uvedena zadání ve formátu v jakém budou na zápočtové písemce.

Povolené podklady: K vyřešení některých zápočtových úloh jsou potřeba podklady jako tabulky apod. Tyto podklady budou k dispozici studentům v učebně při zápočtu včetně vytištěných textů přednášek. Většina podkladů je také k dispozici v elektronické podobě v informačním systému fakulty v sekci učební texty u předmětu Materiálové inženýrství v energetice a nebo fakultní knihovně apod.

Lze použít zjednodušující předpoklady: Jednotlivé úlohy mohou mít i více řešení, podle toho jaké zjednodušující předpoklady použijete, nicméně je nutné je zdůvodnit.

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.6

JMÉNO A PŘÍJMENÍ, DATUM:

– Úloha 1: –

V ocelové konstrukci byl stanoven bod s největším zatížením a vypočítán tenzor napjatosti, viz přiložený obrázek. Proveďte analýzu mezního stavu, když dovolené napětí je 100 MPa. Vypočítejte také hodnotu maximálního tečného napětí. [výsledek by měl být: σ_ekv≈8 MPa, τ_max≈46,971 MPa]

[MPa].

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.8

JMÉNO A PŘÍJMENÍ, DATUM:

– Úloha 3: –

Na obrázku je pístní tyč hydraulického válce namáhána tahem od působení tlaku na píst. Jaký je součinitel bezpečnosti pístní tyče, jestliže mez kluzu materiálu pístní tyče je 380 MPa. K vyřešení úlohy lze použít PILKEY, Walter, PILKEY, Deborah, BI, Zhuming, 2020, Peterson's Stress Concentration Factors, John Wiley & Sons, Inc., New York, ISBN: 978-1-119-53251-4. [výsledek by měl být: k≈1,23]

[mm]

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.10

JMÉNO A PŘÍJMENÍ, DATUM:

– Úloha 5: –

Odvoďte rovnici pro nominální deformaci vetknutého nosníku na obrázku. Neuvyžujte vliv smykových sil, uvožujte pouze ohybové síly. Řešení postačí v integrálním tvaru, tj. výsledný integrál nemusíte integrovat. Vypište rovnici pro nominální napětí tohoto průřezu. K vyřešení úlohy lze použít KRUTINA, Jaroslav, 1973, Sbírka vzorců z pružnosti a pevnosti, Státní nakladatelství technické literatury (SNTL), Praha nebo BUDYNAS, Richard, SADEGH, Ali, 2020, Roark's Formulas for Stress and Strain, McGraw-Hill, United States of America, ISBN 978-1-260-45375-1.

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.11

JMÉNO A PŘÍJMENÍ, DATUM:

– Úloha 6: –

Na obrázku je tuhá deska o hmotnosti m postavená na čtyřech vetknutých prutech, které se mohou ohýbat. Současně je boční tuhost uložení desky zvýšená pružinou-P o tuhosti k_P. Napište/odvoďte vztahy (zdůvodněte jejich výběr) pro výpočet harmonické frekvence bočního pohybu desky (směr počáteční síly F₀). K vyřešení úlohy lze použít KRUTINA, Jaroslav, 1973, Sbírka vzorců z pružnosti a pevnosti, Státní nakladatelství technické literatury (SNTL), Praha nebo BUDYNAS, Richard, SADEGH, Ali, 2020, Roark's Formulas for Stress and Strain, McGraw-Hill, United States of America, ISBN 978-1-260-45375-1

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.12

Otázky písemné části zkoušky

Nejprve vždy zvažte zda lze odpověďet na otázku vyjádřit graficky (obrázek+popis), pak rovnicí či vzorcem, a až jako poslední možnost zvažujte slovní odpověď. Samozřejmě jsou otázky, kde vyhovuje nejlépe kombinace těchto možností.

– Otázka 1: –

Definujte tenzor napjatosti.

– Otázka 2: –

Co je to hlavní napětí?

– Otázka 3: –

K čemu slouží Mohrova kružnice?

– Otázka 4: –

Co je a k čemu je tahová zkouška?

– Otázka 5: –

Definujte čtyři druhy nominálních zatížení.

– Otázka 6: –

Co je to ekvivalentní napětí v hypotéze pevnosti?

– Otázka 7: –

Jaké napětí lze vyhodnotit pomocí Mohrovy kružinice?

– Otázka 8: –

Co vyjadřuje součinitel bezpečnosti a dovolené napětí?

– Otázka 9: –

Definujte čtyři druhy nominálních napětí.

– Otázka 10: –

Co je to koncentrace napětí a v jakém je vztahu k nominálnímu napětí?

– Otázka 11: –

K čemu využíváme Hookeův zákon?

– Otázka 12: –

Definujte čtyři druhy nominálních deformací.

– Otázka 13: –

Co je to tuhost součásti (konstrukce) a jaký význam má v lineární mechanice tuhých těles?

– Otázka 14: –

Definujte součinitel teplotní délkové roztažnosti a střední hodnotu teplotní délkové roztažnosti.

– Otázka 15: –

Jaká vztah mezi součinitelem teplotní délkové roztažnosti a součinitelem teplotní objemové roztažnosti izotropních materiálů?

– Otázka 16: –

Co je to rehabilitační test?

– Otázka 17: –

Co je to deformační zpevnění?

– Otázka 18: –

Jak je definována relaxace materiálu a jaký druh deformace zohledňuje? K čemu tuto zkoušku používáme?

– Otázka 19: –

Jak je definována mez únavy?

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE

strana 3.13

– Otázka 20: –

Jaký je rozdíl mezi smyčkovým a Smithovým diagramem?

– Otázka 21: –

Jak se vyhonocuje trhlina v součásti na pravděpodobnost vzniku křehkého lomu?

– Otázka 22: –

Co je to únavový lom?

– Otázka 23: –

Jaký je rozdíl mezi trvanlivostí a životností ložiska?

– Otázka 24: –

Definujte základní druhy železných kovů.

– Otázka 25: –

Popište energetický princip harmonických kmitů konstrukcí.

INFORMACE K PŘEDMĚTU MATERIÁLOVÉ INŽENÝRSTVÍ V ENERGETICE (LMZ)

Charakteristika předmětu

Výukové materiály

Pravidla hodnocení

Osnova předmětu

Zadání zápočtových úloh

Otázky písemné části zkoušky