Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Techniki Morskiej i Transportu - Oceanotechnika (S2)
specjalność: Projektowanie i budowa obiektów oceanotechnicznych

Sylabus przedmiotu Nonlinear finite element analysis:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Oceanotechnika
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów nauk technicznych, studiów inżynierskich
Profil ogólnoakademicki
Moduł Elective 2
Przedmiot Nonlinear finite element analysis
Specjalność Ship and Offshore Structural Design
Jednostka prowadząca Katedra Konstrukcji, Mechaniki i Technologii Okrętów
Nauczyciel odpowiedzialny Maciej Taczała <Maciej.Taczala@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Maciej Taczała <Maciej.Taczala@zut.edu.pl>, Tomasz Urbański <Tomasz.Urbanski@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 3,0 ECTS (formy) 3,0
Forma zaliczenia egzamin Język angielski
Blok obieralny 7 Grupa obieralna 3

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
ćwiczenia audytoryjneA3 15 1,00,50zaliczenie
wykładyW3 15 2,00,50egzamin

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Mechanika konstrukcji na poziomie zaawansowanym

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi i metodami analizy nieliniowej oraz nośności granicznej konstrukcji okrętowych

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
ćwiczenia audytoryjne
T-A-1Safety instructions.1
T-A-2Introduction to the computer codes applied during the classes.1
T-A-3Nonlinear elastic and elastic-plastic analysis of beams subject to compressive and transverse loading.2
T-A-4Nonlinear elastic and elastic-plastic analysis of plates and stiffened plates subject to compressive and transverse loading, ultimate capacity of structures.4
T-A-5Analysis of transient vibrations.2
T-A-6Analysis of thermal and mechanical processes.3
T-A-7Final assessment of students’ achievements.2
15
wykłady
T-W-1Introduction to tensor calculus. Continuum mechanics: deformation and motion, strain measures, stress measures, conservation equations. Formulations for large displacement analysis: Total Lagrangian Formulation, Updated Lagrangian Formulation.2
T-W-2Constitutive equations, nonlinear elasticity, theory of plasticity.2
T-W-3Variational principles: formulation of nonlinear FE equations. Incremental approach. Methods of solution: incremental-iterative, Newton-Raphson, constraint equations: constant arc-length2
T-W-4Formulation of dynamic problems; explicit and implicit time integration, stability of solution.2
T-W-5Formulation of contact-impact problem: interface equations, friction models.2
T-W-6Nonlinear FE analysis of ship structures: beams, plates, stiffened plates. Equilibrium curves, ultimate capacity. Influence of initial deformations and stresses. Ultimate capacity.4
T-W-7Nonlinear analysis of shells.1
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
ćwiczenia audytoryjne
A-A-1Classes15
A-A-2Homework10
25
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Przygotowanie do zaliczenia formy zajęć35
50

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Metody podające: wykład informacyjny, objaśnienie lub wyjaśnienie.
M-2Metody problemowe: wykład problemowy.
M-3Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe.
M-4Metody programowane: z użyciem komputera.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena formująca: Ocena na podstawie wyników egzaminu (wykłady).
S-2Ocena formująca: Ocena na podstawie wyników kolokwiów zaliczeniowych (ćwiczenia laboratoryjne).
S-3Ocena formująca: Ocena ciągła.

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
O_2A_D4-07-2_W01
ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej mechaniki konstrukcji, obliczeń wytrzymałościowych, metod matematycznych i metod numerycznych do formułowania, modelowania i analizy złożonych zadań z zakresu oceanotechniki i analizy złożonych zjawisk i procesów z zakresu oceanotechniki		O_2A_W01, O_2A_W10T2A_W01, T2A_W03, T2A_W04, T2A_W07InzA2_W02, InzA2_W05C-1T-W-1, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-7M-1, M-2S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
O_2A_D4-07-2_U01
potrafi dokonać obliczeń wytrzymałościowych elementów konstrukcyjnych obiektów oceanotechnicznych według przepisów i procedur obliczeniowych, z wykorzystaniem poznanych metod i modeli matematycznych		O_2A_U09, O_2A_U10, O_2A_U15, O_2A_U19T2A_U07, T2A_U08, T2A_U09, T2A_U10, T2A_U11, T2A_U12, T2A_U15, T2A_U17, T2A_U18InzA2_U01, InzA2_U02, InzA2_U03, InzA2_U05, InzA2_U06, InzA2_U07C-1T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6, T-W-7M-3, M-4S-2, S-3

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
O_2A_D4-07-2_W01
ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej mechaniki konstrukcji, obliczeń wytrzymałościowych, metod matematycznych i metod numerycznych do formułowania, modelowania i analizy złożonych zadań z zakresu oceanotechniki i analizy złożonych zjawisk i procesów z zakresu oceanotechniki		2,0Student nie ma uporządkowanej i pogłębionej wiedzy w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędnej dla sformułowania i rozwiązania problemów
3,0Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla rozwiązania problemów na podstawowym poziomie trudności.
3,5Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla rozwiązania problemów na średnim poziomie trudności.
4,0Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla rozwiązania problemów na zaawansowanym poziomie trudności.
4,5Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla sformułowania i rozwiązania problemów na średnim poziomie trudności.
5,0Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla sformułowania i rozwiązania problemów na zaawansowanym poziomie trudności.

Literatura podstawowa

  1. Hughes, O.,F., Ship Structural Design, The Society of Naval Architects and Marine Engineers, Jersey City, New Jersey, 1988
  2. Bai, Y., Marine Structural Design, Elsevier, Amsterdam, 2003
  3. Bathe, K.-J., Finite Element Procedures, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey, 1996
  4. Belytschko T., Liu, W.-K., Moran, B., Nonlinear Finite Element for Continua and Striuctures, John Wiley & Sons, Southern Gate, Chichester, West Sussex, 2000

Literatura dodatkowa

  1. Paik, J.,K., Thayamballi, A.,K., Ultimate limit state design of steel-plated structures, John Wiley and Sons, West Sussex, 2003
  2. Wriggers, P., Computational Contact Mechanics, John Wiley & Sons, Southern Gate, Chichester, West Sussex, 2002
  3. Laursen, T.,A., Computational Contact and Impact Mechanics, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2003
  4. Chapelle, D., Bathe, K.-J., The Finite Element Analysis of Shells - Fundamentals, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2003

Treści programowe - ćwiczenia audytoryjne

KODTreść programowaGodziny
T-A-1Safety instructions.1
T-A-2Introduction to the computer codes applied during the classes.1
T-A-3Nonlinear elastic and elastic-plastic analysis of beams subject to compressive and transverse loading.2
T-A-4Nonlinear elastic and elastic-plastic analysis of plates and stiffened plates subject to compressive and transverse loading, ultimate capacity of structures.4
T-A-5Analysis of transient vibrations.2
T-A-6Analysis of thermal and mechanical processes.3
T-A-7Final assessment of students’ achievements.2
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Introduction to tensor calculus. Continuum mechanics: deformation and motion, strain measures, stress measures, conservation equations. Formulations for large displacement analysis: Total Lagrangian Formulation, Updated Lagrangian Formulation.2
T-W-2Constitutive equations, nonlinear elasticity, theory of plasticity.2
T-W-3Variational principles: formulation of nonlinear FE equations. Incremental approach. Methods of solution: incremental-iterative, Newton-Raphson, constraint equations: constant arc-length2
T-W-4Formulation of dynamic problems; explicit and implicit time integration, stability of solution.2
T-W-5Formulation of contact-impact problem: interface equations, friction models.2
T-W-6Nonlinear FE analysis of ship structures: beams, plates, stiffened plates. Equilibrium curves, ultimate capacity. Influence of initial deformations and stresses. Ultimate capacity.4
T-W-7Nonlinear analysis of shells.1
15

Formy aktywności - ćwiczenia audytoryjne

KODForma aktywnościGodziny
A-A-1Classes15
A-A-2Homework10
25
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Przygotowanie do zaliczenia formy zajęć35
50
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaO_2A_D4-07-2_W01ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej mechaniki konstrukcji, obliczeń wytrzymałościowych, metod matematycznych i metod numerycznych do formułowania, modelowania i analizy złożonych zadań z zakresu oceanotechniki i analizy złożonych zjawisk i procesów z zakresu oceanotechniki
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówO_2A_W01ma poszerzoną i pogłębioną wiedzę w zakresie niektórych działów matematyki, obejmującą elementy: statystyki, stochastyki, probabilistyki, programowania matematycznego, metod matematycznych i metod numerycznych, niezbędną do: 1) formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z zakresu oceanotechniki, 2) modelowania i analizy złożonych zjawisk i procesów z zakresu oceanotechniki, 3) wnioskowania i projektowania probabilistycznego, 4) projektowania optymalnego obiektów oceanotechnicznych, 5) wykorzystania metod numerycznych w oceanotechnice
O_2A_W10zna i rozumie wybrane algorytmy, modele matematyczne oraz zaawansowane metody informatyczne wykorzystywane w obliczeniach inżynierskich, jak również ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie projektowania maszyn, obiektów i układów stosowanych w oceanotechnice, zna komputerowe narzędzia do projektowania, modelowania i symulacji układów i systemów w oceanotechnice
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_W01ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z zakresu matematyki, fizyki, chemii i innych obszarów właściwych dla studiowanego kierunku studiów przydatną do formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W04ma podbudowaną teoretycznie szczegółową wiedzę związaną z wybranymi zagadnieniami z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W07zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu złożonych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA2_W02zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
InzA2_W05zna typowe technologie inżynierskie w zakresie studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi i metodami analizy nieliniowej oraz nośności granicznej konstrukcji okrętowych
Treści programoweT-W-1Introduction to tensor calculus. Continuum mechanics: deformation and motion, strain measures, stress measures, conservation equations. Formulations for large displacement analysis: Total Lagrangian Formulation, Updated Lagrangian Formulation.
T-W-3Variational principles: formulation of nonlinear FE equations. Incremental approach. Methods of solution: incremental-iterative, Newton-Raphson, constraint equations: constant arc-length
T-W-4Formulation of dynamic problems; explicit and implicit time integration, stability of solution.
T-W-5Formulation of contact-impact problem: interface equations, friction models.
T-W-6Nonlinear FE analysis of ship structures: beams, plates, stiffened plates. Equilibrium curves, ultimate capacity. Influence of initial deformations and stresses. Ultimate capacity.
T-W-7Nonlinear analysis of shells.
Metody nauczaniaM-1Metody podające: wykład informacyjny, objaśnienie lub wyjaśnienie.
M-2Metody problemowe: wykład problemowy.
Sposób ocenyS-1Ocena formująca: Ocena na podstawie wyników egzaminu (wykłady).
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie ma uporządkowanej i pogłębionej wiedzy w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędnej dla sformułowania i rozwiązania problemów
3,0Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla rozwiązania problemów na podstawowym poziomie trudności.
3,5Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla rozwiązania problemów na średnim poziomie trudności.
4,0Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla rozwiązania problemów na zaawansowanym poziomie trudności.
4,5Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla sformułowania i rozwiązania problemów na średnim poziomie trudności.
5,0Student ma uporządkowaną i pogłębioną wiedzę w zakresie nieliniowej metody elementów skończonych niezbędną dla sformułowania i rozwiązania problemów na zaawansowanym poziomie trudności.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaO_2A_D4-07-2_U01potrafi dokonać obliczeń wytrzymałościowych elementów konstrukcyjnych obiektów oceanotechnicznych według przepisów i procedur obliczeniowych, z wykorzystaniem poznanych metod i modeli matematycznych
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówO_2A_U09potrafi wykorzystać poznane metody i modele matematyczne, uwzględniając ewentualne ich modyfikacje, do modelowania i projektowania elementów, układów, systemów, procesów, maszyn czy obiektów oceanotechnicznych przy pomocy odpowiednich narzędzi
O_2A_U10potrafi – przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich i prostych problemów badawczych – dokonać oceny i zastosować odpowiednie metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne z zastosowaniem podejścia systemowego, jak również formułować i testować hipotezy związane m.in. z modelowaniem i projektowaniem elementów, układów, systemów, procesów, maszyn czy obiektów oceanotechnicznych
O_2A_U15potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania odpowiednich metod, narzędzi i programów komputerowych służących do rozwiązania zadanego problemu inżynierskiego związanego z zagadnieniami oceanotechniki dostrzegając ich ograniczenia
O_2A_U19potrafi dokonać obliczeń wytrzymałościowych elementów konstrukcyjnych obiektów oceanotechnicznych według przepisów i procedur obliczeniowych
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_U07potrafi posługiwać się technikami informacyjno-komunikacyjnymi właściwymi do realizacji zadań typowych dla działalności inżynierskiej
T2A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T2A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i prostych problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne
T2A_U10potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - integrować wiedzę z zakresu dziedzin nauki i dyscyplin naukowych, właściwych dla studiowanego kierunku studiów oraz zastosować podejście systemowe, uwzględniające także aspekty pozatechniczne
T2A_U11potrafi formułować i testować hipotezy związane z problemami inżynierskimi i prostymi problemami badawczymi
T2A_U12potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania nowych osiągnięć (technik i technologii) w zakresie studiowanego kierunku studiów
T2A_U15potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu funkcjonowania i ocenić - zwłaszcza w powiązaniu ze studiowanym kierunkiem studiów - istniejące rozwiązania techniczne, w szczególności urządzenia, obiekty, systemy, procesy, usługi
T2A_U17potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację złożonych zadań inżynierskich, charakterystycznych dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadań nietypowych, uwzględniając ich aspekty pozatechniczne
T2A_U18potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania inżynierskiego, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów, w tym dostrzec ograniczenia tych metod i narzędzi; potrafi - stosując także koncepcyjnie nowe metody - rozwiązywać złożone zadania inżynierskie, charakterystyczne dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadania nietypowe oraz zadania zawierające komponent badawczy
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA2_U01potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
InzA2_U02potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
InzA2_U03potrafi - przy formułowaniu i rozwiązywaniu zadań inżynierskich - dostrzegać ich aspekty systemowe i pozatechniczne
InzA2_U05potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu funkcjonowania i ocenić - zwłaszcza w powiązaniu ze studiowanym kierunkiem studiów - istniejące rozwiązania techniczne, w szczególności urządzenia, obiekty, systemy, procesy, usługi
InzA2_U06potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację prostych zadań inżynierskich o charakterze praktycznym, charakterystycznych dla studiowanego kierunku studiów
InzA2_U07potrafi ocenić przydatność rutynowych metod i narzędzi służących do rozwiązania prostego zadania inżynierskiego o charakterze praktycznym, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów oraz wybrać i zastosować właściwą metodę i narzędzia
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z podstawami teoretycznymi i metodami analizy nieliniowej oraz nośności granicznej konstrukcji okrętowych
Treści programoweT-W-1Introduction to tensor calculus. Continuum mechanics: deformation and motion, strain measures, stress measures, conservation equations. Formulations for large displacement analysis: Total Lagrangian Formulation, Updated Lagrangian Formulation.
T-W-2Constitutive equations, nonlinear elasticity, theory of plasticity.
T-W-3Variational principles: formulation of nonlinear FE equations. Incremental approach. Methods of solution: incremental-iterative, Newton-Raphson, constraint equations: constant arc-length
T-W-4Formulation of dynamic problems; explicit and implicit time integration, stability of solution.
T-W-5Formulation of contact-impact problem: interface equations, friction models.
T-W-6Nonlinear FE analysis of ship structures: beams, plates, stiffened plates. Equilibrium curves, ultimate capacity. Influence of initial deformations and stresses. Ultimate capacity.
T-W-7Nonlinear analysis of shells.
Metody nauczaniaM-3Metody praktyczne: pokaz, ćwiczenia przedmiotowe.
M-4Metody programowane: z użyciem komputera.
Sposób ocenyS-2Ocena formująca: Ocena na podstawie wyników kolokwiów zaliczeniowych (ćwiczenia laboratoryjne).
S-3Ocena formująca: Ocena ciągła.