KURSPLAN

Simulering av tribologiska processer 7,5 Högskolepoäng

Simulations in tribology
Avancerad nivå, M7024T
Version
Kursplan gäller: Höst 2018 Lp 1 - Tillsvidare
Vald version visar för vilken termin och läsperiod som denna kursplanen gäller för. Senaste version visas först.

Kursplanen fastställd
av Mats Näsström 2014-02-14

Reviderad
av Mats Näsström 2018-02-15

Utbildningsnivå
Avancerad nivå
Fördjupningskod
A1N
Betygskala
G U 3 4 5
Ämne
Maskinelement
Ämnesgrupp (SCB)
Maskinteknik

Behörighet

Grundläggande kunskaper i matematik, numerik, fysik, mekanik, hållfasthetslära och strömningslära.


Urval

Urvalet grundas på 20-285 högskolepoäng



Mål/Förväntat studieresultat

Indelat i 3 kategorier nedan, ska du som student efter genomgången kurs:

1. Kunskap och förståelse

  • Ha kunskap om modeller och simuleringsmetoder inom kontaktmekanik, flöden i tunna spalter och nötning.
  • Förstå begreppet linear complementarity problem (LCP) och kopplingen till kontaktmekanik.
  • Förstå begreppet fast Fourier technique (FFT) och kopplingen till modellen för elastisk deformation.
  • Förstå begreppet finita differens metoder (FDM) och hur man kan använda dessa till att lösa partiella differentialekvationer som beskriver flöden i tunna spalter.
  • Ha kunskap om koncepten verifiering och validering i relation till vetenskapliga beräkningar.

2. Färdighet och förmåga  

  • Ha förmåga att programmera numeriska beräkningsmetoder på ett tydligt och strukturerat sätt som underlättar för simulering av fysikaliska processer, speciellt inom tribologi.
  • Kunna tillämpa LCP formuleringen för att beskriva och simulera kontaktmekaniska problem.
  • Kunna tillämpa FFT för att accelerera numerisk beräkning av integralekvationer, speciellt den som beskriver den elastiska deformationen i kontakmekanik problem.
  • Kunna tillämpa FDM för att lösa partiella differentialekvationer och då speciellt Reynolds ekvation som beskriver tryckuppbyggnad i den tunna filmen i ett glidlager.
  • Kunna formulera Archard’s nötningsekvation som ett diskret problem och lösa detta numeriskt.
  • Kunna verifiera numeriska lösningar och validera matematiska modeller.
  • Ha förmåga att använda modeller och simuleringsverktyg för att göra parameterstudier.
  • Ha utvecklat dina färdigheter i rapportskrivning på engelska samt din förmåga att presentera muntligt på engelska

3. Värderingsförmåga och förhållningsätt 

  • Kunna uppskatta relevansen av resultat framtagna mha modeller och numeriska simuleringsmetoder.
  • Bedöma simuleringsmetodernas tillförlitlighet och noggrannhet.
  • Kunna anpassa och även härleda nya modeller som lämpar sig för studier av relaterad problem inom tribologi och inom andra områden.
  • Använda vanligt förekommande modeller och simuleringsmetoder för att främja utvecklingen av maskinelement och andra applikationer med tribologiska kontakter.




Kursinnehåll
Kontaktmekanik
  • Komplementaritetsproblemet
  • Modell för elastisk deformation
  • Diskretisering av integral ekvationer (elastisk deformation)
  • Linear complementary problem (LCP) formulering av kontaktmekanikproblemet
  • Fast Fourier Techniques (FFT) för beräkning av derivator och integraler

Flöden i tunna spalter
  • Tunnfilmsapproximationen (N-S => Reynolds equation)
  • Finita differensmetoden (FDM) för varianter av Poissons ekvation, speciellt Reynolds ekvation
  • Simulering av flöden i glidlager baset på Reynolds ekvation.
  • Prediktera lastbärande förmåga (LCC) och minsta filmtjocklek med hjälp av fixpunktsmetoder (intervallhalvering, sekantmetoden och liknande)

Modellering och simulering av nötning
  • Gränsskiktssmörjning
  • Archard’s nötningslag
  • Numerisk lösningsmetod tillämpbar för beräkning av abrasiv/adhesiv nötning

Multifysikmodellering
  • COMSOL multiphysics
  • Modell inkluderande fluid struktur interaktion (FSI) i ett axialglidlager

Kursen förutsätter inte att man har läst C0004M och inte heller inriktningskursen Numerik för optimering och PDE. Erfarenhet av programmering i MATLAB är inget krav men underlättar genomförandet.

Genomförande
Föreläsningar, lektioner, datorlaboration och inlämningsupgifter.

Examination
Inlämningsuppgifter avrapporterade i form av tekniska rapporter på Engelska samt genom muntlig presentation på Engelska. Alternativ examinationsform kan bli aktuell.

Examinator
Andreas Almqvist

Litteratur. Gäller från Höst 2015 Lp 1 (Kan ändras fram till 10 veckor innan studiestart)
Delar av textböcker, vetenskapliga artiklar och annat utdelat material.

Kursgivare
Institutionen för teknikvetenskap och matematik

Prov
ProvnrTypHpBetyg
0001Inlämningsuppgifter5.0TG U G#
0003Muntlig examination/alternativ examination2.5TG G U 3 4 5

Studiehandledning
Studiehandledning finns i lärplattformen Canvas före kursstart. Du som är ny student hittar all information du behöver på www.ltu.se/nystudent. Du som redan studerar vid Luleå tekniska universitet hittar information om kursstart via schema på studentwebben alternativt via kursrummet i lärplattformen. Du når lärplattformen via Mitt LTU.