Archiwum (1997-2009)

Lista tematów wybranych prac magisterskich zrealizowanych w latach 2011-2014:
Mechanika komputerowa MB4
Modelowanie komputerowe układów i procesów AB3
Modelowanie i symulacja systemów mechatronicznych ME3

Przykłady zrealizowanych prac magisterskich

Tytuł pracy: Projekt i budowa platformy Stewarta
Wykonał: Jacek Witek
Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie i Symulacja Systemów Mechatronicznych (ME3)
promotor: dr hab. inż. Wacław Kuś Prof. Pol. Śl.
rok ak. 2013/14

W ramach pracy zaprojektowano i utworzono układ mechatroniczny w postaci prototypu platformy Stewarta (minaturowego symulatora lotu). Opracowano koncepcję oraz wykonano układy elektroniczne (Phidgets Inc.) pozwalające na sterowanie platformą, oraz wykonano model rzeczywisty. Sterowanie platformy odbywa się poprzez wykonywanie się w czasie rzeczywistym programu sterującego napisanego w języku C++. Ponadto Przeprowadzono symulacje numeryczne dla zbudowanego układu (Ansys Workbench 14.5) oraz stworzono aplikacje HIL (ang. Hardware in the loop) w celu weryfikacji wyników symulacji numerycznej. Prototyp miniaturowego symulatora lotu został zaprezentowany podczas wydarzenia akademickiego Noc Naukowców 2013. Praca została zaprezentowana na studenckiej konferencji naukowej Metody Komputerowe 2014.

Wyniki symulacji numerycznych -przykładowe wykresy trajektorii ruchu

Symulator lotu skonstruowany na bazie mechanizmu platformy Stewarta, którego realizację umożliwiła
firma Phidgets Inc.

Tytuł pracy: Wybrane zagadnienia analizy numerycznej oraz badań doświadczalnych materiałów kompozytowych
Wykonał: Wiktor Klimek
Kierunek studiów: Mechanika i Budowa Maszyn
Specjalność: Mechanika Komputerowa (MB4)
promotor: dr hab. inż. Adam Długosz
rok ak. 2014/15

Praca dotyczy zagadnień numerycznego modelowania materiałów kompozytowych oraz wybranych badań doświadczalnych dla tego typu materiałów. W pracy zawarto teoretyczny opis podstawowych informacji o materiałach kompozytowych oraz metodach ich wytwarzania. Do analiz numerycznych zastosowano metodę elementów skończonych w postaci pakietów oprogramowania Ansys oraz MSC.Patran/Nastran. Do modelowania wykorzystano moduły dedykowane dla materiałów kompozytowych. Na podstawie przeprowadzonych analiz numerycznych, przeprowadzono gruntownie porównanie własności wytrzymałościowych dla laminatów wzmacnianych włóknami węglowymi w zależności od ich parametrów (m.in. kątów ułożenia warstw włókna, ich grubości). Ponadto w pracy przeprowadzono statyczne próby rozciągani próbek wykonanych z laminatów wzmacnianych włóknami węglowymi.

Ciekawym i wartościowym elementem pracy jest badanie sztywności fragmentu skrzydła samolotu bezzałogowego. Przeprowadzono zarówno badanie doświadczalne jaki i analizę numeryczną tego komponentu. Sprawdzono kryterium zniszczenia badanego fragmentu konstrukcji wykorzystując kryterium Tsai-Hilla. Do tego celu utworzono odpowiednie skrypty w oprogramowaniu Matlab, które zostały połączone z systemem Patran/Nastran. Zagadnienia poruszane w pracy wpisują się w nurt rozwijanych obecnie badań doświadczalnych oraz modelowania i symulacji materiałów kompozytowych.

Proces przygotowania próbek do badań

Stanowisko pomiarowe

Fragment skrzydła samolotu bezzałogowego - próba trójpunktowego zginania

Fragment skrzydła samolotu bezzałogowego - wyniki symulacji numerycznej

Tytuł pracy: Algorytm przetwarzania temperatury powierzchni skóry w dane perfuzyjne i jego weryfikacja eksperymentalna
Wykonał: Kamil Sajdak
Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie Komputerowe Układów i Procesów (AB3)
promotor: prof. dr hab. inż. Ewa Majchrzak
opiekun: dr inż. Mirosław Dziewoński
rok ak. 2013/14

W pracy przedstawiono udaną próbę eksperymentalnego zweryfikowania możliwości przekształcania danych temperaturowych w dane perfuzyjne. Opracowany model matematyczny otrzymano na podstawie założenia, że suma strumieni ciepła odprowadzanych z wnętrza organizmu do powierzchni skóry jest równa sumie strumieni płynących z powierzchni skóry do otoczenia. Na rysunku 1 przedstawiono schemat wymiany cieplnej w organizmie człowieka. Na rysunku 2 a) przedstawiono termogram twarzy. Kolory reprezentujące temperaturę zmieniają się od czarnego dla temperatury niższej od 30oC do koloru białego dla 35⁰C. Na rysunku 2 b) przedstawiono rozkład perfuzji krwi. Największa wartość występuje w okolicy oczu i wynosi 0.0045 kg/( m2s).

Rys. 1. Schemat wymiany ciepła między powierzchnią skóry a otoczeniem

Rys. 2. a) Termogram twarzy,    b) Rozkład perfuzji krwi na powierzchni twarzy

Tytuł pracy: Modelowanie zjawisk akustycznych z wykorzystaniem MES na przykładzie analizy tłumików samochodowych w programie Ansys
Wykonał: Tomasz Marczewski
Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie Komputerowe Układów i Procesów (AB3)
promotor: dr hab. inż. Mirosław Szczepanik
rok ak. 2013/14

Celem pracy było przeprowadzenie analiz akustycznych tłumików samochodowych o różnych postaciach konstrukcyjnych z wykorzystaniem programu Ansys. Autor pracy skupił swą uwagę na grupie tłumików rezonansowych. Zasada działania tłumika rezonansowego polega na wielokrotnym odbijaniu poruszającej się wraz ze spalinami fali dźwiękowej.

Zmiana przekroju powoduje odbicie fali, a perforacje wykonane w rurach wlotowej jak i wylotowej pomagają w rozchodzeniu się fali w różnych kierunkach. Autor przedstawił w pracy wiele analiz dla różnych postaci konstrukcyjnych tłumika rezonansowego. Poniżej przedstawiono: schemat cyrkulacji powietrza w tłumiku, model geometryczny, wizualizację rozkładu ciśnienia dla częstotliwości 1530 Hz oraz zależność efektywności tłumienia od częstotliwości w temperaturze powietrza 20⁰C i 100⁰C dla tłumika o trzech komorach rezonansowych z perforacjami.

Rys. 1. Schemat cyrkulacji powietrza w tłumiku rezonansowym trójkomorowym oraz jego postać geometryczna

Rys. 2. Dyskretyzacja układu oraz wizualizacja rozkładu ciśnienia dla częstotliwości 1530 Hz

Dla tej postaci konstrukcyjnej osiągnięto wysoką wartość tłumienia równą 72,39 dB dla częstotliwości 1175 Hz i temperatury 20⁰C.

Rys. 3. Zależność efektywności tłumienia od częstotliwości dla temperatury powietrza 20⁰C i 100⁰C

Tytuł pracy: Wieloskalowa optymalizacja wielokryterialna materiałów niejednorodnych
Wykonał: Grzegorz Ozimek
Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie Komputerowe Układów i Procesów (AB3)
promotor: dr hab. inż. Witold Beluch
rok ak. 2013/14

Celem pracy było odnalezienie optymalnej wartości udziału procentowego wzmocnienia dla materiału kompozytowego (budowa w skali mikro) dla wybranych kryteriów przyjętych w skali makro. W celu rozwiązania zadania połączono następujące techniki:

• homogenizację numeryczną z zastosowaniem reprezentatywnego elementu objętościowego (ang. Representative Volume Element, RVE) – Rys. 1.;

• metodę elementów skończonych (komercyjny pakiet oprogramowania);

• algorytm ewolucyjny optymalizacji wielokryterialnej NSGA-II.

Rys. 1. Model numeryczny RVE z centralnie położonym włóknem	Rys. 2.  Rozwiązania niezdominowane w 1 i ostatnim pokoleniu NSGA-II dla kryteriów 4

Tytuł pracy: Analiza zmęczeniowa złącza spawanego z wykorzystaniem metod komputerowych
Wykonał: Wojciech Galeja
Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie Komputerowe Układów i Procesów (AB3)
promotor:prof. dr hab. inż. Tadeusz Burczyński
opiekun: dr inż. Witold Beluch
rok ak. 2012/13

Celem pracy była numeryczne modelowanie i obliczenia MES wybranych spoin z zastosowaniem różnych wariantów modelowania oraz porównanie wyników analiz numerycznych z eksperymentem. Dodatkowym celem było opracowanie narzędzia (wtyczki) wspomagającej określanie trwałości zmęczeniowej spoiny z zastosowaniem wybranej metody obliczeń. Badaniom poddano jedną ze spoin w kolumnie McPhersona amortyzatora samochodowego. Analizy numeryczne wykonywano w środowisku Abaqus (Rys. 1). W ramach pracy wyznaczano naprężenia krytyczne w spoinie dla modelu numerycznego z zastosowaniem następujących metod: a) metody liniowej ekstrapolacji; b) metody rozdziału naprężeń oraz c) metody Verity.

Rys. 1. a) Model MES spoiny; b)rzeczywista spoina

Otrzymane rezultaty porównano z wynikami badań doświadczalnych. Stanowisko do badań przedstawia Rys. 2.

Rys. 2. Stanowisko badawcze amortyzatora samochodowego

Wyniki porównania liczby cykli dla różnych metod obliczeń z zastosowaniem MES z wynikami eksperymentu:

Wyniki najbardziej zbliżone do eksperymentu uzyskano dla metody Verity. Dla tej metody opracowano skrypt napisany w języku skryptowym Python oraz wykonywany w środowisku Abaqus jako tzw. wtyczka programu pozwalający na częściową automatyzację obliczeń trwałości zmęczeniowej złącza spawanego.
 

---

Tytuł pracy: Analiza numeryczna przepływu ciepła w grzejniku podłogowym
Wykonał: Dawid Kubacki
Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka
Specjalność: Modelowanie Komputerowe Układów i Procesów (AB3)
promotor: prof. dr hab. inż. Ewa Majchrzak
opiekun: dr inż. Marek Paruch
rok ak. 2011/12

Celem pracy było wykonanie analizy numerycznej przepływu ciepła w grzejniku podłogowym. Analizie został poddany wodny grzejnik ogrzewania podłogowego, został on przeanalizowany, jako model płaski i przestrzenny. W pracy wykorzystano równania przewodzenia ciepła w stanie ustalonym i nieustalonym. Główna część analizy została wykonana w programie obliczeniowym MSC Marc/Mentat, wykorzystano także inne programy graficzne i obliczeniowe, które go wspomogły, takie jak Siemens Unigraphics NX 7.5 (przygotowanie geometrii), MSC Patran (przygotowanie siatki elementów skończonych).

Praca zdobyła II miejsce w konkursie Polskiego Towarzystwa Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej na najlepszą pracę magisterską z mechaniki w roku 2012.

      

Tytuł pracy: Analiza numeryczna materiałów auksetycznych Wykonał: Rafał Zimnowodzki Kierunek studiów: Mechanika i Budowa Maszyn Specjalność: Mechanika Komputerowa (MB4) promotor: dr hab. inż. Adam Długosz rok ak. 2013/14 Praca dotyczy analizy numerycznej materiałów auksetycznych, tj.: materiałów posiadających ujemny współczynnik Poissona. Do utworzenia modeli geometrycznych autor pracy wykorzystał systemy CAD – Inventor oraz Design Modeller systemu Ansys. Analizy numeryczne wykonano przy użyciu systemu Ansys. Autor przygotował oraz przeprowadził analizę numeryczną dla różnych modeli geometrycznych materiałów auksetycznych - 1D, 2D oraz 3D. Otrzymane wyniki poddano ocenie pod względem efektu auksetyczności oraz analizy naprężeń. Ponadto w ramach pracy przeprowadzono badania eksperymentalne próbki materiału auksetycznego, które zostały wykonane w technologi druku 3D z materiału Ninjaflex. W badaniach eksperymentalnych rejestrowano odpowiednie składowe odkształceń za pomocą wideoekstensometrów w celu wyznaczenia współczynnika Poissona. Oprócz przeprowadzonej w pracy obszernej ilości analiz numerycznych oraz przeprowadzonego badania doświadczalnego w ramach pracy zaprojektowano i wykonano specjalistyczne uchwyty do próbek dla materiałów auksetycznych. Deformacja oraz rozkład naprężeń przykładowej struktury auksetycznej pod wpływem obciażenia Tytuł pracy: Projekt robota mobilnego do prac terenowych Wykonał: Waldemar Mucha Kierunek studiów: Automatyka i Robotyka Specjalność: Modelowanie Komputerowe Układów i Procesów (AB3) promotor: dr hab. inż. Wacław Kuś Prof. Pol. Śl. rok ak. 2012/13              W pracy przedstawiono kompletny projekt konstrukcji mechanicznej trójkołowego robota mobilnego do celów eksploracyjnych wyposażonego w kamerę obracającą się w dwóch osiach. Wykonano szereg analiz wytrzymałościowych Metodą Elementów Skończonych: analizy ramy (statyczną, modalną oraz dynamiczną dla różnych zderzeń z przeszkodami), analizę sprzęgła oraz przekładni zębatej układu napędowego dla zablokowanego napędzanego koła. Wyniki analiz potwierdziły, że ustrój nośny robota wytrzyma wzięte pod uwagę możliwe przypadki obciążeń. Opracowano algorytm sterowania obejmujący pracę robota w trybie manualnym (w którym ruchy robota sterowane są zdalnie przez operatora) oraz pracę w trybie autonomicznym, w którym robot powinien dotrzeć do celu omijając przeszkody. Algorytm trybu autonomicznego opracowano oparty na logice klasycznej, ma on charakter poglądowy, mający na celu zademonstrować możliwość pracy samodzielnej robota wyposażonego w odpowiednie czujniki. Wykonano w pełni funkcjonalny prototyp robota w oparciu o dokumentację techniczną konstrukcji mechanicznej. Układ sterowania prototypu działa w oparciu jest o platformę Arduino i realizuje opracowane algorytmy sterowania dla trybu manualnego i autonomicznego.               Przykładowy tor jazdy robota pracującego zgodnie z opracowanym algorytmem Fotografia prototypu robota mobilnego