Kursöversikt
Kurs-PM
TME305 Strukturmekanik lp2 HT21 (7,5 hp)
Kursen ges av institutionen för Industri- och materialvetenskap
Kontaktuppgifter
examinator, föreläsare: Mats Ander, 031-772 1972 mats.ander@chalmers.se
föreläsare: Karl-Gunnar Olsson, 031-772 2350, karl-gunnar.olsson@chalmers.se
lärare: Caroline Ansin, 073-646 3480, caroline.ansin@chalmers.se
lärare: Robert Auenhammer, 031-772 2178, robaue@chalmers.se
Kursens syfte
Syftet med kursen är att studenten ska kunna redogöra för grundläggande begrepp, definitioner och samband inom Strukturmekaniken, samt ha färdighet att ställa upp och analysera beräkningsmodeller för två och tredimensionella fackverk och ramverk. Av speciell betydelse är utnyttjande av matrisalgebra som ett verktyg för systematiserad analys av mer generella strukturmekaniska problem, såväl linjära som olinjära, mha datorkraft. Syftet är också att träna studenten att värdera beräkningsresultat och förbereda studenten för fortsatta studier i ämnen där grundkunskaper i Strukturmekanik förutsätts, t ex inom Konstruktionsteknik, Stål-, trä- och Betongbyggnad, Finit elementmetod och Strukturdynamik. Kursen är grundläggande generisk i bl a ämnesstråket bärande konstruktioner för byggnader och anläggningar.
Kursen är förkunskapsgrundande för Mastersprogrammet MPSEB.
Schema
Kurslitteratur och programvara
[1] Dahlblom O och Olsson K-G: Strukturmekanik - modellering och analys av ramar och fackverk. 2:a uppl. Studentlitteratur, Lund 2015. ( Finns på Cremona )
[2] Austrell P-E, Dahlblom O, Lindemann J, Olsson A, Olsson K-G, Persson K, Petersson H, Ristinmaa M, Sandberg G, Wernberg P-A: CALFEM – A finite element toolbox. Version 3.4. KFS i Lund AB, Lund 2004. (Finns som bok på Cremona eller som pdf on line: http://www.solid.lth.se/fileadmin/hallfasthetslara/utbildning/kurser/FHL064_FEM/calfem34.pdf
http://www.byggmek.lth.se/resurser/programvara/calfem/)
[3] Ottosen et.al.: Hållfasthetslära Allmänna tillstånd, Studentlitteratur, Lund 2007
[4] Utdelat material, Instuderingsfrågor, Projektinlämningsuppgifter, Elementarfall mm från Avdelningen för Material och beräkningsmekanik, IMS
Programkod CALFEM finns installerad på Chalmers datorer och kan laddas ner fritt från: http://www.byggmek.lth.se/resurser/programvara/calfem/
Kursens upplägg
Kursen organiseras i följande lärandeaktiviteter: Teorier och begrepp presenteras vid föreläsningar. Vid räkneövningar/datorövningar tillämpas teorierna mha problemlösning av givna uppgifter. Projekt (fackverk och ramkonstruktioner) ger träning i modellering, programmering och matrisbearbetning, etc. för systematiserade analyser av strukturmekaniska problem. I momentet projekt ingår också en seminarieuppgift, där ett realistiskt byggnadsverk studeras.
Nedan presenteras kursens olika delar.
Föreläsningar och övningar
Vecka 44
Tisdag 2/11 08-12 Föreläsning (MA)
Kursintroduktion TME186, TME305 ( MA)
Sammanfattning av matrisalgebra (MA)
Diskreta system (KGO)
Introduktion till Projekt-inlämningsuppgifter (KA, MA)
Onsdag 3/11 08-10 Föreläsning (KGO)
Diskreta system, Fackverk
10-15 Matlabövning
Fredag 5/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Fackverk
Vecka 45
Tisdag 9/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (KGO)
Fackverk, Ramverk
Onsdag 10/11 08-10 Övning
20.00 Projektinlämning 1
Fredag 12/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Ramverk
Vecka 46
Måndag 15/11 13-17 Design & konstruktionsdagen
Wind and Structures
Zoomlänk till Design och Konstruktionsdagen 211115 kl 13.00-17
Tisdag 16/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Ramverk
Onsdag 17/11 08-10 Föreläsning (MA)
Tredimensionella strukturer
20.00 Projektinlämning 2
Torsdag 18/11 08-12 Övning
Fredag 19/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (KGO)
Modellering på systemnivå
Vecka 47
Tisdag 23/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (KGO)
Modellering på systemnivå
Onsdag 24/11 08-10 Övning
20.00 Projektinlämning 3
Fredag 26/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (KGO)
Modellering på systemnivå
Konceptuell design, M-diagram
Vecka 48
Tisdag 30/11 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Fjädrande upplag
Onsdag 1/12 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Fjädrande upplag
20.00 Projektinlämning 4
Fredag 4/12 08-10 Övning
Vecka 49
Tisdag 7/12 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Strukturdynamik SDOF
Onsdag 8/12 08-10 Övning
20.00 Projektinlämning 5
Fredag 10/12 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Strukturdynamik MDOF
Vecka 50
Tisdag 14/12 08-12 Föreläsning (MA)
Geometrisk ickelinjäritet
Onsdag 15/12 08-10 Övning
Torsdag 16/12 08-10 Övning
10-12 Föreläsning (MA)
Materiell ickelinjäritet
Fredag 17/12 10-12 Föreläsning (MA)
Materiell ickelinjäritet, Flytledsteori
20.00 Projektinlämning 6
Vecka 1 2022
dag 7/1 13-17 Repetition, kurssammanfattning (MA)
Fredag 14/1 08.30-12.30 Tentamen (4 timmar)
Övningsuppgifter
Nedan följer en lista över de övningsuppgifter som rekommenderas att lösa. Ett tips är att alltid börja med projektinlämningsuppgifterna. Några kommentarer:
- Alla uppgifter utom de som inleds med ”ex” finns i kursboken [1]. Uppgifter som inleds med ”ex” är typuppgifter som visar hur beräkningsalgoritmer kan utformas. Dessa finns i CALFEM-manualen [2].
- Fet stil anger uppgifter som löses med CALFEM. För övriga uppgifter gäller att Matlab får användas som en avancerad räknare, t.ex. för att rita grafer och utföra matrismultiplikationer, så länge CALFEM-funktioner inte används.
- Asterisk* markerar uppgifter där det är lämpligt att inleda uppgiften med att uppskatta/skissa ett svar. Välj främst att skissa deformationsfigurer och snitt-kraftsdiagram. Gör det gärna i grupp och lägg maximalt 5-10 minuter på detta. Fundera efteråt på skillnaden mellan uppskattat och beräknat resultat och diskutera. Att gissa helt fel kan vara nog så lärorikt som att gissa nästan rätt. Denna punkt handlar om övningsuppgifter som kan träna syftet: att kritiskt kunna bedöma beräkningsmodeller och beräkningsresultat. Detta mål är i sin allmänna formulering ett högt ställt mål. Kursens ambition är att initiera ett förhållningssätt och ge verktyg för detta. Att fullt ut nå målet kräver fortsatt lång träning efter kursens slut. Men en resa måsta alltid ha sin början.
Avsnitt Uppgifter
1. Matrisalgebra 1-1, 1-2, 1-3, 1-4a, 1-5, 1-6, 1-7, exi1 – exi6
2. System av kopplade fjädrar 2-1, 2-2, 2-3, 2-4, exs1
3. Stänger och fackverk 3-1, 3-2, 3-3, 3-4, 3-5*, 3-6*, 3-7, 3-8, 3-9, 3-10, 3-11*, exs3, 3-12
4. Balkar och ramverk 4-1, 4-2, 4-3, 4-4, 4-5*, 4-6, 4-8*, exs6, 4-9, 4-11, exs7, 4-12*, 4-13*
5. Modellering på systemnivån 5-1, 5-2, 5-3*, 5-4, 5-5, 5-6, 5-7, 5-8*, 5-10
6. Fjädrande upplag 6-1*, 6-2, 6-3*, 6-3, 6-4*, 6-5*, 6-6*
7. Tredimensionella strukturer 7-1, 7-2, 7-3*, 7-4, 7-5, 7-6, 7-7
9. Geometrisk ickelinjäritet 9-1, 9-2, 9-3, 9-5, 9-6, 9-7, 9-8
10. Materiell ickelinjäritet Ex. Gränslastanalys av balkar
Vibrationer-balksvängning Kap 13 i [4] 13.1, 13.2, 13.3
Projektinlämningsuppgifter
I kursen ingår sex obligatoriska projektdelinlämningar bestående av teoriuppgifter och problem tagna ur läroboken [1]. Projektdelinlämningarna ska vara logiskt uppställda, kortfattade samt snyggt och prydligt redovisade. Att kunna lämna ifrån sig tydliga och lättlästa redovisningar är en lika viktig ingenjörsegenskap som att kunna formulera modeller och att räkna rätt. En välstrukturerad inlämning är uppbyggd på följande sätt:
Försättsblad
- Uppgift 1
- Figurer och förutsättningar
- Handberäkningar (om använt)
- Sammanfattning av resultat samt plottar
- Matlab-kod
- Uppgift 2
- Figurer och förutsättningar
- ...
Försättsblad innehåller: kurskod, kurs, inlämningsnummer, namn och födelse-datum.
Figurer och förutsättningar innehåller:
- Figur med last och geometri
- Figur som visar den numeriska modellen med element och frihetsgrader
- Tabell som anger material och tvärsnittsdata
- Kommentar om vilka upplagsvillkor som gäller.
- I några fall kan de valda förutsättningarna kräva en förklaring eller en motiverande beräkning.
Handberäkningar innehåller snyggt uppställda handberäkningar med hänvisningar till formler i boken eller från tabellverk.
Sammanfattning av resultat samt plottar lyfter fram de efterfrågade resultaten på ett tydligt och överskådligt sätt. Snittkraftsdiagram, deformationsfigurer, etc. ger en bättre bild av resultatet än en lista med resultatutskrifter. Enheter är viktiga!
Matlab-kod. Använd publish eller (echo on/echo off). Delresultat skall skrivas ut. Plottar behövs inte här, utan dessa tillhör sammanfattning av resultat.
Tänk så här - den som rättar inlämningsuppgiften sitter som chef på ett konsult-företag. Du får ett enkelt beräkningsuppdrag. Du lämnar in resultatet, och chefen ska direkt kunna skicka resultatet vidare till en kund. Handskrivet och snyggt textat är helt OK. Väsentligheter lyfts fram. Datorberäkningar är alltid bilagor.Inlämningsuppgifterna redovisas enskilt eller i grupp om maximalt två studenter och lämnas in senast vid den tidpunkt som anges i utdelat schema. Uppgifterna lämnas på CANVAS.
Misstänkta plagiat anmäls till disciplinnämnden, se regelsamlingen:https://student.portal.chalmers.se/sv/chalmersstudier/styrdokument/Documents/akademisk%20hederlighet%20vagledning%20studenter.pdf
Seminarieuppgift- genomföra mätningar och analys av en fackverksbro!
I praktiken sker designarbete i stort sett alltid i team där man i dialog bollar olika idéer om konstruktionsprinciper och utformning med varandra. Tankar om verkningssätt och beräkningsmodeller diskuteras, olika funktions- och gestaltningsönskemål läggs på bordet, behov av förfinande analyser och fysiska modellexperiment där man är osäker på verkningssättet eller vill övertyga myndigheter, övervägs. Kommunikationen inom gruppen är central för att designarbetet ska kunna ledas framåt.
Seminarieuppgiften tränar, för en verklig fysisk struktur, förmågan att kunna göra övervägda val av beräkningsmodeller och att kunna förutsäga och reflektera över beräknade resultat i relation till mätresultat.
Genomförande av mätning på modellbro enligt särskilt schema sker i 2-timmars pass med 2 projektgrupper (3-4 studenter) åt gången. 6 st projektgrtupper (10-12 studenter) redovisar sina mätningar, modeller och resultat för varandra vid ett avslutande 1 timmes seminarium med diskussion, enligt särskilt schema. Mer detaljer kring genomförande och redovisning finns i separat Seminarieuppgifts-PM.
Examination
För att erhålla slutbetyg krävs:
Godkänt projekt 3.0 hp inkluderande 6 projektinlämningsuppgifter och seminarieuppgiften.
Godkänd tentamen 4.5 hp
Tentamen är skriftlig, och består av 5-6 uppgifter, blandade teori och räkneuppgifter. Tillåtna hjälpmedel är CALFEM-manual och Chalmersgodkänd räknare. Maximalt kan 50 poäng erhållas, varav 20 poäng erfordras för godkänt. Tentamenstiden är 4 timmar.
Under förutsättning att tentamen är godkänd kan maximalt 1 bonuspoäng från bonuspoängsuppgiften vid varje Projektinlämningstillfälle (inlämningsuppgifter) få läggas till tentamensresultatet. En förutsättning för dessa bonuspoäng är att bonuspoängsuppgiften är rätt löst samt att övriga uppgifter är rätta eller nästan rätta, välskrivna och att projektinlämningen sker i tid. Maximalt 6 bonuspoäng kan erhållas. Presentation och aktivt deltagande vid seminariet motsvarar bonuspoängsuppgiften för projektinlämning 4. Den sammanlagda bonuspoängen kan endast tillgodoräknas vid tentamens- och omtentamenstillfällen det läsår kursen ges.
Slutbetyg vid ordinarie tentamen ges enligt följande skala:
20 - 29 poäng ger betyget 3
30 - 39 poäng ger betyget 4
40 - 50 poäng ger betyget 5
Förändringar sedan förra kurstillfället
I de senaste årens kursutvärderingar var kritiken övervägande positiv (sammanfattande intryck av kursen 4,17 ; 4,17 resp. 4,50 ) men det finns alltid moment att förbättra. Utveckling de senaste åren som fungerat väl och som vi också har bevakat vid årets planering:
- Extra övningstillfälle för projektinlämningsuppgifter till kapitel 4 är inlagt.
- Extrainsatt Matlabrepetition i kursstarten från 2018 blir nu permanent i kursen.
- Extrainsatt kursrepetition, efter juluppehållet med självstudier, blir nu permanent i kursen.
Under årets kurs genomförs 3 kursnämndsmöten tillsammans med kursnämnds-representanter och studienämnd. Den avslutande kursnämnden baseras på en kursenkät som går ut till alla efter avslutad kurs. Alla kursdeltagare får också gärna lämna synpunkter, konstruktiv kritik och kommentarer direkt till lärarna.
Framlottade kursnämnds-representanter:
Jakob Brinkmann
Lucas Hansson
Linn Kärvegård
Alexander Lundh
Elsa Svensson
Lärandemål
-förklara och använda last-deformationssamband på materialnivå, tvärsnittsnivå och global nivå för enskilda strukturelement såsom stänger, axlar och balkar.
-förklara och tillämpa transformationerna mellan de olika nivåerna, samt övergång från kontinuerlig modell till diskret modell.
-tillämpa förskjutningsmetoden för modellering och analys av fackverk och ramar, både med handberäkning och med datorberäkning.
-karaktärisera strukturstabilitet ( instabilitet) för system sammansatta av diskreta fjädrar och stela strävor mha av studium av potentiella energin och dess derivator
-tillämpa förskjutningsmetoden för modellering och analys av geometriskt olinjära ramar m a p stora förskjutningar och ramknäckning.
-tillämpa förskjutningsmetoden för modellering och dynamisk analys av strukturer (egensvängning, påtvingad svängning)
-förklara och tillämpa statisk kondensering för enkla substrukturer
-tillämpa stelkroppskinematik för koppling av elastisk struktur till grundkonstruktioner ( plattor , pålplintar, pålar, fjädrande underlag)
-Tillämpa flytledsteorin för att bestämma gränslasten för balkar och ramar med hjälp av virtuellt arbete för hand och med hjälp av materiellt icke linjär analys med dator.
-Kunna redogöra för hur förskjutningsmetoden som en Finit Element Metod (FEM) generellt kan användas för lösning av ingenjörsproblem inom olika områden.
Länk till kursplanen i Studieportalen Länk
Kurssammanfattning:
| Datum | Information | Sista inlämningsdatum |
|---|---|---|