BM0011 Koksnes materiāli un konstrukcijas

Kods BM0011
Nosaukums Koksnes materiāli un konstrukcijas
Statuss Obligātais/Ierobežotās izvēles
Līmenis un tips Doktora, Akadēmiskais
Tematiskā joma Būvniecība
Struktūrvienība Būvniecības un mašīnzinību fakultāte
Mācībspēks Dmitrijs Serdjuks, Līva Pupure
Kredītpunkti 15.0
Daļas 2
Anotācija Studiju kursā doktoranti padziļina izpratni par koksni kā hierarhisku dabīgo polimēru kompozītu un par to, kā tās uzbūve, ķīmiskais sastāvs un apstrāde nosaka no tās izgatavoto inženiermateriālu un nesošo elementu mehānisko darbību. Studiju kurss apvieno materiālzinātni, mikromehāniku un konstrukciju analīzi: studējošie apgūst mūsdienīgas skaitliskās modelēšanas un eksperimentālās validācijas metodes un pielieto tās līmētās un krusteniski līmētās koksnes, hibrīdo un telpisko konstrukciju un to mezglu izpētē un projektēšanā..
Studiju kurss ir balstīts uz pētniecību un pielāgojams katra doktoranta promocijas darba tēmai: lielāko daļu laika studējošie strādā ar aktuāliem zinātniskiem avotiem, veic skaitliskus un laboratorijas eksperimentus un sagatavo pētījuma rezultātus publicēšanai. Visā studiju kursā koksnes būvniecība tiek aplūkota ANO Ilgtspējīgas attīstības mērķu (IAM) kontekstā – kā līdzeklis klimata pārmaiņu mazināšanai, uzkrājot oglekli būvēs (13. IAM „Rīcība klimata jomā”), resursu efektīvai un aprites ekonomikā balstītai ražošanai (12. IAM „Atbildīgs patēriņš un ražošana”), inovatīvai un noturīgai infrastruktūrai (9. IAM „Rūpniecība, inovācijas un infrastruktūra”) un ilgtspējīgu pilsētu attīstībai (11. IAM „Ilgtspējīgas pilsētas un kopienas”), vienlaikus ievērojot ilgtspējīgas mežu apsaimniekošanas principus (15. IAM „Dzīvība uz sauszemes”)..
Studiju kursa saturs
Saturs Pilna un nepilna laika klātienes studijas Nepilna laika neklātienes studijas
Kontaktstundas Patstāvīgais darbs Kontaktstundas Patstāvīgais darbs
Koksne kā hierarhisks dabīgo polimēru kompozīts: makro-, mikro- un nanostruktūra, ķīmiskais sastāvs, anizotropija un dabiskā mainība. Koksnes loma oglekļa piesaistē un aprites bioekonomikā (13. un 15. IAM). 12 24 0 0
Koksnes un ūdens mijiedarbība. Hidrotermiskā apstrāde un žāvēšana, termiskā un ķīmiskā modificēšana, ilgizturība un videi draudzīgi aizsardzības paņēmieni. 12 24 0 0
Inženierijas koksnes materiāli un to ražošanas tehnoloģija: līmētā koksne (GL), krusteniski līmētā koksne (CLT), LVL, saplāksnis un plākšņu materiāli. Bioloģiskas izcelsmes un zemu emisiju līmes, digitāla ražošana un resursu efektivitāte (9. un 12. IAM). 16 34 0 0
Koksnes materiālu strukturālā mehānika un mikromehānika: anizotropās elastības teorija, laminātu teorija, homogenizācijas metodes, reoloģija (šļūde un mehanosorbcijas efekts) un sagraušanas kritēriji. 22 50 0 0
Skaitliskā modelēšana un eksperimentālā validācija: nelineārā galīgo elementu analīze, daudzmērogu modelēšana, digitālā attēlu korelācija (DIC), datu analīze un mašīnmācīšanās pielietojums koksnes materiālu īpašību prognozēšanā. 10 16 0 0
Mūsdienīgas koksnes un hibrīdkonstrukcijas: CLT plātnes un sienas, koka–betona kompozītkonstrukcijas, sendvičpaneļi, telpiskās un daudzstāvu koka ēkas. Aprēķins un projektēšana atbilstoši Eirokodeksam 5. 16 36 0 0
Koksnes konstrukciju mezgli un savienojumi: tapveida un līmētie savienojumi, pašvītņojošās skrūves, pastiprināšana, mezglu stinguma un nestspējas modelēšana. 12 24 0 0
Ilgtspējīga koksnes konstrukciju projektēšana: dzīves cikla novērtējums (LCA) un oglekļa pēdas aprēķins (EN 15978, EN 16485), projektēšana demontāžai un atkārtotai izmantošanai, ugunsdrošība un ilgizturība. Koksnes būvniecības devums 9., 11., 12. un 13. IAM sasniegšanā. 12 22 0 0
Eksāmens un konsultācijas. 8 40 0 0
Kopā: 120 270 0 0
Mērķis un uzdevumi, izteikti
kompetencēs un prasmēs
Studiju kursa mērķis ir veidot un attīstīt doktorantu pētniecisko kompetenci koksnes un inženierijas koksnes materiālu uzbūves, īpašību un mehāniskās darbības izpētē, kā arī mūsdienīgu, resursu efektīvu un zema oglekļa koksnes konstrukciju analīzē un projektēšanā, tādējādi sekmējot doktora studiju programmas „Būvniecība” mērķu un ANO Ilgtspējīgas attīstības mērķu sasniegšanu būvniecības nozarē. Studiju kursa uzdevumi: - padziļināt izpratni par koksnes hierarhisko uzbūvi, ķīmisko sastāvu un anizotropiju un to ietekmi uz koksnes materiālu fizikālajām un mehāniskajām īpašībām; - veidot izpratni par koksnes hidrotermiskās apstrādes, modificēšanas un inženierijas koksnes materiālu ražošanas tehnoloģijām un attīstīt prasmi izvērtēt to resursu efektivitāti un ietekmi uz vidi; - attīstīt prasmi lietot anizotropās elastības teoriju, laminātu teoriju un mikromehānikas modeļus koksnes materiālu īpašību prognozēšanai un regulēšanai; - pilnveidot prasmes izstrādāt un validēt skaitliskos modeļus, plānot un veikt laboratorijas eksperimentus un kritiski interpretēt iegūtos datus; - paplašināt zināšanas un nostiprināt prasmes mūsdienīgu koksnes un hibrīdkonstrukciju un to mezglu analīzē un projektēšanā atbilstoši Eirokodeksam 5; - veicināt spēju patstāvīgi īstenot pētniecisku uzdevumu, novērtēt koksnes konstrukciju risinājumu ietekmi uz vidi dzīves ciklā, sasaistīt pētījumu ar ANO Ilgtspējīgas attīstības mērķiem un prezentēt rezultātus zinātniskajai kopienai.
Sasniedzamie studiju
rezultāti un to vērtēšana
Izprot koksnes hierarhisko uzbūvi, ķīmisko sastāvu un anizotropiju un spēj skaidrot to ietekmi uz koksnes materiālu fizikālajām un mehāniskajām īpašībām. - Metodes: Laboratorijas darbs Nr. 1; eksāmens (1. daļa). Kritēriji: • Precizitāte un atbilstība – aprēķinu, modeļu un eksperimentu pareizība un atbilstība uzdevuma prasībām un standartiem. • Argumentācija un kritiskā analīze – rezultātu interpretācija, nenoteiktības novērtējums un salīdzinājums ar zinātnisko literatūru. • Praktiskais pielietojums – piedāvāto risinājumu piemērotība reālām konstrukcijām un to ietekmes uz vidi pamatojums. • Oriģinalitāte un zinātniskā novitāte – īpaši pētnieciskajā projektā. • Komunikācija – zinātniskās rakstības kvalitāte, prezentācija un atbildes diskusijā.
Izprot inženierijas koksnes materiālu ražošanas un modificēšanas tehnoloģijas un spēj argumentēti izvērtēt to resursu efektivitāti un ietekmi uz vidi. - Metodes: Referāts ar prezentāciju; eksāmens (1. daļa). Kritēriji: • Precizitāte un atbilstība – aprēķinu, modeļu un eksperimentu pareizība un atbilstība uzdevuma prasībām un standartiem. • Argumentācija un kritiskā analīze – rezultātu interpretācija, nenoteiktības novērtējums un salīdzinājums ar zinātnisko literatūru. • Praktiskais pielietojums – piedāvāto risinājumu piemērotība reālām konstrukcijām un to ietekmes uz vidi pamatojums. • Oriģinalitāte un zinātniskā novitāte – īpaši pētnieciskajā projektā. • Komunikācija – zinātniskās rakstības kvalitāte, prezentācija un atbildes diskusijā.
Spēj lietot anizotropās elastības teoriju, laminātu teoriju un mikromehānikas modeļus koksnes materiālu īpašību prognozēšanai un mērķtiecīgai regulēšanai. - Metodes: Aprēķina darbs Nr. 1; laboratorijas darbs Nr. 2; eksāmens (1. daļa). Kritēriji: • Precizitāte un atbilstība – aprēķinu, modeļu un eksperimentu pareizība un atbilstība uzdevuma prasībām un standartiem. • Argumentācija un kritiskā analīze – rezultātu interpretācija, nenoteiktības novērtējums un salīdzinājums ar zinātnisko literatūru. • Praktiskais pielietojums – piedāvāto risinājumu piemērotība reālām konstrukcijām un to ietekmes uz vidi pamatojums. • Oriģinalitāte un zinātniskā novitāte – īpaši pētnieciskajā projektā. • Komunikācija – zinātniskās rakstības kvalitāte, prezentācija un atbildes diskusijā.
Prot izstrādāt un validēt skaitliskos modeļus, plānot un veikt laboratorijas eksperimentus un kritiski interpretēt to rezultātus. - Metodes: Laboratorijas darbi Nr. 2 un Nr. 3; aprēķina darbs Nr. 2. Kritēriji: • Precizitāte un atbilstība – aprēķinu, modeļu un eksperimentu pareizība un atbilstība uzdevuma prasībām un standartiem. • Argumentācija un kritiskā analīze – rezultātu interpretācija, nenoteiktības novērtējums un salīdzinājums ar zinātnisko literatūru. • Praktiskais pielietojums – piedāvāto risinājumu piemērotība reālām konstrukcijām un to ietekmes uz vidi pamatojums. • Oriģinalitāte un zinātniskā novitāte – īpaši pētnieciskajā projektā. • Komunikācija – zinātniskās rakstības kvalitāte, prezentācija un atbildes diskusijā.
Spēj analizēt un projektēt mūsdienīgas koksnes un hibrīdkonstrukcijas un to mezglus, pamatojot izvēlētās aprēķina shēmas un modeļus atbilstoši Eirokodeksam 5. Spēj patstāvīgi formulēt un īstenot pētniecisku uzdevumu koksnes materiālu vai konstrukciju jomā, novērtēt risinājuma ietekmi uz vidi dzīves ciklā un tā devumu ANO Ilgtspējīgas attīstības mērķu sasniegšanā, kā arī prezentēt rezultātus zinātniskās publikācijas formā. - Metodes: Aprēķina darbs Nr. 2; laboratorijas darbs Nr. 3; eksāmens (2. daļa). Pētnieciskais projekts (zinātniskā raksta manuskripts) un tā publiska aizstāvēšana. Kritēriji: • Precizitāte un atbilstība – aprēķinu, modeļu un eksperimentu pareizība un atbilstība uzdevuma prasībām un standartiem. • Argumentācija un kritiskā analīze – rezultātu interpretācija, nenoteiktības novērtējums un salīdzinājums ar zinātnisko literatūru. • Praktiskais pielietojums – piedāvāto risinājumu piemērotība reālām konstrukcijām un to ietekmes uz vidi pamatojums. • Oriģinalitāte un zinātniskā novitāte – īpaši pētnieciskajā projektā. • Komunikācija – zinātniskās rakstības kvalitāte, prezentācija un atbildes diskusijā.
Studiju rezultātu vērtēšanas kritēriji
1. daļa Laboratorijas darbi Nr. 1 (koksnes struktūras, blīvuma un mitruma ietekme uz mehāniskajām īpašībām) un Nr. 2 (inženierijas koksnes elastības konstanšu noteikšana ar DIC). - 20%
Aprēķina darbs Nr. 1 (laminētu koksnes materiālu efektīvās īpašības). - 20%
Referāts ar prezentāciju (inženierijas vai modificētās koksnes tehnoloģija un tās ietekme uz vidi). - 15%
Eksāmens (mutisks, ar problēmuzdevumu) - 45%
2. daļa Laboratorijas darbs Nr. 3 (mezgla nestspējas un stinguma testēšana, GEM modeļa validācija) - 15%
Aprēķina darbs Nr. 2 (koksnes vai hibrīdkonstrukcijas GEM analīze un oglekļa pēdas novērtējums) - 20%
Pētnieciskais projekts (zinātniskā raksta manuskripts) un tā publiska aizstāvēšana - 30%
Eksāmens (mutisks, ar problēmuzdevumu) - 35%
 
Priekšzināšanas Maģistra līmeņa zināšanas būvmehānikā, materiālu pretestībā un elastības teorijā; izpratne par koka konstrukciju projektēšanas principiem atbilstoši Eirokodeksiem; pamatprasmes darbā ar galīgo elementu metodes programmatūru un datu apstrādes rīkiem (piem., Python vai MATLAB); prasme lasīt un analizēt zinātnisko literatūru angļu valodā.
Studiju kursa plānojums
Daļa KP Stundas Pārbaudījumi
Lekcijas Prakt. d. Lab. Ieskaite Eksāmens Darbs
1 8.0 16.0 16.0 32.0 *
2 7.0 16.0 16.0 24.0 *

Pieteikties uz šo kursu

[Kursa apraksts PDF formātā]